Тепловые электростанции, работающие на ископаемом топливе.

Электростанции, работающие на ископаемом топливе: принцип работы, типы турбин (паровых, газовых), эффективность и тепловые отходы. Производство энергии.

16 мин чтения

100%

Источник: Fossil fuel power station — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Установка, сжигающая ископаемое топливо для производства электроэнергии

Электростанция, работающая на ископаемом топливе, – это тепловая электростанция, сжигающая ископаемое топливо, такое как уголь или природный газ, для производства электроэнергии. Электростанции на ископаемом топливе оснащены оборудованием для преобразования тепловой энергии сгорания в механическую энергию, которая затем приводит в действие электрический генератор. В качестве первичного двигателя может использоваться паровая турбина, газовая турбина или, на небольших установках, двигатель внутреннего сгорания, работающий на газе. Все установки используют энергию, извлекаемую из расширения горячего газа, будь то пар или продукты сгорания. Хотя существуют различные методы преобразования энергии, эффективность всех методов преобразования тепловых электростанций ограничена эффективностью Карно и, следовательно, сопровождается образованием отработанного тепла. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, обеспечивают большую часть электроэнергии, потребляемой в мире. Некоторые электростанции, работающие на ископаемом топливе, предназначены для непрерывной работы в качестве базовых нагрузок, в то время как другие используются в качестве пиковых. Однако, начиная с 2010-х годов, во многих странах установки, предназначенные для базовой нагрузки, эксплуатируются в режиме регулируемой генерации для балансировки растущей доли переменной возобновляемой энергии. Побочные продукты работы электростанций на ископаемом топливе должны учитываться при их проектировании и эксплуатации. Дымовые газы, образующиеся при сжигании ископаемого топлива, содержат углекислый газ и водяной пар, а также загрязняющие вещества, такие как оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx) и, для угольных электростанций, ртуть, следы других металлов и золу-унос. Обычно весь углекислый газ и часть других загрязнителей выбрасываются в атмосферу. Также необходимо удалять твердые отходы в виде золы из угольных котлов. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, являются основными источниками выбросов углекислого газа (CO2), парникового газа, который вносит значительный вклад в глобальное потепление. Результаты недавнего исследования показывают, что чистая прибыль, доступная акционерам крупных компаний, может значительно сократиться из-за обязательств по выбросам парниковых газов, связанных только со стихийными бедствиями в Соединенных Штатах, вызванными одной угольной электростанцией. Однако, по состоянию на 2015 год, в Соединенных Штатах не было вынесено ни одного решения по подобным делам. На единицу выработанной электроэнергии бурый уголь выбрасывает почти в два раза больше CO2, чем природный газ, а черный уголь – несколько меньше, чем бурый. По состоянию на 2019 год улавливание и хранение выбросов углерода не является экономически целесообразным для электростанций на ископаемом топливе, и удержание глобального потепления ниже 1,5 °C по-прежнему возможно, но только при условии, что больше не будет строиться новых электростанций на ископаемом топливе, а некоторые существующие электростанции на ископаемом топливе будут закрыты досрочно, наряду с другими мерами, такими как лесовосстановление.

