Bir termik istasyonu bir bir elektrik güç istasyonu , bir ile çalışmaktadır ısı kaynağı prensibine göre ısı makinelerinin . Bu dönüşüm, ya doğrudan, yanma gazlarının genleşmesiyle ya da örneğin bir su-buhar döngüsü yoluyla dolaylı olarak gerçekleşir. Kojenerasyon tesisleri , ısıtma ağları gibi diğer uygulamalar için atık ısının bir kısmını da kullanır .
Bu ısı kaynağının kaynağı, termik santralin tipine bağlıdır:
Termik santraller, elektrik enerjisi üreten bir alternatörü çalıştıran bir termik makinenin etrafına kurulur. Bu termik motorlar, harici yanmalı ( buhar türbinleri , buhar motoru ) veya içten yanmalı ( dizel motor , yanmalı türbin ) olabilir. Bir buhar türbini ve bir yanma türbini, genel verimliliği artırmak için bir kombine çevrim enerji santralinde bir arada bulunabilir . Verim, bir kojenerasyon veya trijenerasyon işlemi ile daha da geliştirilebilir .
Bir yanmalı türbin motorunun kalbi , yakıtı ateşleyerek (gaz, sıvı veya katı akışkan ) giriş havasının genleşmesine neden olur . Genişlemesinde bu, türbin çarklarının dönmesine neden olur ve bu da akuple bir alternatörü çalıştırır . Son olarak alternatör , türbinin mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür .
Bir buhar türbinli elektrik santralinin çalışması benzerdir, çalışma sıvısı hava yerine su buharıdır. Sıcak kaynak ( nükleer fisyon , kömür, yakma ...) sıvı halden buhar haline geçen suyu (doğrudan veya dolaylı olarak) ısıtır . Bu şekilde üretilen buhar, bir alternatörü çalıştıran türbine alınır.
Türbin ayrıldıktan sonra, buhar olduğu yoğunlaştırılmış bir de kondansatör , bir tarafından sağlanan soğuk kaynağından ( deniz suyu, tatlı nehir suyu , vs.) ve sıvı halde bulunur. Elde edilen yoğuşma suyu nihayet yeni bir buharlaşma döngüsü için su besleme sistemine geri gönderilir.
Bir termik santralin ana bileşenleri şunlardır:
Basitleştirilmiş çalışma prensibi aşağıdaki gibidir:
Pratikte işlem biraz daha karmaşıktır çünkü verimliliği artırmak için birkaç cihaz sağlanmıştır. Örneğin :
CHP'nin ortak bir elektrik ve ısı üretmek üzere bir endüstriyel işlem veya bölge ısıtma termik tesisin genel verimliliğini artırmak amacıyla,. Bunu yapmak için, ısı eşanjörleri , tertibatın verimliliğini artırmak için yanmış gazlardan veya soğutma suyundan ölümcül enerjinin bir kısmını geri kazanır.
Termik santraller, ısı kaynaklarının doğasına bağlı olarak birkaç kategoriye ayrılır:
Bu tip alev tesisinde yakıt bir kazanda yakılır , bu şekilde açığa çıkan ısı, buhar türbinini çalıştıran basınçlı buhar üretir .
Kömürle çalışan elektrik santralleriKömürlü santraller özellikle büyük kömür rezervleri (sahip ülkelerde, dünyada en yaygın olduğu Hindistan , Çin , Amerika Birleşik Devletleri , Almanya , vb ).
2016'da hala küresel elektrik üretiminin yaklaşık %40'ını sağladılar, ancak kömürle çalışan santral başlangıçları 2016'da %62 düşüşle 65 GW'a düştü ve açıklanan ve lisanslanan proje sayısı 2016 başı ile 2017 başı arasında %48 düşüşle 569'a düştü. GW . Ancak, kurulu kapasite 2016 yılında 1.964 GW veya + %3 ile büyümeye devam etti ; yıl içinde tamamlanan santrallerin gücü, yine de rekor seviyeye ulaşan kapalı santrallerden üç kat daha fazladır. Siyasi veya ekonomik kararları bekleyen donmuş projeler 607 GW'a ulaştı .
