Kohlekraftwerk - Coal-fired power station

Unterkritische Kohlekraftwerke wie dieses in Tuticorin , Indien, sind der am wenigsten effiziente Typ
Diagramm des Kohlekraftwerks

Ein Kohlekraftwerk oder Kohlekraftwerk ist ein thermisches Kraftwerk, das Kohle verbrennt , um Strom zu erzeugen . Weltweit gibt es rund 8.500 Kohlekraftwerke mit einer Gesamtkapazität von über 2.000 Gigawatt Leistung, etwa ein Drittel des Weltstroms .

Ein Kohlekraftwerk ist eine Art fossiler Kraftwerke . Die Kohle wird normalerweise pulverisiert und dann in einem mit Kohlenstaub befeuerten Kessel verbrannt . Die Hitze des Ofens wandelt Kesselwasser in Dampf um , der dann verwendet wird, um Turbinen zu drehen, die Generatoren antreiben . So wird in Kohle gespeicherte chemische Energie sukzessive in thermische Energie , mechanische Energie und schließlich elektrische Energie umgewandelt .

Kohlekraftwerke emittieren über 10 Gt von Kohlendioxid pro Jahr, etwa ein Fünftel der weltweiten Treibhausgas - Emissionen , so sind die größte einzelne Ursache für den Klimawandel . Mehr als die Hälfte des weltweiten Kohlestroms wird in China erzeugt. Im Jahr 2020 begann die Gesamtzahl der Anlagen zu sinken, da sie in Europa und Amerika stillgelegt werden, obwohl sie noch in Asien gebaut werden, fast alle in China. Einige bleiben profitabel, weil die Kosten für andere Menschen aufgrund der Auswirkungen der Kohleindustrie auf Gesundheit und Umwelt nicht in die Erzeugungskosten eingepreist sind, aber es besteht das Risiko, dass neuere Kraftwerke zu gestrandeten Vermögenswerten werden . Der UN-Generalsekretär hat erklärt, dass die OECD- Länder bis 2030 aufhören sollen, Strom aus Kohle zu erzeugen, und der Rest der Welt bis 2040.

Betrieb

Komponenten eines Kohlekraftwerks

Als eine Art Wärmekraftwerk wandelt ein Kohlekraftwerk die in der Kohle gespeicherte chemische Energie nacheinander in thermische Energie , mechanische Energie und schließlich elektrische Energie um . Die Kohle wird normalerweise pulverisiert und dann in einem mit Kohlenstaub befeuerten Kessel verbrannt . Die Wärme des brennenden Kohlenstaubs wandelt Kesselwasser in Dampf um , der dann verwendet wird, um Turbinen zu drehen, die Generatoren antreiben . Im Vergleich zu einem Wärmekraftwerk, das andere Brennstoffarten verbrennt, ist eine kohlenspezifische Brennstoffaufbereitung und Ascheentsorgung erforderlich.

Bei Einheiten mit einer Kapazität von über 200 MW wird die Redundanz wichtiger Komponenten durch die Installation von Duplikaten der Gebläse- und Saugzuggebläse, Luftvorwärmer und Flugaschesammler gewährleistet. Bei einigen Einheiten von etwa 60 MW können stattdessen zwei Kessel pro Einheit vorgesehen werden. Die Liste der Kohlekraftwerke enthält die 200 größten Kraftwerke mit einer Größe von 2.000 MW bis 5.500 MW.

Kraftstoffaufbereitung

Kohle wird für den Gebrauch vorbereitet, indem die grobe Kohle in Stücke von weniger als 5 cm Größe zerkleinert wird. Vom Lagerplatz wird die Kohle dann über Förderbänder mit bis zu 4.000 Tonnen pro Stunde zu den innerbetrieblichen Lagersilos transportiert.

In Anlagen, die Kohlenstaub verbrennen, führen Silos Kohle zu Pulverisierern (Kohlenmühlen), die die größeren 5 cm-Stücke aufnehmen, auf die Konsistenz von Talkumpulver mahlen , sortieren und mit primärer Verbrennungsluft mischen, die die Kohle zu den Kesselofen und heizt die Kohle vor, um überschüssige Feuchtigkeit zu vertreiben. Eine 500-MW- e- Anlage kann sechs solcher Pulverisierer haben, von denen fünf unter Volllast mit 250 Tonnen pro Stunde Kohle zum Ofen liefern können.

