A hőerőmű egy erőmű , hogy működik egy hő forrás elve szerint a termikus gépek . Ez az átalakulás vagy közvetlenül, az égési gázok tágulásával, vagy közvetett módon, például víz-gőz ciklus útján megy végbe. A kapcsolt energiatermelésre szolgáló létesítmények a hulladékhőt is felhasználják más alkalmazásokhoz, például fűtési hálózatokhoz .
Ennek a hőforrásnak az eredete a hőerőmű típusától függ:
A hőerőművek villamos energiát termelő generátorral hajtott hőgép köré épülnek . Ezek a hőgépek lehetnek külső égésűek ( gőzturbinák , gőzgépek ) vagy belső égésűek ( dízelmotorok , égésturbinák ). Gőzturbina és égésturbina együttélhetnek egy kombinált ciklusú erőműben az általános hatékonyság javítása érdekében . A hozam tovább javítható kapcsolt energiatermeléssel vagy trigenerációs eljárással .
Az égésturbina középpontjában az üzemanyag (gáznemű, folyékony vagy fluidizált szilárd anyag ) meggyulladása a beáramló levegő tágulását okozza . Tágulásakor ez a turbina kerekeinek forogását okozza, ami viszont egy kapcsolt generátort hajt . Végül a generátor átalakítja a turbina mechanikai energiáját elektromos energiává .
Egy gőzturbina erőmű működése hasonló, a munkafolyadék levegő helyett vízgőz. A forró forrás ( atommaghasadás , szén, égetés, stb) felmelegíti a víz (közvetlenül vagy közvetve), amely megváltoztatja a folyékony állapotban , hogy a gőz állapotban . Az így keletkező gőzt a turbinába engedik be, amely egy generátort hajt.
A kilépő a turbina, a gőz kondenzálódik egy kondenzátor által szállított hideg forrás ( tenger víz, friss folyó víz , stb), és megtalálható a folyékony állapotban van. A kapott kondenzátumot végül visszavezetik a vízellátó rendszerbe egy új párologtatási ciklus céljából.
A hőerőmű fő elemei:
Az egyszerűsített működési elv a következő:
A gyakorlatban a művelet kissé összetettebb, mert a hatékonyság javítása érdekében több eszköz is rendelkezésre áll. Például :
A CHP- nek együtt kell termelnie villamos energiát és hőt ipari folyamatokhoz vagy távfűtéshez , a hőerőmű általános hatékonyságának javítása érdekében. Ehhez a hőcserélők a végzetes energia egy részét visszanyerik az égett gázokból vagy a hűtővízből az egység hatékonyságának javítása érdekében.
A hőerőművek a hőforrás jellegétől függően több kategóriába sorolhatók:
Az ilyen típusú lángművekben az üzemanyagot kazánban égetik el , az így felszabaduló hő nyomás alatt álló gőzt termel, amely a gőzturbinát hajtja .
Széntüzelésű erőművekSzéntüzelésű erőművek a legelterjedtebb a világon, különösen azokban az országokban nagy széntartalékokkal ( India , Kína , Egyesült Államok , Németország , stb ).
2016-ban még mindig a globális villamosenergia-termelés mintegy 40% -át szolgáltatták, de a széntüzelésű erőművek indulása 2016-ban 62% -kal 65 GW-ra csökkent , a bejelentett és engedélyezett projektek száma pedig csökkent. 2016 eleje és 2017 eleje között 48%, 569-re GW . A beépített kapacitás azonban 2016-ban tovább nőtt, 1964 GW-val , + 3% -kal; az év során elkészült üzemek teljesítménye még mindig háromszor nagyobb, mint a bezárt üzemeké, amelyek ennek ellenére rekordszintet értek el. A politikai vagy gazdasági döntésekre váró befagyasztott projektek 607 GW-ot értek el .
A széntüzelésű erőművek globális kapacitása először enyhén csökkent 2020 első felében: −3 GW a 2047 GW teljes flottából - derül ki a Global Energy Monitor által közzétett jelentésből. A bezárások összege 21 GW volt , ebből 8 GW Európában és 5 GW az Egyesült Államokban; a nyílások elérték a 18 GW-ot , ebből 11 GW Kínában és 1,8 GW Japánban. Az elmúlt két évtizedben a globális kapacitás átlagosan 25 GW / félév növekedést mutatott . Kína koncentrálja az erőműprojektek közel felét (több mint 250 GW ), ezt követi India (65 GW ), Törökország és Indonézia. Összesen 190 GW széntüzelésű erőmű épül világszerte, és további 332 GW-ot terveznek.