Global Energy Monitor tarafından yayınlanan rapora göre , ilk kez, kömürle çalışan santrallerin küresel kapasiteleri 2020'nin ilk yarısında biraz azaldı: −3 GW toplam 2.047 GW filonun içinde . Avrupa'da 8 GW ve Amerika Birleşik Devletleri'nde 5 GW olmak üzere toplam 21 GW kapanış gerçekleşti ; Açılışlar Çin'de 11 GW ve Japonya'da 1.8 GW olmak üzere 18 GW'a ulaştı . Son yirmi yılda, küresel kapasite dönem başına ortalama 25 GW oranında büyümüştür . Çin, enerji santrali projelerinin yaklaşık yarısını (250 GW'ın üzerinde ) yoğunlaştırırken , onu Hindistan (65 GW ), Türkiye ve Endonezya izliyor . Dünya çapında toplam 190 GW kömürlü termik santral yapım aşamasındadır ve ek 332 GW planlanmaktadır.
Ortalarında MW Birkaç on XX inci yüzyıl, onların birim kapasitesi hızla artan Şimdi 1.000 aşan MW . Birim güçlerinin artmasıyla birlikte kullanılan buharın basıncı ve sıcaklığı artırılarak verimleri artırılmıştır. 1970'lerde karşılaşılan 180 bar ve 540 °C olağan değerlerinden , artık 250 bar ve 600 °C'nin üzerindeki süperkritik değerlere ulaşılmıştır .
Böylece diğer santral türlerine kıyasla belirli bir rekabet gücünü koruyabilmişlerdir .
Birkaç cihaz kirletici emisyonlarını azaltır. Dumanlarda bulunan toz ( kurum ), elektrostatik çökelticiler (veya bazı ülkelerde torba filtreler ), kükürt oksitler (SO 2 ) tarafından yakalanır., SO 3) Kükürt giderme birimi (İngilizce OGG'ler sıkışıp: " baca gazı kükürt giderme " için uçucu kül değerleme daha az zor hale) inşaat mühendisliği ve daha yakın zamanda ekipman ortaya çıkmıştır ki ortadan kaldırır azot oksitler İngilizce (NOx) (SCR): " seçici katalitik indirgeme " ).
Devam eden gelişmeler endişe CO 2 yakalamatermik santrallerde. Gerçekten de dünyadaki sera gazlarının ana yayıcısı kömürden elektrik üretimidir . Birkaç teknoloji paralel olarak incelenir:
Tüm bu tekniklerin çok fazla enerji tüketmesi ve dolayısıyla net verimi yaklaşık on puan azaltması gibi bir dezavantajı vardır .
Fransa'da 2004'ten beri kömür artık madenlerden çıkarılmıyor, ancak yoğun dönemlerde termal elektrik üretimi için ithal kömür hala kullanılıyor. 2016 yılında 7,3 TWh ile Fransa'da üretilen elektriğin % 1,4'ünü ve nükleer olmayan termal kaynaklı elektriğin yaklaşık %13'ünü temsil ediyordu.
Çevre ve sağlık etkileriKömürle çalışan elektrik santralleri , özellikle Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'nde sera gazı emisyonlarının , troposferik ozon öncü gazlarının ve kurum üretiminin birincil kaynakları olmaya devam ediyor . Bir araştırmaya göre, Avrupa Birliği'nin 20 ana ülkesindeki kömürle çalışan elektrik santralleri 2013'te Avrupa'da, 1.380'i Fransa'da olmak üzere 23.000 erken ölüme neden oldu; Fransız kömür yakıtlı elektrik santrallerinin Avrupa'da 50'si Fransa'da olmak üzere 390 erken ölüme neden olduğu söyleniyor.