In Anlagen, die keinen Kohlenstaub verbrennen, können die größeren 5-cm-Stücke direkt in die Silos geleitet werden, die dann entweder mechanische Verteiler, die die Kohle auf einen Wanderrost fallen lassen, oder die Zyklonbrenner , eine spezielle Art von Brennkammer, die größere Mengen effizient verbrennen kann, speisen Brennstoffstücke.

Kesselbetrieb

Anlagen für Braunkohle (Braunkohle) werden an so unterschiedlichen Standorten wie Deutschland , Victoria , Australien und North Dakota eingesetzt . Braunkohle ist eine viel jüngere Form der Kohle als Steinkohle. Sie hat eine geringere Energiedichte als Steinkohle und benötigt für eine äquivalente Wärmeleistung einen viel größeren Ofen. Solche Kohlen können bis zu 70 % Wasser und Asche enthalten , was zu niedrigeren Ofentemperaturen führt und größere Saugzuggebläse erfordert. Die Feuerungssysteme unterscheiden sich auch von Steinkohle und ziehen typischerweise heißes Gas aus der Ofenaustrittsebene und mischen es mit der ankommenden Kohle in Gebläsemühlen, die das Kohlenstaub-Heißgas-Gemisch in den Kessel einblasen.

Ascheentsorgung

Die Asche wird oft in Ascheteichen gelagert . Obwohl die Verwendung von Ascheteichen in Kombination mit Luftreinhaltungsmaßnahmen (z. B. Nasswäscher ) die Menge an luftgetragenen Schadstoffen verringert, bergen die Bauwerke ernsthafte Gesundheitsrisiken für die umgebende Umwelt. Energieversorgungsunternehmen haben die Teiche oft ohne Auskleidung gebaut , insbesondere in den Vereinigten Staaten, und daher können Chemikalien in der Asche in das Grundwasser und in Oberflächengewässer gelangen.

Seit den 1990er Jahren haben Energieversorger in den USA viele ihrer neuen Anlagen mit Trockenasche-Handlingsystemen ausgelegt. Die Trockenasche wird auf Deponien entsorgt, die typischerweise Auskleidungen und Grundwasserüberwachungssysteme umfassen. Trockene Asche kann auch zu Produkten wie Beton, Strukturschüttungen für den Straßenbau und Mörtel recycelt werden.

Flugaschesammlung

Flugasche wird durch elektrostatische Abscheider oder Gewebebeutelfilter (oder manchmal beides), die sich am Auslass des Ofens und vor dem Saugzuggebläse befinden, aufgefangen und aus dem Rauchgas entfernt. Die Flugasche wird periodisch aus den Sammeltrichtern unter den Abscheidern oder Beutelfiltern entfernt. In der Regel wird die Flugasche pneumatisch zu Lagersilos transportiert und vor Ort in Ascheteichen gelagert , oder per LKW oder Waggon auf Deponien transportiert .

Sammlung und Entsorgung von Bodenasche

Am Boden des Ofens befindet sich ein Trichter zum Sammeln der Schlacke . Dieser Trichter wird mit Wasser gefüllt gehalten, um die aus dem Ofen fallende Asche und Klinker abzuschrecken. Es sind Vorkehrungen zum Zerkleinern der Klinker und zum Transportieren der zerkleinerten Klinker und der Bodenasche zu Ascheteichen vor Ort oder außerhalb des Standorts zu Deponien enthalten. Aschesauger werden zum Austragen von Asche aus mit Siedlungsabfällen befeuerten Kesseln verwendet.

Flexibilität

Kohlekraftwerk Animation

Eine gut durchdachte Energiepolitik , ein Energierecht und ein Strommarkt sind entscheidend für Flexibilität. Obwohl die Flexibilität einiger Kohlekraftwerke technisch verbessert werden könnte, sind sie weniger in der Lage, eine regelbare Erzeugung bereitzustellen als die meisten Gaskraftwerke . Die wichtigste Flexibilität ist eine geringe Mindestlast, jedoch können einige Flexibilitätsverbesserungen teurer sein als erneuerbare Energien mit Batterien .

Kohleverstromung

Weltweite Stromerzeugung nach Quellen im Jahr 2018. Die Gesamterzeugung betrug 26,7 PWh .

  Kohle (38%)
  Erdgas (23%)
  Wasserkraft (16%)
  Nuklear (10%)
  Wind (5%)
  Öl (3%)
  Solar (2%)
  Biokraftstoffe (2%)
  Sonstiges (1%)

Ab 2020 sollen zwei Drittel der verbrannten Kohle Strom erzeugen. Im Jahr 2020 war Kohle mit 34 % die größte Stromquelle. Mehr als die Hälfte der Kohleerzeugung im Jahr 2020 erfolgte in China. Etwa 60 % des Stroms in China, Indien und Indonesien stammen aus Kohle.