A fossil fuel power station is a thermal power station which burns a fossil fuel, such as coal or natural gas, to produce electricity. Fossil fuel power stations have machinery to convert the heat energy of combustion into mechanical energy, which then operates an electrical generator. The prime mover may be a steam turbine, a gas turbine or, in small plants, a reciprocating gas engine. All plants use the energy extracted from the expansion of a hot gas, either steam or combustion gases. Although different energy conversion methods exist, all thermal power station conversion methods have their efficiency limited by the Carnot efficiency and therefore produce waste heat. Fossil fuel power stations provide most of the electrical energy used in the world. Some fossil fired power stations are designed for continuous operation as baseload power plants, while others are used as peaker plants. However, starting from the 2010s, in many countries plants designed for baseload supply are being operated as dispatchable generation to balance increasing generation by variable renewable energy. By products of fossil fuel power plant operation must be considered in their design and operation. Flue gas from combustion of the fossil fuels contains carbon dioxide and water vapor, as well as pollutants such as nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), and, for coal fired plants, mercury, traces of other metals, and fly ash. Usually all of the carbon dioxide and some of the other pollution is discharged to the air. Solid waste ash from coal fired boilers must also be removed. Fossil fueled power stations are major emitters of carbon dioxide (CO2), a greenhouse gas which is a major contributor to global warming. The results of a recent study show that the net income available to shareholders of large companies could see a significant reduction from the greenhouse gas emissions liability related to only natural disasters in the United States from a single coal fired power plant. However, as of 2015, no such cases have awarded damages in the United States. Per unit of electric energy, brown coal emits nearly twice as much CO2 as natural gas, and black coal emits somewhat less than brown. as of 2019, carbon capture and storage of emissions is not economically viable for fossil fuel power stations, and keeping global warming below 1.5 °C is still possible but only if no more fossil fuel power plants are built and some existing fossil fuel power plants are shut down early, together with other measures such as reforestation.

Основные понятия: тепло в механическую энергию

В электростанции, работающей на ископаемом топливе, химическая энергия, содержащаяся в ископаемом топливе, таком как уголь, мазут, природный газ или сланцевое масло, и кислород воздуха последовательно преобразуются в тепловую энергию, механическую энергию и, наконец, в электрическую энергию. Каждая электростанция на ископаемом топливе – это сложная, индивидуально спроектированная система. Для более эффективного использования земли, природных ресурсов и рабочей силы на одном участке может быть построено несколько генерирующих блоков. Большинство тепловых электростанций в мире используют ископаемое топливо, их число превышает количество ядерных, геотермальных, биомассовых или солнечных электростанций с концентрацией энергии. Второй закон термодинамики гласит, что любой замкнутый цикл может преобразовать лишь часть тепла, выделяющегося при сгорании, в механическую работу. Остальное тепло, называемое вторичным теплом (или отходящим теплом), должно быть рассеяно в более холодную среду на возвратном участке цикла. Доля тепла, отводимого в охладитель, должна быть равна или больше отношения абсолютных температур охладителя (окружающей среды) и источника тепла (топочной камеры). Повышение температуры в топочной камере повышает эффективность, но усложняет конструкцию, прежде всего за счет выбора сплавов, используемых для изготовления, что делает топочную камеру более дорогой. Вторичное тепло нельзя преобразовать в механическую энергию без более холодного охладителя. Однако его можно использовать на когенерационных установках для отопления зданий, производства горячей воды или для нагрева материалов в промышленных масштабах, например, на некоторых нефтеперерабатывающих заводах, предприятиях и заводах химического синтеза. Типичная тепловая эффективность для электрогенераторов большой мощности составляет около 37% для установок, работающих на угле и мазуте, и 56–60% (LEV) для газовых установок в комбинированном цикле. Установки, спроектированные для достижения максимальной эффективности при работе на номинальной мощности, будут менее эффективными при работе вне расчетного режима (например, при слишком низких температурах). Практические станции на ископаемом топливе, работающие как тепловые двигатели, не могут превысить предел цикла Карно для преобразования тепловой энергии в полезную работу. Топливные элементы не имеют тех же термодинамических ограничений, поскольку они не являются тепловыми двигателями. Эффективность электростанции на ископаемом топливе может быть выражена в виде ее удельного расхода тепла, измеряемого в BTU/киловатт-час или мегаджоулях/киловатт-час.