Örneğin, uygun Çevre Koruma Ajansı , bunlar% 28 sorumludur nikel ,% 62 arsenik ,% 13 NOx ,% 77 asit ,% 60 arasında SO 2- göre asitlendirme aerosoller. , cıvanın %50'si ve kromun %22'si Amerika Birleşik Devletleri'nin (daha sonra Atlantik Okyanusu üzerinden Avrupa'ya doğru sürüklenen) hava kütlelerinde bulunur . Bu endüstriyel açıdan gelişmiş ülkelerde, tıbbi ve evsel atık yakma tesisleriyle karşılaştırıldığında , kömürle çalışan elektrik santralleri , havaya cıva emisyonları açısından genel performanslarını en az iyileştirmiş ; Amerika Birleşik Devletleri'nde yakılan ton kömür başına emisyonları 15 yılda (1990'dan 2005'e kadar) sadece %10 azalırken, tıbbi atık yakma tesislerinden kaynaklanan cıva emisyonları bu arada %98 ve atık yakma tesislerinden %96 azaldı.
Soğutma veya atık suları klor veya brom bazlı biyositler içerebilir ve ayrıca genellikle bir yüzey suyu ısıtma kaynağıdır ( yaşamı ve belirli su dengelerini etkileyebilen termal kirlilik . Kömür kirliliğinden kaynaklanan uçucu kül , anıtları bozar ve çevreye salınan radyonüklidler içerebilir . hava veya artıklar yoluyla.
Sonuna kadar dünyaya yılda 450 $ milyar dolara mal olabilir G7 aktif kömür Merkez XXI inci STK göre, yüzyıl Oxfam . G7'nin küresel ısınmaya katkısı tek başına Afrika'ya 2080'lerde yılda 43 milyar dolardan ve 2100'de 84 milyar dolardan fazlaya mal olacak. ekinler için sonuçları, gıda fiyatlarını ve nihayetinde aç insan sayısını artırıyor ” .
Kömüre çok bağımlı olan birkaç ülke, örneğin Fransa, Birleşik Krallık, İtalya ve daha yakın zamanda Almanya ve Şili dahil olmak üzere bu enerji kaynağından çıkış başlattı. 2019 sonuna barındırması olduğu, ikincisi 25 inci BM İklim Değişikliği Konferansı'nda Nisan 2019 duyurulan (COP25), artık herhangi bir kömür santrali inşa etmek istiyor ve Haziran 2019 yılında kapanmaz beş yıl içinde, onun 28 sekiz kömürle çalışan elektrik santralleri. Bu sekiz santral, ülkenin enerji kapasitesinin %20'sini temsil ediyor; bunların kapatılması CO 2 emisyonlarını azaltacaktırelektrik sektörü 30 Mt/yıl'dan (milyon ton/yıl) 4 Mt/yıl'a ; kömürle çalışan elektrik santralleri toplam 5.500 megavat ve ülke elektriğinin %40'ını üretiyor. Şili enerji planı, 2040 yılına kadar yenilenebilir kaynaklardan %100 elektrik elde etmeyi hedefliyor. Ancak Başkan Sebastián Piñera , ülkenin bu santralleri "stratejik rezerv" içinde tutacağını belirtti.
Azaltılmış kirlilik kömür yakıtlı elektrik santralleriSirkülasyon akışkan yataklı kazan 1980 Bunların daha düşük taban sıcaklıkları (beri geliştirilmiştir 850 ° C ) oluşumu azalır , azot oksit (NO x ) ve kireçtaşı ile yatak tepki verir ilave azot oksitler. Kükürt. Bu nedenle buhar üretimi daha az kirleticidir ve onları karakterize etmek için "temiz kömür" terimiyle karşılaşıyoruz . Ancak mevcut büyüklükleri (300 ila 400 MW ), geleneksel yüksek güçlü kazanlarla rekabet etmelerine izin vermemektedir.