Néhány XX MW a XX . Század közepén, egységi kapacitásuk gyorsan növekedett, mára meghaladta az 1000 MW-ot . Az egység teljesítményének növekedésével párhuzamosan hatékonyságuk javult az alkalmazott gőz nyomásának és hőmérsékletének növelésével. Az 1970-es években tapasztalt 180 bar és 540 ° C-os szokásos értékekből ma már elérték a 250 bar feletti és 600 ° C-os szuperkritikus értékeket .
Így képesek voltak fenntartani egy bizonyos versenyképességet más típusú erőművekhez képest.
Számos eszköz csökkenti a szennyezőanyag-kibocsátást. A por ( korom ) tartalmazott a füst által befogott elektrosztatikus leválasztók (vagy egyes országokban, a zsákos szűrők ), kén-oxidok (SO 2, SO 3) kéntelenítő egységekben vannak (FGD-k angolul: " füstgáz-kéntelenítés " ), amelyek kevésbé teszik a pernye értékelését mélyépítésre, és újabban olyan berendezések jelentek meg, amelyek megszüntetik a nitrogén-oxidokat (NOx) (SCR) angolul: " szelektív katalitikus redukció " ).
A folyamatban lévő fejlesztések a CO 2 elkülönítésével kapcsolatosakhőerőművekben. Valóban a szénből történő villamosenergia-termelés az üvegházhatást okozó gázok fő kibocsátója a világon. Számos technológiát tanulmányoznak párhuzamosan:
Mindezek a technikák azzal a hátránnyal járnak, hogy sok energiát fogyasztanak, és ezért a nettó hozamot körülbelül tíz ponttal csökkentik .
Franciaországban 2004 óta a szenet már nem bányákból nyerik ki, de az importált szenet továbbra is a hőenergia termelésére használják a csúcsidőben. 2016-ban 7,3 TWh-val a Franciaországban termelt villamos energia 1,4% -át, a nem nukleáris termelésű villamos energia körülbelül 13% -át képviselte.
Környezeti és egészségügyi hatásokA szénerőművek továbbra is az üvegházhatást okozó gázok , a troposzférikus ózon prekurzor gázok és a koromtermelés elsődleges forrásai , különösen Kínában és az Egyesült Államokban. Egy tanulmány szerint a széntüzelésű erőművek az Európai Unió 20 fő országában 2013-ban 23 000 korai halált okoztak Európában, köztük 1380 Franciaországban; Állítólag a francia szénerőművek 390 idő előtti halált okoztak Európában, köztük 50 Franciaországban.
Például a Környezetvédelmi Ügynökség szerint felelősek a nikkel 28% -áért, az arzén 62% -áért, az NOx 13% -áért, a savak 77% -áért, az SO 2 -alapú savanyító aeroszolokért 60% -ért ., A higany 50% -a és a króm 22% -a található az Egyesült Államok légtömegében (amely aztán Európa felé sodródik az Atlanti-óceán felett ). Ezekben az iparilag fejlett országokban az orvosi és háztartási hulladékégetőkhöz képest a széntüzelésű erőművek a legkevésbé javították teljes teljesítményüket a levegőbe jutó higany- kibocsátás tekintetében; az égetett szén tonnájára jutó kibocsátásuk az Egyesült Államokban 15 év alatt (1990-től 2005-ig) csak 10% -kal csökkent, miközben az orvosi hulladékégetők higany-kibocsátása időközben 98% -kal, a hulladékégetőké pedig 96% -kal csökkent.
Hűtésük vagy szennyvízük klór- vagy brómalapú biocideket tartalmazhat, és gyakran a felszíni vizek melegítésének forrása is ( hőszennyezés , amely befolyásolhatja az életet és bizonyos vízi egyensúlyokat. A szénből származó pernye szennyezi, lebontja a műemlékeket, és tartalmazhat radionuklidokat a a levegő vagy a maradványok útján.
Az Oxfam civil szervezet szerint a G7-ben az aktív szén központi eleme a XXI . Század végére évi 450 milliárd dollárba kerülhet a XXI . Század végére . A G7-ek hozzájárulása a globális felmelegedéshez egyedül Afrika számára a 2080-as évekre évi 43 milliárd dollárba, 2100-ig pedig 84 milliárd dollárba kerül. „Minden széntüzelésű erőmű az éghajlat pusztításának fegyverének tekinthető, amely katasztrofális módon fokozza a változó időjárási viszonyokat következményekkel növények, növeli az élelmiszerárak, és végső soron növeli a éhezők száma” .