In a fossil fuel power plant the chemical energy stored in fossil fuels such as coal, fuel oil, natural gas or oil shale and oxygen of the air is converted successively into thermal energy, mechanical energy and, finally, electrical energy. Each fossil fuel power plant is a complex, custom designed system. Multiple generating units may be built at a single site for more efficient use of land, natural resources and labor. Most thermal power stations in the world use fossil fuel, outnumbering nuclear, geothermal, biomass, or concentrated solar power plants. The second law of thermodynamics states that any closed loop cycle can only convert a fraction of the heat produced during combustion into mechanical work. The rest of the heat, called waste heat, must be released into a cooler environment during the return portion of the cycle. The fraction of heat released into a cooler medium must be equal or larger than the ratio of absolute temperatures of the cooling system (environment) and the heat source (combustion furnace). Raising the furnace temperature improves the efficiency but complicates the design, primarily by the selection of alloys used for construction, making the furnace more expensive. The waste heat cannot be converted into mechanical energy without a cooler cooling system. However, it may be used in cogeneration plants to heat buildings, produce hot water, or to heat materials on an industrial scale, such as in some oil refineries, plants, and chemical synthesis plants. Typical thermal efficiency for utility scale electrical generators is around 37% for coal and oil fired plants, and 56 – 60% (LEV) for combined cycle gas fired plants. Plants designed to achieve peak efficiency while operating at capacity will be less efficient when operating off design (i. e. temperatures too low.) Practical fossil fuels stations operating as heat engines cannot exceed the Carnot cycle limit for conversion of heat energy into useful work. Fuel cells do not have the same thermodynamic limits as they are not heat engines. The efficiency of a fossil fuel plant may be expressed as its heat rate, expressed in BTU/kilowatthour or megajoules/kilowatthour.

Паровые

В паротурбинной электростанции топливо сжигается в топке, а горячие газы проходят через котел. В котле вода превращается в пар; могут быть предусмотрены дополнительные ступени нагрева для перегрева пара. Горячий пар поступает через регулирующие клапаны в турбину. По мере расширения и охлаждения пара его энергия передается лопаткам турбины, которые вращают генератор. Отработанный пар имеет очень низкое давление и низкое содержание энергии; этот водяной пар подается в конденсатор, который отводит от него тепло. Затем сконденсированная вода насосами подается обратно в котел для повторения цикла. Выбросы из котла включают углекислый газ, оксиды серы, а при использовании угля – золу и шлак от негорючих компонентов топлива. Тепло, отводимое конденсатором, рассеивается либо в атмосферу, либо, в некоторых случаях, в охладительный пруд, озеро или реку.

Газовая турбина и комбинированный газ/паровой двигатель

Один тип электростанции, работающей на ископаемом топливе, использует газовую турбину в сочетании с парогенератором для утилизации тепла (HRSG). Она называется электростанцией комбинированного цикла, поскольку объединяет цикл Брэйтона газовой турбины с циклом Ренкина парогенератора для утилизации тепла. Турбины работают на природном газе или жидком топливе.

Двигатели с перемещающимся приводом

Дизельные генераторы часто используются для обеспечения основного электроснабжения в населенных пунктах, не подключенных к обширной энергосети. Системы аварийного (резервного) питания могут использовать двигатели внутреннего сгорания, работающие на мазуте или природном газе. Резервные генераторы могут обеспечивать аварийное электроснабжение для завода или центра обработки данных, а также могут работать параллельно с местной энергосистемой для снижения пиковой нагрузки и, следовательно, платы за электроэнергию. Дизельные двигатели способны развивать высокий крутящий момент при относительно низких оборотах, что обычно желательно при приводе генератора, однако дизельное топливо при длительном хранении может подвергаться проблемам, связанным с накоплением воды и химическим разложением. Генераторы, используемые редко, могут быть установлены для работы на природном газе или сжиженном нефтяном газе (LPG) для минимизации требований к техническому обслуживанию топливной системы. Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающие на бензине, пропане или LPG, обычно используются в качестве портативных временных источников питания для строительных работ, аварийного электроснабжения или для отдыха. Двигатели внешнего сгорания с возвратно-поступательным движением, такие как двигатель Стирлинга, могут работать на различных видах ископаемого топлива, а также на возобновляемых источниках топлива или промышленном отработанном тепле. Установки двигателей Стирлинга для производства электроэнергии относительно редки. Исторически первые центральные электростанции использовали паровые двигатели с возвратно-поступательным движением для привода генераторов. С ростом электрической нагрузки, которую необходимо было обслуживать, возвратно-поступательные установки стали слишком большими и неудобными для экономичной установки. Паровая турбина быстро вытеснила все двигатели на центральных электростанциях.