Daha yakın zamanlarda, “süperkritik” olarak bilinen, yüksek verimli kömürle çalışan elektrik santralleri teknolojisi, suyun doğrudan sıvı halden gaz haline geçecek şekilde bir sıcaklık ve basınca tabi tutulduğu bir teknoloji geliştirdi: bunun verimini kazanır. çalışması yakıt gereksinimlerini ve dolayısıyla atmosfere CO 2 emisyonlarını azaltırkömürün yanması ile ilgilidir. Sıcaklık ve basınç ne kadar artarsa, verimlilik açısından kazanımın yanı sıra çevresel etkinin azaltılması da o kadar önemlidir. Sıcaklık 565 dereceyi ve basınç 250 barı aştığında bir tesisin “süper kritik” olduğu söylenir . Yukarıda 300 bar ve 585 ° C , bitki (CO "ultra süperkritik" ve bu yolla,% 20 karbon emisyonu, bu yüzden, yaklaşık% 20 kullanılan yakıt azaltmak ve kolaylaştırır söylenir 2) Değil, aynı zamanda bölmek için azot oksit emisyonları (NO x ) yedi ile ve kükürt oksit emisyonları (SO X ) on 'den daha fazla . Örneğin, EDF ve elektrikçi China Datang Corporation (CDT), 2016 yılında EDF tarafından işletilen ilk yüksek verimli kömür yakıtlı elektrik santralini devreye aldı. Teklifleri (geleneksel bir kömür yakıtlı enerji santrali için% 35 ile karşılaştırıldığında) yaklaşık% 44 verimlilik kullanılan teknoloji, aynı zamanda çevre üzerinde daha az etki: 800 g / kWh CO 2 emisyonlarıkonvansiyonel bir kömür yakıtlı elektrik santrali için 900 g / kWh'ye karşı ; 100 mg / Nm 3 NO X SO x emisyonları , 720 karşılaştırıldığında mg / Nm 3 ve 1.300 mg / Nm sırasıyla 3 baca gazı tedavisiz bir kömür yakıtlı enerji istasyonu.
Avrupa'da kömürle çalışan elektrik santrallerinin geleceğiAvrupa Çevre Ajansı'nın rakamlarına göre , Avrupa Birliği'nin elektrik üretiminde kömür ve linyitin payı 1990 ile 2014 arasında %21 veya yılda %1 düştü .
2016 yılında , son Belçika elektrik santrali de dahil olmak üzere Avrupa'da 16 kömürle çalışan elektrik santrali kapatıldı ve bu da Belçika'yı Avrupa'da kömürü aşamalı olarak bırakan ilk ülke haline getirdi. Bununla birlikte, yaklaşık %80'i artık karlı olmasa da , 293 elektrik santrali halen faaliyettedir.
2017'de Fransa'da hala beş üretim ünitesi de dahil olmak üzere dört kömürle çalışan elektrik santrali var, 2022'de kömürün terk edilmesi gerekiyor. Emmanuel Macron şöyle diyor: "Beş yıllık sürenin sonunda, tüm kömür santrallerini kapatmış olacağım- ateşlenen elektrik santralleri." . Bu son tarihin hazırlanmasından bakanlıklar arası bir misyon sorumludur. Ancak kömürden vazgeçmek kolay olmayacak çünkü bu dört termik santral Fransa'da kış zirvelerinin aşılmasında büyük rol oynuyor ve binden fazla kişiye istihdam sağlıyor.
Climate Analytics (in) uzmanları, iki ülkenin, Almanya ve Polonya'nın kurulu kapasitenin %51'ine sahip olduğuna ve kömür santrallerinden kaynaklanan emisyonların %54'ünden sorumlu olduğuna dikkat çekiyor . Polonya ve Yunanistan gibi bazı ülkelerde kömürle çalışan elektrik santrallerinin inşası veya planlarından yakınarak , “Kömürün geleceğine yaklaşımlarında üye ülkeler arasında büyüyen bir eşitsizlik var” diyorlar .
3 Kasım 2017, yaklaşık otuz çevre derneği “ Avrupa Birliği genelinde kömürün aşamalı olarak kaldırılmasını hızlandırmak ” için “ Kömürün Ötesinde Avrupa ” kampanyasını başlatıyor .
2019 yılında Avrupa'da ilk kez gazla çalışan santraller, kömürle çalışan santrallerden daha fazla elektrik üretti.