Néhány, a széntől nagyon függő ország elindította az energiaforrásból való kilépést, például Franciaország, az Egyesült Királyság, Olaszország, újabban pedig Németország és Chile. Az utóbbi, amely a fogadó végén 2019-re a 25- edik ENSZ éghajlat-változási konferenciára (COP25), áprilisban bejelentette 2019 már nem akar építeni bármilyen erőmű, és júniusban 2019 bezárja öt éven belül, nyolc a 28 széntüzelésű erőművek. Ez a nyolc üzem képviseli az ország energiakapacitásának 20% -át; bezárásuk csökkenti a CO 2 -kibocsátásta villamosenergia-ágazat 30 Mt / év (millió tonna / év) és 4 Mt / év között ; a széntüzelésű erőművek összesen 5500 megawattot termelnek, és az ország villamos energiájának 40% -át termelik. A chilei energetikai terv célja, hogy 2040-re 100% -ban megújuló energiaforrásokból álljon elő. Sebastián Piñera elnök azonban kijelentette, hogy az ország ezeket az erőműveket "stratégiai tartalékban" fogja tartani.
Csökkentett szennyezettségű széntüzelésű erőművekA keringő fluidágyas kazánokat 1980 óta fejlesztik. Sokkal alacsonyabb kandalló-hőmérsékletük ( 850 ° C ) csökkenti a nitrogén-oxid (NO x ) képződését , és ágyukhoz adott mészkő reagál nitrogén- oxidokkal, kénnel. A gőztermelés tehát kevésbé szennyező, és ezek jellemzésére a "tiszta szén" kifejezéssel találkozunk . A jelenlegi méretük (300–400 MW ) azonban nem teszi lehetővé, hogy versenyezzenek a hagyományos nagy teljesítményű kazánokkal.
Nemrégiben kifejlődött a „szuperkritikusnak” nevezett nagy hatékonyságú széntüzelésű erőművek technológiája, amelyben a vizet olyan hőmérsékletnek és nyomásnak teszik ki, hogy folyadékból közvetlenül gáz halmazállapotba kerül: ennek a műveletnek a hatékonysága csökkenti üzemanyagigény, és ezért a CO 2 légkörbe történő kibocsátásaa szén elégetésével kapcsolatos. Minél jobban emelkedik a hőmérséklet és a nyomás, annál fontosabb a hatékonyság növekedése, valamint a környezeti hatások csökkentése. Egy növényről azt mondják, hogy „szuperkritikus”, ha a hőmérséklet meghaladja az 565 fokot és a nyomás meghaladja a 250 bar értéket . Az üzem 300 bar felett és 585 ° C felett állítólag "ultra-szuperkritikus", és lehetővé teszi a felhasznált üzemanyag 20% -kal, tehát 20% -kal kevesebb szén-dioxid-kibocsátást (CO 2).), Hanem a szakadék a nitrogén-oxid kibocsátás (NO x ) hét és kén-oxid-kibocsátás (SO x ) által több mint tíz . Például az EDF és a China Datang Corporation (CDT) villanyszerelő 2016-ban bízta meg az első nagy hatékonyságú széntüzelésű erőművet, amelyet az EDF üzemeltet. Az alkalmazott technológia csaknem 44% -os hatékonyságot kínál (szemben a hagyományos széntüzelésű erőművek 35% -ával), valamint csökkenti a környezetre gyakorolt hatást: 800 g / kWh CO 2 -kibocsátás900 g / kWh-val szemben egy hagyományos széntüzelésű erőműnél; 100 mg / Nm 3 NO x és SO x -kibocsátás , míg a 720 mg / Nm 3 és 1300 mg / Nm 3, illetve egy széntüzelésű erőmű nélkül füstgáz kezelésére.
A széntüzelésű erőművek jövője EurópábanAz Európai Környezetvédelmi Ügynökség adatai szerint a szén és a lignit részaránya az Európai Unió villamosenergia-termelésében 1990 és 2014 között 21% -kal, vagyis évi 1% -kal csökkent .
2016-ban 16 széntüzelésű erőművet zártak be Európában, köztük az utolsó belga erőművet, így Belgium az első ország Európában, amely fokozatosan megszünteti a szenet. Ugyanakkor 293 erőmű továbbra is működik, bár közel 80% -a már nem nyereséges.
2017-ben Franciaországnak még mindig négy széntüzelésű erőműve van, köztük öt termelőegység, a szén felhagyásának 2022-ben kell megtörténnie. Emmanuel Macron kijelenti: "az ötéves ciklus végéig bezárom az összes szén- tüzelésű erőművek. " . A határidő előkészítéséért tárcaközi misszió felel. A szén elhagyása azonban nem lesz egyszerű, mert ez a négy hőerőmű fontos szerepet játszik a téli csúcsok leküzdésében Franciaországban, és több mint ezer embert foglalkoztat.