Уголь

Уголь – наиболее распространенное ископаемое топливо на планете, широко используемое в качестве источника энергии на тепловых электростанциях и являющееся относительно дешевым топливом. Уголь – не чистое топливо и производит больше парниковых газов и загрязняющих веществ, чем эквивалентное количество нефти или природного газа. Например, эксплуатация угольной электростанции мощностью 1000 МВт приводит к дозе облучения в 490 человеко-рем в год, по сравнению с 136 человеко-рем в год для эквивалентной атомной электростанции, включая добычу урана, работу реактора и утилизацию отходов. Уголь доставляется автомобильным транспортом, по железной дороге, баржами, угольными судами или по трубопроводам для транспортировки угольной пульпы. Электростанции, расположенные вблизи шахты, могут получать уголь по конвейеру или с помощью массивных дизель-электрических самосвалов. Обычно уголь подготавливают к использованию путем дробления кускового угля до фракции менее чем в ... (указать размер).

Природный газ

Газ – очень распространенное топливо, и он в основном заменил уголь в странах, где месторождения газа были обнаружены в конце 20-го или начале 21-го века, например, в США и Великобритании. Иногда угольные паровые электростанции переоборудуют для использования природного газа с целью сокращения общих выбросов углекислого газа. Электростанции, работающие на нефти, могут быть переведены на природный газ для снижения эксплуатационных расходов.

Масло

Тяжелое топлио было когда-то важным источником энергии для выработки электроэнергии. После повышения цен на нефть в 1970-х годах нефть была вытеснена углем, а затем природным газом. Дистиллят по-прежнему важен как источник топлива для дизельных электростанций, особенно в изолированных населенных пунктах, не подключенных к энергосистеме. Жидкое топливо также может использоваться газотурбинными электростанциями, особенно для покрытия пиковых нагрузок или аварийного энергоснабжения. Из трех видов ископаемого топлива нефть обладает преимуществами в более легкой транспортировке и переработке по сравнению с твердым углем, а также в более удобном хранении на месте по сравнению с природным газом.

Комбинированная теплоэнергетика

Комбинированное производство тепловой и электрической энергии (ТЭЦ), также известное как когенерация, – это использование тепловой электростанции для одновременного производства электрической энергии и тепла (которое, например, может использоваться для централизованного теплоснабжения). Эта технология применяется не только для бытового отопления (низкотемпературного), но и для обеспечения теплом промышленных процессов, которые часто требуют высоких температур. Расчеты показывают, что системы комбинированного производства тепла и электроэнергии с централизованным теплоснабжением (ТЭЦ-ЦО) являются наиболее экономичным способом снижения (но не полного устранения) выбросов углерода, при условии, что традиционное ископаемое топливо продолжает использоваться. Недостоверный источник: дата=май 2019