2020'de İsveç ve Avusturya, tahminlerinin ötesinde son fabrikalarını kapatıyor. EDP , Portekizli enerji şirketi, kapatıyor İspanya'da 2021 yılında kömür çıktığını açıkladı 7 santrali içindehaziran 2020, kömür madenlerinin kapatılmasından bir buçuk yıl sonra, Avrupa yönetmeliklerine uyum maliyetlerinden kaçınmak için ve kalan sekiz elektrik santralinden dördü kapatma izni için başvurdu.
Yaklaşık 40 santraller vardır içinde önümüzdeki yıllarda kapatılması bekleniyor Finlandiya , Fransa , İtalya , Hollanda , Portekiz ve Birleşik Krallık'ta bu ülkeler en geç 2030 yılında kömür dışarı fazına seçmiş gibi.
Petrolle çalışan elektrik santralleriBu tür bir tesis , elektrik üretmek için bir alternatörü çalıştıran bir türbini çeviren buhar üreten bir kazanda akaryakıt yakar .
Çalışması, kömürle çalışan elektrik santralleri için açıklanana oldukça benzer, ana farklılıklar yalnızca kazanı ve yardımcılarını etkiler , bunlar sıvı yakıta özeldir.
Gazla çalışan elektrik santralleriBazı doğal gaz üreten ülkelerde hala akaryakıtla çalışan elektrik santrallerine benzer eski elektrik santralleri var , ancak türbin için buhar üretmek için yakıt olarak akaryakıt yerine gaz kullanıyorlar . Çalışmaları aynıdır, ancak kazan bu gazlı yakıt için özel olarak boyutlandırılmıştır. 1990'lardan ve yanma türbinlerinin (basit veya kombine çevrimde ) yükselişinden bu yana, özellikle bu kombine çevrim türbinlerinin daha iyi verimliliği nedeniyle, bu tip elektrik santralleri, yanma türbinli enerji santralleri lehine kıt hale geldi . Bouchain termik santralinin kombine gaz döngüsünün verimliliği böylece %62'yi aşıyor.
Biyokütle enerji santralleriAvrupa'da, büyük ölçekli enerji santralleri halihazırda biyokütleyle çalışıyor, bazıları İskandinavya'da 25 yıldır. Daha yakın zamanlarda, termal elektrik üretimi için elektrik ve ısının kojenerasyonu giderek saf elektrik üretim tesislerinin yerini almaktadır. Ancak belirli ülkelerde veya belirli bölgelerde, enerji operatörleri, özellikle bölgesel ısıtma ağları gibi kojenerasyon ısısını kullanabilen altyapı eksikliği nedeniyle bu dönüşümde zorluklarla karşılaşmaktadır. Buna rağmen enerji geçişinde ilerlemek için ve bu altyapıların kademeli olarak kurulmasını beklerken, operatörler bazen mevcut termal üretim araçlarını kömürden biyokütleye dönüştürmeyi tercih etmektedirler. Bu, Birleşik Krallık, Polonya, Hollanda'daki veya Wallonia veya Provence gibi bölgelerdeki birçok sitede durum böyleydi. Yaklaşık yirmi yıllık işletme dönemleri için planlanmış olup, bu geçiş döneminde, bir yandan kömür kullanımının derhal durdurulmasına ve diğer yandan elektrik tüketiminin daha iyi kontrol edilmesini ve diğer daha verimli olmasını beklerken üretim kapasitelerinin korunmasına izin verir. kojenerasyon veya kesintili yenilenebilir enerjilerin depolanması gibi cihazlar devreye alınır.
En dikkate değer biyokütle enerji santralleri arasında Birleşik Krallık'taki Drax elektrik santrali (4000 MW ) ve Gardanne'deki Provence termik santrali (150 MW ) bulunmaktadır.
Fransa'da, 31 Aralık 2020680.3 MW (%31.3) odun ve diğer katı biyoyakıt kullanan tesisler (+ %3.1) dahil olmak üzere biyoenerji sektöründeki tesislerin kurulu gücü 2.171.5 MW'a ulaştı . Bu santraller 2020'de 9,6 TWh veya katı biyokütle tesisleri (odun vb. ) için 2,5 TWh dahil olmak üzere ülkenin elektrik üretiminin % 2,0'sini üretti .