Im Jahr 2020 waren weltweit 2059 GW Kohlestrom in Betrieb, 50 GW wurden in Betrieb genommen und 25 GW mit dem Bau begonnen (die meisten davon drei in China); und 38 GW im Ruhestand (hauptsächlich USA und EU).

Kohlenstoffdioxid-Ausstoß

Da Kohle hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht , haben Kohlekraftwerke eine hohe Kohlenstoffintensität . Im Durchschnitt emittieren Kohlekraftwerke im Vergleich zu anderen Energieträgern deutlich mehr Treibhausgase pro erzeugter Stromeinheit (siehe auch Lebenszyklus-Treibhausgasemissionen von Energieträgern ). Im Jahr 2018 emittiert Kohle zur Stromerzeugung über 10 Gt CO
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der insgesamt 34 Gt aus der Kraftstoffverbrennung (die gesamten Treibhausgasemissionen für 2018 betrugen 55 Gt CO
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e).

Schadensbegrenzung

Auslaufen

Von 2015 bis 2020 ging die Kohleerzeugung zwar in absoluten Zahlen kaum zurück, aber ein Teil des Marktanteils wurde von Wind und Sonne eingenommen. Im Jahr 2020 erhöhte nur China die Kohleverstromung, und weltweit ging sie um 4 % zurück. Der UN-Generalsekretär hat erklärt, dass die OECD- Länder die Stromerzeugung aus Kohle bis 2030 und der Rest der Welt bis 2040 einstellen sollten, andernfalls wäre eine Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5 °C, ein Ziel des Pariser Abkommens , äußerst schwierig. Der Ausstieg in Asien kann eine finanzielle Herausforderung darstellen, da die Pflanzen dort relativ jung sind.

Wandlung

Einige Kraftwerke werden auf die Verbrennung von Gas, Biomasse oder Abfall umgestellt , eine Umstellung auf Wärmespeicher soll 2023 erprobt werden.

Kohlenstoffabscheidung

In China wurde im Jahr 2020 überlegt, einige bestehende Kohlekraftwerke mit CO2-Abscheidung und -Speicherung nachzurüsten, dies ist jedoch sehr teuer, reduziert den Energieausstoß und ist für einige Anlagen technisch nicht machbar.

Umweltverschmutzung

Abfallströme von Kohlekraftwerken

In einigen Ländern wird die Umweltverschmutzung durch die besten verfügbaren Techniken kontrolliert , beispielsweise in der EU durch die Richtlinie über Industrieemissionen . In den Vereinigten Staaten unterliegen Kohlekraftwerke auf nationaler Ebene mehreren Luftverschmutzungsvorschriften, einschließlich der Mercury and Air Toxics Standards (MATS), durch Abwasserrichtlinien für die Wasserverschmutzung und durch Feststoffabfallvorschriften im Rahmen der Ressourcenschonung und Wiederherstellungsgesetz (RCRA).

Kohlekraftwerke verschmutzen weiterhin in Ländern mit geringer Regulierung wie dem Westbalkan , Indien , Russland und Südafrika .

Lokale Luftverschmutzung

Gesundheitsschäden durch Feinstaub , Schwefeldioxid und Stickoxide treten vor allem in Asien auf und sind häufig auf die Verbrennung von minderwertiger Kohle wie Braunkohle in Anlagen ohne moderne Rauchgasreinigung zurückzuführen . Die frühen Todesfälle aufgrund von Luftverschmutzung wurden auf 200 pro GW-Jahr geschätzt, sie können jedoch in Kraftwerken, in denen keine Wäscher verwendet werden, höher oder niedriger sein, wenn sie weit von Städten entfernt sind.

Wasserverschmutzung

Schadstoffe wie Schwermetalle, die aus nicht ausgekleideten Kohleasche- Lagerbecken oder Deponien in das Grundwasser gelangen, verschmutzen das Wasser möglicherweise über Jahrzehnte oder Jahrhunderte. Schadstoffeinträge aus Ascheteichen in Flüsse (oder andere Oberflächengewässer) umfassen typischerweise Arsen , Blei , Quecksilber , Selen , Chrom und Cadmium .

Quecksilberemissionen aus Kohlekraftwerken können bei Regen auf Land und Wasser zurückfallen und dann von Bakterien in Methylquecksilber umgewandelt werden. Durch Biomagnifikation kann dieses Quecksilber dann in Fischen gefährlich hohe Werte erreichen. Mehr als die Hälfte des atmosphärischen Quecksilbers stammt aus Kohlekraftwerken.