A Climate Analytics (in) szakértői rámutatnak, hogy két ország, Németország és Lengyelország rendelkezik a beépített kapacitás 51% -ával, és felelősek a szénerőművek kibocsátásának 54% -áért. "Egyre nagyobb az eltérés a tagállamok között a szén jövőjével kapcsolatos megközelítésben" - jegyzik meg, és sajnálják a széntüzelésű erőművek építését vagy terveit néhány országban, például Lengyelországban és Görögországban .
A 2017. november 3mintegy harminc környezetvédelmi egyesület indítja el az „ Európa a szénen túli ” kampányt, hogy „felgyorsítsa a szén kivezetését az Európai Unió egész területén” .
2019-ben Európában először a gázerőművek termeltek több villamos energiát, mint a szénerőművek.
2020-ban Svédország és Ausztria az előrejelzései előtt bezárja utolsó üzemét. Az EDP , egy portugál energiaipari vállalat 2021-ben bejelenti kilépését a szénből. Spanyolország 7 erőművet zár be2020. június, másfél évvel a szénbányák bezárása után, hogy elkerüljék az európai előírásokhoz való alkalmazkodás költségeit, és a nyolc megmaradt erőműből négy kérte a bezárási engedélyt.
Az elkövetkező években közel 40 erőmű bezárása várható Finnországban , Franciaországban , Olaszországban , Hollandiában , Portugáliában és az Egyesült Királyságban , mivel ezek az országok úgy döntöttek, hogy legkésőbb 2030-ig kivonják a szenet.
Olajtüzelésű erőművekEz a fajta növény ég fűtőolaj egy gőzfejlesztő kazán, amely bekapcsolja a turbina , hogy a meghajtók egy generátor a villamos energia előállítására.
Működése meglehetősen hasonló a széntüzelésű erőműveknél leírtakhoz, a fő különbségek csak a kazánt és annak segédberendezéseit érintik, amelyek csak folyékony tüzelőanyagra vonatkoznak.
Gáztüzelésű erőművekNéhány földgáztermelő országban még mindig vannak olyan régi erőművek, amelyek hasonlóak az olajtüzelésű erőművekhez , de a turbina gőzjének előállításához fűtőolaj helyett gázt használnak üzemanyagként . Működésük azonos, de a kazán kifejezetten erre a gáznemű üzemanyagra lett méretezve. Mivel a 1990-es és az emelkedés a gázturbinák (egyszerű vagy kombinált ciklusú ), az ilyen típusú erőmű vált szűkös javára erőművek gázturbinák, különösen azért, mert a jobb hatásfokú ilyen turbinák a kombinált ciklusú . A Bouchain hőerőmű kombinált gázciklusának hatékonysága tehát meghaladja a 62% -ot.
Biomassza erőművekEurópában már nagyüzemek működnek biomasszán, ezek egy része 25 éve Skandináviában. Újabban a termikus villamosenergia-termelés szempontjából a villamos energia és a hő kapcsolt termelése fokozatosan felváltja a tiszta villamosenergia-termelő erőműveket. Bizonyos országokban vagy bizonyos régiókban azonban az energiaszolgáltatók nehézségekkel küzdenek ebben az átalakításban, különösen a kapcsolt energiatermelésből származó hő visszanyerésére alkalmas infrastruktúra hiányában, például a távfűtési hálózatokban. Annak érdekében, hogy ennek ellenére előrelépést érjünk el az energetikai átmenet során, és várva ezen infrastruktúrák fokozatos kiépítését, az üzemeltetők néha úgy döntenek, hogy meglévő hőtermelési eszközeiket szénből biomasszává alakítják át. Ez történt az Egyesült Királyságban, Lengyelországban, Hollandiában, vagy olyan régiókban, mint Vallónia vagy Provence. Körülbelül húszéves működési időszakokra tervezték, hogy ezen átmeneti időszakban egyrészt lehetővé tegyék a szén felhasználásának azonnali leállítását, másrészt a termelési kapacitások fenntartását, miközben a villamosenergia-fogyasztás várakozása jobban ellenőrzött és más hatékonyabb eszközök kerülnek bevezetésre, például kapcsolt energiatermelés vagy szakaszos megújuló energiák tárolása.
A legjelentősebb biomassza erőművek közé tartozik a Drax erőmű (4000 MW ) az Egyesült Királyságban és a provencei hőerőmű (150 MW ) Gardanne-ban.