Şubat 2021'de 500 bilim insanı, Amerika Birleşik Devletleri , Avrupa Birliği , Japonya ve Kore'nin liderlerine , odun enerjisi sektörünün çok fazla gelişmesi riskine karşı onları uyarmak için bir açık mektup gönderdi . küresel ısınma . Bilim adamları, hükümetleri , kendi orman kaynaklarından gelsin ya da gelmesin, yakacak odunu teşvik edecek her türlü teşviki kaldırmaya teşvik ediyor .
Bir içten yanmalı motor (ICE) ya yanmalı motorun bir türüdür ısı enerjisi tarafından verilen yanma dönüştürülür mekanik enerjiye .
yanma türbinleriBu tür bir tesis, gaz halindeki yakıtları (doğal gaz, bütan , propan , vb. ), aynı zamanda sıvıları ( nafta , alkol gibi en uçucu olanlardan, en yapışkan olana ( ağır veya artık akaryakıtlar, hatta ham petrol ) kadar kullanabilir. , gazyağı veya ısıtma yağı ile ).
Anglo-Sakson gaz türbini teriminin birebir çevirisinden kaynaklanan Fransız terminolojisi "gaz türbini" veya TAG, kafa karışıklığına yol açabilir. “Yanma türbini” veya daha kesin olarak TAC adı bu belirsizliği önler.
İki tür enerji santrali vardır.
Basit çevrim santralleri Bir alternatörü çalıştıran sıvı veya gaz halindeki yakıtla çalışan bir yanma türbininden oluşur. Yüksek dakik talep durumunda (yoğun saatler) ek üretim sağlamak için çoğunlukla pik santraller olarak kullanılırlar. Kombine çevrim enerji santralleri Geri kazanım kazanının eklenmesiyle enerji verimliliği artırılır . Bu , bir buhar türbinini besleyen buhar üretmek için yanma türbininin egzozundaki baca gazlarında bulunan hissedilir artık ısıdan yararlanır . İkincisi, ya ikinci bir şaft hattı üzerinde ikinci bir alternatörü çalıştırabilir (buna "ayrı şaft hatları ile kombine çevrim" denir) veya yanma türbini ile aynı şaft hattına kurulabilir (buna daha sonra denir). bir "tek şaft hattı" kombine çevrimi). Birkaç dünya üreticisinden temin edilebilen bu son konfigürasyon, %60'lık bir verimliliğe ulaşır. Dizel MotorlarBazı termik santraller , alternatörleri çalıştırmak için dizel motorlar kullanır.
Fransa'da, bu böyledir kıta metropol ağa birbirine olmayan alanlarda (elektrik sistemleri Korsika , Guadeloupe , Martinique, Reunion, Mayotte, Yeni Kaledonya, vb ).
2018 yılında elektrik ve ısı üretimi sektörünün CO 2 emisyonları içindeki payı enerji ile ilgili %41.7 idi.
27 Avrupa Birliğinde, sera gazı emisyonlarının elektrik bir kilowatt saat üretimi için CO 510 g, 1990 ve 2018 arasında% 45 düşmüştür 2281 g eşdeğer / kWh CO 22018 yılında eşdeğer / kWh ilk tahminlere göre, 249 g CO ulaşacak 2Almanya (406 g/kWh ) ve hatta daha fazla Polonya (789 g/kWh ) ve Estonya (900 g/ kWh ) gibi kömür sektörünün hala önemli olduğu ülkelerde emisyonlar yüksektir . Bunun tersine, Fransa (54 g/kWh ) veya İsveç (13 g/kWh ) gibi nükleer ve/veya yenilenebilir enerji geliştiren ülkelerde çok daha düşüktür .
Fransa'da elektrik üretimi toplam CO 2 emisyonlarının yaklaşık %4,8'ini temsil ediyorBu pay 2019 yılında, kendinden tüketimi hariç 17.1 olarak gerçekleşti Mt CO 22020'de 2019'da 18.7 Mt'ye karşı ; ana kaynakları doğal gazdır (13,5 Mt ).