Kohlekraftwerke emittieren auch Schwefeldioxid und Stickstoff . Diese Emissionen führen zu saurem Regen , der Nahrungsnetze umstrukturieren und zum Zusammenbruch von Fisch- und Wirbellosenpopulationen führen kann .

Minderung der lokalen Verschmutzung

Ab 2018 soll die lokale Verschmutzung in China, das mit Abstand die meisten Kohlekraftwerke hat, in den 2020er und 2030er Jahren weiter reduziert werden, insbesondere wenn kleine und effizienzschwache Anlagen vorzeitig stillgelegt werden.

Transport und Lieferung von Kohle

Kohle wird über die Autobahn geliefert LKW , Schiene , Binnenschiff , collier Schiff oder Kohleschlammpipeline . Kraftwerke werden manchmal neben einer Mine gebaut; insbesondere eine Bergbaukohle wie Braunkohle , die nicht wertvoll genug ist, um über weite Strecken transportiert zu werden; so kann Kohle per Förderband oder massiven Diesel-Elektro- LKWs empfangen werden . Ein großer Kohlezug , der als "Einheitszug" bezeichnet wird, kann 2 km lang sein und 130-140 Waggons mit jeweils etwa 100 Tonnen Kohle enthalten, was eine Gesamtladung von über 10000 Tonnen ergibt. Eine große Anlage unter Volllast benötigt täglich mindestens eine Kohlelieferung dieser Größenordnung. Anlagen können bis zu drei bis fünf Züge pro Tag erhalten, insbesondere in der "Hochsaison" während der heißesten Sommer- oder kältesten Wintermonate (je nach lokalem Klima), wenn der Stromverbrauch hoch ist.

Moderne Entlader verwenden Drehkippvorrichtungen, die Probleme mit dem Einfrieren von Kohle in Bodenkippwagen beseitigen. Der Entlader enthält einen Zugpositionierungsarm, der den gesamten Zug zieht, um jeden Wagen über einem Kohlebunker zu positionieren. Der Dumper klemmt einen einzelnen Wagen gegen eine Plattform, die den Wagen auf den Kopf schwenkt, um die Kohle zu entladen. Schwenkkupplungen ermöglichen den gesamten Vorgang, während die Wagen noch zusammengekuppelt sind. Das Entladen eines Ganzzuges dauert etwa drei Stunden.

Kürzere Züge können Triebwagen mit einem "Air-Dump" verwenden, der auf dem Luftdruck der Lokomotive und einem "Blitzschuh" an jedem Wagen beruht. Dieser "heiße Schuh" schießt beim Kontakt mit einer "heißen Schiene" am Entladebock eine elektrische Ladung durch die Luftentsorgungsvorrichtung und bewirkt, dass sich die Türen an der Unterseite des Wagens öffnen und die Kohle durch die Öffnung in den Wagen entleert wird der Bock. Das Entladen eines dieser Züge dauert zwischen einer und eineinhalb Stunden. Ältere Entlader können immer noch manuell betriebene Bodenentleerungswagen und einen angebrachten "Schüttler" verwenden, um die Kohle zu entleeren.

Ein Collier (Kohle transportierendes Frachtschiff) kann 41.000 Tonnen (40.000 Tonnen lang) Kohle aufnehmen und braucht mehrere Tage zum Entladen. Einige Bergwerke tragen ihre eigenen Fördergeräte, um ihre eigenen Bunker zu entladen; andere hängen von der Ausrüstung im Werk ab. Für den Transport von Kohle in ruhigeren Gewässern wie Flüssen und Seen, mit flachem Boden Kähne werden oft verwendet. Lastkähne sind in der Regel ohne Motor und müssen von Schleppern oder Schleppbooten bewegt werden .

Für Anfahr- oder Hilfszwecke kann die Anlage auch Heizöl verwenden. Heizöl kann per Pipeline , Tankwagen , Tankwagen oder LKW an die Werke geliefert werden . Das Öl wird in vertikalen zylindrischen Stahltanks mit einem Fassungsvermögen von bis zu 14.000 Kubikmetern (90.000 bbl) gelagert. Die schwerere Nr. 5 "Bunker" und Nr. 6 Brennstoffe werden in der Regel dampferhitzt, bevor sie in kalten Klimazonen gepumpt werden.