Влияние на окружающую среду

Тепловые электростанции являются одним из основных искусственных источников образования токсичных газов и твердых частиц. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, приводят к выбросам загрязняющих веществ, таких как SOx, CO, PM, органические газы и полициклические ароматические углеводороды. Мировые организации и международные агентства, такие как МЭА, обеспокоены воздействием на окружающую среду сжигания ископаемого топлива, и особенно угля. Сжигание угля вносит наибольший вклад в образование кислотных дождей и загрязнение воздуха, а также связано с глобальным потеплением. Из-за химического состава угля существуют трудности с удалением примесей из твердого топлива перед его сжиганием. Современные угольные электростанции загрязняют меньше, чем старые конструкции, благодаря новым технологиям "скрубберов", которые фильтруют выхлопные газы в дымовых трубах. Однако уровни выбросов различных загрязняющих веществ в среднем все еще в несколько раз выше, чем на электростанциях, работающих на природном газе, и скрубберы переносят уловленные загрязняющие вещества в сточные воды, которые по-прежнему требуют очистки для предотвращения загрязнения водоемов-приемников. В этих современных конструкциях загрязнение от угольных электростанций происходит из-за выбросов газов, таких как углекислый газ, оксиды азота и диоксид серы в атмосферу, а также значительного объема сточных вод, которые могут содержать свинец, ртуть, кадмий и хром, а также мышьяк, селен и соединения азота (нитраты и нитриты). Кислотные дожди вызываются выбросами оксидов азота и диоксида серы. Эти газы сами по себе могут быть лишь слабокислыми, но при взаимодействии с атмосферой они образуют кислые соединения, такие как сернистая кислота, азотная кислота и серная кислота, которые выпадают с осадками, отсюда и термин "кислотный дождь". В Европе и США более строгие нормы выбросов и сокращение объемов тяжелой промышленности снизили экологические риски, связанные с этой проблемой, что привело к снижению выбросов после их пика в 1960-х годах. В 2008 году Европейское агентство по окружающей среде (ЕАОС) задокументировало коэффициенты выбросов в зависимости от вида топлива на основе фактических выбросов электростанций в Европейском союзе. Загрязняющее вещество Твердый уголь Каменный уголь Мазут Прочие масла Газ CO2 (г/ГДж) 94 600 101 000 77 400 74 100 56 100 SO2 (г/ГДж) 765 1 361 1 350 228 0,68 NOx (г/ГДж) 292 183 195 129 93,3 CO (г/ГДж) 89,1 89,1 15,7 15,7 14,5 Неметанные органические соединения (г/ГДж) 4,92 7,78 3,70 3,24 1,58 Твердые частицы (г/ГДж) 1 203 3 254 16 1,91 0,1 Общий объем дымовых газов (м3/ГДж) 360 444 279 276 272

Thermal power plants are one of the main artificial sources of producing toxic gases and particulate matter. Fossil fuel power plants cause the emission of pollutants such as , SOx, , CO, PM, organic gases and polycyclic aromatic hydrocarbons. World organizations and international agencies, like the IEA, are concerned about the environmental impact of burning fossil fuels, and coal in particular. The combustion of coal contributes the most to acid rain and air pollution, and has been connected with global warming. Due to the chemical composition of coal there are difficulties in removing impurities from the solid fuel prior to its combustion. Modern day coal power plants pollute less than older designs due to new "scrubber" technologies that filter the exhaust air in smoke stacks. However, emission levels of various pollutants are still on average several times greater than natural gas power plants and the scrubbers transfer the captured pollutants to wastewater, which still requires treatment in order to avoid pollution of receiving water bodies. In these modern designs, pollution from coal fired power plants comes from the emission of gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, and sulfur dioxide into the air, as well a significant volume of wastewater which may contain lead, mercury, cadmium and chromium, as well as arsenic, selenium and nitrogen compounds (nitrates and nitrites). Acid rain is caused by the emission of nitrogen oxides and sulfur dioxide. These gases may be only mildly acidic themselves, yet when they react with the atmosphere, they create acidic compounds such as sulfurous acid, nitric acid and sulfuric acid which fall as rain, hence the term acid rain. In Europe and the US, stricter emission laws and decline in heavy industries have reduced the environmental hazards associated with this problem, leading to lower emissions after their peak in 1960s. In 2008, the European Environment Agency (EEA) documented fuel dependent emission factors based on actual emissions from power plants in the European Union. Pollutant Hard coal Brown coal Fuel oil Other oil Gas CO2 (g/GJ) 94,600 101,000 77,400 74,100 56,100 SO2 (g/GJ) 765 1,361 1,350 228 0.68 NOx (g/GJ) 292 183 195 129 93.3 CO (g/GJ) 89.1 89.1 15.7 15.7 14.5 Non methane organic compounds (g/GJ) 4.92 7.78 3.70 3.24 1.58 Particulate matter (g/GJ) 1,203 3,254 16 1.91 0.1 Flue gas volume total (m3/GJ) 360 444 279 276 272