Franciaországban, 2020. december 31, a bioenergia-szektor erőműveinek beépített kapacitása elérte a 2171,5 MW-ot , ebből 680,3 MW (31,3%) a fát és más szilárd bioüzemanyagot használó erőműveknek (+ 3,1%). Ezek az üzemek 9,6 TWh- t termeltek 2020-ban, vagyis az ország villamosenergia-termelésének 2,0% -át, beleértve a 2,5 TWh- t szilárd biomassza-erőművekhez (fa stb. ).
2021 februárjában 500 tudós nyílt levelet küldött az Egyesült Államok , az Európai Unió , Japán és Korea vezetőinek, hogy figyelmeztessék őket arra a kockázatra, hogy a faenergia-ágazat túlzottan fejlődni fog. Ez kontraproduktívnak bizonyul a globális felmelegedés . A tudósok arra ösztönzik a kormányokat, hogy szüntessenek meg minden olyan ösztönzőt, amely ösztönözné az üzemanyagot , függetlenül attól, hogy az saját erdőforrásaikból származik-e.
Egy belső égésű motor (ICE) egy olyan típusú belső égésű motor, amelyben a hőenergia által leadott égés alakul át a mechanikai energiát .
Égő turbinákEz a fajta növény használható gáznemű tüzelőanyagok (földgáz, a bután , propán , stb ), hanem folyadékokat (a leginkább illékony, mint a benzin , az alkohol, a legtöbb viszkózus ( nehéz vagy maradék fűtőolaj, vagy akár nyers olajat ) , kerozin vagy fűtőolaj révén ).
Az angolszász gázturbina kifejezés szó szerinti fordításából származó francia "gázturbina" vagy TAG terminológia zavartsághoz vezethet. Az „égésturbina”, pontosabban a TAC elnevezés elkerüli ezt a kétértelműséget.
Kétféle erőmű létezik.
Egyszerű ciklusú erőművek Folyékony vagy gáznemű üzemanyaggal működő generátorral működő égésturbinából áll. Ezeket főként csúcserőművekként használják, hogy magas pontos igény (csúcsidő) esetén további termelést biztosítsanak. Kombinált ciklusú energia növények Az energiahatékonyság javítható hozzáadásával visszanyerő kazánba . Ez hasznosítja az égéstermék turbina kipufogógázaiban lévő füstökben található érzékeny maradék hőt , hogy gőzt termeljen gőzturbinát . Ez utóbbiak viszont vagy meghajtanak egy második generátort egy második tengelyvonalon (ezt kombinált ciklusnak hívják "külön tengelyvezetékekkel"), vagy ugyanarra a tengelyvezetékre telepíthetik, mint az égésturbina. „egytengelyes” kombinált ciklus). Ez az utolsó konfiguráció, amelyet a világ számos gyártója kaphat, 60% -os hatékonyságot ér el. DízelmotorokNéhány hőerőmű dízelmotort használ a generátorok meghajtására.
Franciaországban ez a helyzet áll fenn a kontinentális nagyvárosi hálózattal ( Korzika , Guadeloupe , Martinique, Reunion, Mayotte, Új-Kaledónia stb. ).
2018-ban a villamosenergia- és hőtermelő szektor részesedése a CO 2 -kibocsátásban az energiához kapcsolódó 41,7% volt.
A 27 tagú Európai Unióban az egy kilowattórás villamosenergia-termelés üvegházhatásúgáz -kibocsátása 1990 és 2018 között 45% -kal csökkent, 510 g CO 2 -rőlegyenérték / kWh 281 g CO 2 melletteq / kWh 2018-ban. A kezdeti becslések szerint elérnék a 249 g CO 2 -otekv / kWh 2019-ben. Magas a kibocsátás azokban az országokban, ahol a szénipar továbbra is fontos, például Németországban (406 g / kWh ) vagy még több Lengyelországban (789 g / kWh ) és Észtországban (900 g / kWh ). kWh ). Ezzel szemben sokkal alacsonyabbak azokban az országokban, amelyek nukleáris és / vagy megújuló energiákat fejlesztettek ki, mint például Franciaország (54 g / kWh ) vagy Svédország (13 g / kWh ).
Franciaországban a villamosenergia-termelés a teljes CO 2 -kibocsátás mintegy 4,8% -át teszi kiEz a rész az önfogyasztás nélkül 17,1 Mt CO 2 -ot tett ki 2020- ban a 2019-es 18,7 millió tonnával szemben ; fő forrásuk a földgáz (13,5 Mt ).