Effizienz

Es gibt 4 Haupttypen von Kohlekraftwerken in steigender Effizienz: unterkritisch, überkritisch , ultraüberkritisch und Kraft - Wärme - Kopplung (auch Kraft-Wärme-Kopplung oder KWK genannt). Unterkritisch ist der am wenigsten effiziente Typ, jedoch haben jüngste Innovationen es ermöglicht, ältere unterkritische Anlagen nachzurüsten, um die Effizienz überkritischer Anlagen zu erreichen oder sogar zu übertreffen.

Integriertes Vergasungs-Kombizyklus-Design

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) ist eine Kohlekraftwerkstechnologie, die einen Hochdruckvergaser verwendet, um Kohle (oder andere kohlenstoffbasierte Brennstoffe) in Druckgas umzuwandeln – Synthesegas (Synthesegas). Die Umwandlung der Kohle in Gas ermöglicht die Verwendung eines GuD-Generators , wodurch typischerweise ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Der IGCC-Prozess kann auch die Entfernung einiger Schadstoffe aus dem Synthesegas vor dem Stromerzeugungszyklus ermöglichen. Allerdings ist die Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Kohlekraftwerken teuer.

Wirtschaft

Subventionen

Kohlekraftwerke dienen eher als Grundlasttechnologie , da sie hohe Verfügbarkeitsfaktoren aufweisen und relativ schwer und teuer hoch- und heruntergefahren werden können. Als solche schneiden sie in Echtzeit- Energiemärkten schlecht ab , da sie nicht in der Lage sind, auf Veränderungen des standortbezogenen Grenzpreises zu reagieren. In den Vereinigten Staaten gilt dies insbesondere angesichts des Aufkommens von billigem Erdgas, das als Brennstoff in regelbaren Kraftwerken dienen kann , die die Rolle der Grundlast im Netz ersetzen.

Im Jahr 2020 wurde die Kohleindustrie mit 18 Milliarden US-Dollar subventioniert.

Finanzen

Die größten Geldgeber sind chinesische Banken im Rahmen der Belt and Road Initiative (BRI).

Kapazitätsfaktoren

In Indien liegen die Kapazitätsfaktoren unter 60 %. Im Jahr 2020 hatten Kohlekraftwerke in den USA einen Gesamtkapazitätsfaktor von 40 %; das heißt, sie arbeiteten mit etwas weniger als der Hälfte ihrer kumulierten Typenschildkapazität.

Gestrandete Vermögenswerte

Wenn die globale Erwärmung gemäß dem Pariser Abkommen auf deutlich unter 2 °C begrenzt wird, werden bis 2050 vor allem in China Stranded Assets von Kohlekraftwerken von über 500 Milliarden US-Dollar prognostiziert. Im Jahr 2020 schätzte der Think Tank Carbon Tracker , dass 39 % der Kohlekraftwerke bereits teurer waren als neue erneuerbare Energien und Speicher und 73 % bis 2025 sein würden. Ab 2020 verliert etwa die Hälfte der chinesischen Kohlekraftwerke Geld und alte und kleine Kraftwerke "keine Aussicht auf Gewinne haben".

Politik

Greenpeace protestiert gegen Kohle im Bundeskanzleramt

Im Mai 2021 hat sich die G7 verpflichtet, die Förderung von Kohlekraftwerken innerhalb des Jahres einzustellen.

Die Energiepolitik Chinas in Bezug auf Kohle und Kohle in China sind die wichtigsten Faktoren für die Zukunft der Kohlekraftwerke, weil das Land so viele hat. Einer Analyse zufolge haben lokale Beamte Mitte der 2010er Jahre zu viel in Kohlekraftwerke investiert, weil die Zentralregierung die Betriebszeiten garantiert und einen hohen Großhandelsstrompreis festgelegt hat.

In Demokratien folgen die Investitionen in die Kohlekraft einer ökologischen Kuznets-Kurve . Die Energiepolitik Indiens in Bezug auf Kohle ist ein Thema in der Politik Indiens .

Proteste

Proteste fanden oft an Bergbaustandorten und an Standorten geplanter neuer Anlagen statt.

Geschichte

Das Kraftwerk Holborn Viaduct in London , das weltweit erste öffentliche dampfbetriebene Kohlekraftwerk, wurde 1882 eröffnet

Die ersten Kohlekraftwerke wurden Ende des 19. Jahrhunderts gebaut und nutzten Hubkolbenmotoren zur Erzeugung von Gleichstrom . Dampfturbinen ermöglichten Anfang des 20. Jahrhunderts den Bau viel größerer Anlagen, und Wechselstrom wurde verwendet, um größere Gebiete zu versorgen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links