Частицы

Еще одна проблема, связанная со сжиганием угля, – это выброс твердых частиц, оказывающих серьезное воздействие на здоровье населения. Электростанции удаляют твердые частицы из дымовых газов с помощью рукавных фильтров или электростатических осадков. Некоторые новые электростанции, использующие уголь, применяют другой процесс – интегрированный цикл газификации и комбинированного цикла, в котором синтез-газ образуется в результате реакции между углем и водой. Синтез-газ очищается от большинства загрязняющих веществ, а затем используется для привода газовых турбин. Горячие выхлопные газы от газовых турбин, в свою очередь, используются для генерации пара, приводящего в действие паровую турбину. Уровень загрязнения таких электростанций значительно ниже, чем у "классических" угольных электростанций. Твердые частицы, образующиеся при сжигании угля, могут быть вредными и негативно влиять на здоровье. Исследования показали, что воздействие твердых частиц связано с увеличением смертности от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. Твердые частицы могут раздражать мелкие дыхательные пути в легких, что может усугубить проблемы с астмой, хроническим бронхитом, обструкцией дыхательных путей и газообменом. Угольная зола – это остаток после сжигания угля, состоящий из негорючих материалов, содержащихся в угле. Размер и химический состав этих частиц влияют на их воздействие на здоровье человека.

Сточные воды

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, особенно угольные, являются основным источником промышленных сточных вод. К потокам сточных вод относятся продукты десульфуризации дымовых газов, зола-унос и шлак, а также системы улавливания ртути из дымовых газов. Предприятия, оснащенные системами контроля загрязнения воздуха, такими как влажные газоочистители, как правило, передают уловленные загрязняющие вещества в сточные воды.

Радиоактивные микроэлементы

Уголь — это осадочная порода, образованная главным образом из накопленного растительного вещества, и содержит множество неорганических минералов и элементов, которые откладывались вместе с органическим материалом в процессе его формирования. Как и остальная часть земной коры, уголь также содержит низкие уровни урана, тория и других природных радиоактивных изотопов, высвобождение которых в окружающую среду приводит к радиоактивному загрязнению. Хотя эти вещества присутствуют в виде очень незначительных примесей, сжигается достаточное количество угля, чтобы выделять значительные объемы этих веществ. Угольная электростанция мощностью 1000 МВт может выбрасывать в неконтролируемом порядке до 5,2 метрических тонн урана (содержащего уран-235) и 12,8 метрических тонн тория в год. Для сравнения, атомная электростанция мощностью 1000 МВт производит около 30 метрических тонн высокоактивных твердых радиоактивных отходов в год. По оценкам, в 1982 году сжигание угля в США привело к выбросу в атмосферу радиоактивности в 155 раз превышающей неконтролируемые выбросы при аварии на Три-Майл-Айленд. Суммарная радиоактивность, образовавшаяся в результате сжигания угля по всему миру в период с 1937 по 2040 год, оценивается в 2 700 000 кюри или 0,101 ЭБк. Это значение на один порядок величины превышает общие выбросы от всего сожженного за столетие угля, в то время как йод-131, основное радиоактивное вещество, выделяющееся при аварийных ситуациях, имеет период полураспада всего 8 дней.

Загрязнение воды и воздуха угольным пеплом

Исследование, опубликованное в августе 2010 года, изучившее данные о загрязнении окружающей среды в Соединенных Штатах, проведенное организациями Environmental Integrity Project, Sierra Club и Earthjustice, показало, что угольная зола, образующаяся на угольных электростанциях и складируемая на площадках в 21 штате США, загрязнила грунтовые воды токсичными элементами. Среди загрязнителей – ядовитые вещества, такие как мышьяк и свинец. Исследование пришло к выводу, что проблема загрязнения воды угольной золой в Соединенных Штатах является еще более масштабной, чем считалось ранее. В результате исследования число мест загрязнения грунтовых вод угольной золой, образующейся на электростанциях, по всей территории Соединенных Штатов достигло 137. Доказано, что мышьяк вызывает рак кожи, рак мочевого пузыря и рак легких, а свинец наносит вред нервной системе. Загрязнители угольной золы также связаны с респираторными заболеваниями, другими проблемами со здоровьем и развитием, а также наносят ущерб местной водной фауне.

Снижение загрязнения угля

Снижение загрязнения от угля – это процесс, при котором уголь химически очищается от минералов и примесей, иногда газифицируется, сжигается, а образующиеся дымовые газы обрабатываются паром с целью удаления диоксида серы, и затем повторно сжигаются для того, чтобы диоксид углерода в дымовых газах стал экономически целесообразным для извлечения и хранения под землей (последнее называется "улавливание и хранение углерода"). Угольная промышленность использует термин "чистый уголь" для описания технологий, разработанных для повышения эффективности и экологической приемлемости добычи, подготовки и использования угля, однако не установила конкретных количественных ограничений на выбросы, особенно на выбросы углекислого газа. В то время как такие загрязнители, как сера или ртуть, могут быть удалены из угля, эффективно удалить углерод, сохраняя при этом полезное топливо, невозможно, и угольные электростанции, не оснащенные системами улавливания и хранения углерода, не приводят к значительному сокращению выбросов углекислого газа. Джеймс Хансен в открытом письме тогдашнему президенту США Бараку Обаме высказался за "мораторий и поэтапный отказ от угольных электростанций, не осуществляющих улавливание и хранение CO2". В своей книге "Штормы моих внуков" Хансен также обсуждает свою Декларацию об ответственном управлении, первый принцип которой требует "моратория на угольные электростанции, не улавливающие и не секвестрирующие углекислый газ".

Работа электростанции на водороде, преобразованном из природного газа

Газовые электростанции также могут быть модифицированы для работы на водороде. Водород изначально можно получать из природного газа с помощью парового риформинга, как шаг на пути к водородной экономике, что в конечном итоге позволит снизить выбросы углерода. С 2013 года ученые из Лаборатории жидких металлов Карлсруэ (KALLA) усовершенствовали этот процесс, используя метод, называемый пиролизом метана. Им удалось добиться легкого удаления сажи (сажа является побочным продуктом процесса и ранее повреждала рабочие детали, особенно никель-железо-кобальтовый катализатор). Затем сажу (содержащую углерод) можно хранить под землей, предотвращая ее выброс в атмосферу.

Поэтапное прекращение использования электростанций на ископаемом топливе

По состоянию на 2019 год сохраняется возможность удержать глобальное потепление ниже 1,5 °C, если прекратить строительство новых электростанций, работающих на ископаемом топливе, и вывести из эксплуатации некоторые существующие досрочно, а также принять другие меры, такие как лесовосстановление. Альтернативы электростанциям на ископаемом топливе включают атомную энергию, солнечную энергию, геотермальную энергию, энергию ветра, гидроэнергию, электростанции, работающие на биомассе, и другие возобновляемые источники энергии (см. безуглеродную экономику). Большинство из них – это проверенные технологии, применяемые в промышленных масштабах, в то время как другие все еще находятся на стадии прототипирования. В некоторых странах при расчете стоимости электроэнергии учитываются только производственные затраты, без учета социальных издержек, связанных с выбросами углерода, или косвенных затрат, вызванных многочисленными загрязняющими веществами, образующимися при сжигании угля (например, рост числа госпитализаций из-за респираторных заболеваний, вызванных мелкими частицами дыма).