Газовая электростанция
Один или несколько генераторов, преобразующих природный газ в электричество

Когенерационная установка в Берлине
Газ вырабатывает более 20% мировой электроэнергии
Доля производства электроэнергии из газа

Газовая электростанция , иногда называемая газовой электростанцией , электростанцией на природном газе или электростанцией на метановом газе , представляет собой тепловую электростанцию , сжигающую природный газ для выработки электроэнергии . Газовые электростанции вырабатывают почти четверть мировой электроэнергии и являются значительными источниками выбросов парниковых газов . [1] Однако они могут обеспечивать сезонную, диспетчерскую генерацию энергии для компенсации переменного дефицита возобновляемой энергии , когда гидроэнергетика или соединительные линии недоступны. В начале 2020-х годов аккумуляторные батареи стали конкурентоспособными с газовыми пиковыми установками . [2]

Основные понятия: тепло в механическую энергию в электрическую энергию

Газовая электростанция — это тип электростанции, работающей на ископаемом топливе , в которой химическая энергия, хранящаяся в природном газе, который в основном является метаном , последовательно преобразуется в: тепловую энергию , механическую энергию и, наконец, электрическую энергию . Хотя они не могут превысить предел цикла Карно для преобразования тепловой энергии в полезную работу, избыточное тепло, т. е. разница между использованной химической энергией и произведенной полезной работой, может быть использовано в когенерационных установках для отопления зданий, для производства горячей воды или для нагрева материалов в промышленных масштабах.

Типы растений

Газовая турбина

Gateway Generating Station , газовая электростанция комбинированного цикла в Калифорнии, использует две турбины внутреннего сгорания GE 7F.04 для сжигания природного газа .
Газовая турбина GE серии H для выработки электроэнергии: в конфигурации комбинированного цикла ее наивысший термодинамический КПД составляет 62,22%

Промышленные газовые турбины отличаются от авиационных конструкций тем, что рамы, подшипники и лопатки имеют более тяжелую конструкцию. Они также гораздо более тесно интегрированы с устройствами, которые они питают (часто это электрогенератор ) , и вторичным энергетическим оборудованием, которое используется для рекуперации остаточной энергии (в основном тепла).

Они варьируются по размеру от переносных мобильных установок до больших сложных систем весом более ста тонн, размещенных в специально построенных зданиях. Когда газовая турбина используется исключительно для мощности вала, ее тепловой КПД составляет около 30%. Однако может быть дешевле покупать электроэнергию, чем ее вырабатывать. Поэтому многие двигатели используются в конфигурациях ТЭЦ (комбинированное производство тепла и электроэнергии), которые могут быть достаточно маленькими для интеграции в переносные контейнерные конфигурации.

Газовые турбины могут быть особенно эффективны, когда отходящее тепло от турбины восстанавливается парогенератором-утилизатором (HRSG) для питания обычной паровой турбины в конфигурации комбинированного цикла . [3] 605 МВт General Electric 9HA достигла показателя эффективности 62,22% при температурах до 1540 °C (2800 °F). [4] В 2018 году GE предлагает свой 826 МВт HA с эффективностью более 64% в комбинированном цикле благодаря достижениям в области аддитивного производства и прорывов в области сжигания, что выше 63,7% в заказах 2017 года и находится на пути к достижению 65% к началу 2020-х годов. [5] В марте 2018 года GE Power достигла валовой эффективности 63,08% для своей турбины 7HA. [6]

Аэропроизводные газовые турбины также могут использоваться в комбинированных циклах, что приводит к более высокой эффективности, но она не будет такой высокой, как у специально разработанной промышленной газовой турбины. Они также могут работать в конфигурации когенерации : выхлопные газы используются для отопления помещений или воды или приводят в действие абсорбционный охладитель для охлаждения входящего воздуха и увеличения выходной мощности, технология, известная как охлаждение входящего воздуха турбины .

Другим существенным преимуществом является их способность включаться и выключаться в течение нескольких минут, поставляя электроэнергию во время пикового или незапланированного спроса. Поскольку электростанции с одним циклом (только газовые турбины) менее эффективны, чем электростанции с комбинированным циклом, их обычно используют в качестве пиковых электростанций , которые работают от нескольких часов в день до нескольких десятков часов в год — в зависимости от спроса на электроэнергию и генерирующей мощности региона. В районах с дефицитом мощности базовой нагрузки и нагрузки, следующей за мощностью электростанции , или с низкими затратами на топливо, газотурбинная электростанция может регулярно работать большую часть дня. Большая газовая турбина с одним циклом обычно вырабатывает от 100 до 400 мегаватт электроэнергии и имеет термодинамическую эффективность 35–40% . [7]

Газотурбинная электростанция Fingrid Oyj в Форссе , Финляндия.

Газотурбинный двигатель простого цикла

В простом цикле газовой турбины, также известной как генераторы открытого цикла газовой турбины (OCGT), горячий газ приводит в действие газовую турбину для выработки электроэнергии. Этот тип установки относительно дешев в строительстве и может быть запущен очень быстро, но из-за своей низкой эффективности работает максимум несколько часов в день в качестве пиковой электростанции . [8]

Парогазовая установка (ПГУ)

Gateway Generating Station — газовая электростанция комбинированного цикла в Калифорнии.

Электростанции CCGT состоят из газовых турбин простого цикла, которые используют цикл Брайтона , за которыми следует парогенератор с рекуперацией тепла и паровая турбина , которые используют цикл Ренкина . Наиболее распространенная конфигурация — две газовые турбины, поддерживающие одну паровую турбину. [9] Они немного дороже, чем установки простого цикла, но могут достигать эффективности до 55% и времени отправки около получаса. [10]

Поршневой двигатель

Поршневые двигатели внутреннего сгорания, как правило, имеют мощность менее 20 МВт, что намного меньше, чем у других типов генераторов электроэнергии, работающих на природном газе, и обычно используются для аварийного питания или для балансировки переменной возобновляемой энергии, такой как ветер и солнце. [11]

Выбросы парниковых газов

Относительно эффективные газовые электростанции, например, те, которые основаны на газовых турбинах комбинированного цикла, выбрасывают около 450 граммов (16 унций) CO2 на киловатт-час вырабатываемой электроэнергии. [ 12] [13] Это примерно вдвое меньше, чем у угольных электростанций , но намного больше, чем у атомных электростанций и возобновляемых источников энергии . [12] Однако более гибкие турбины простого цикла имеют значительно более высокую интенсивность выбросов, часто достигающую 670 граммов (24 унции) CO2 на кВт-ч, [14] а некоторые старые газовые турбины могут иметь интенсивность выбросов, сопоставимую даже с самыми интенсивными по выбросам угольными электростанциями. [15]

Однако выбросы за весь жизненный цикл газовых электростанций увеличиваются за счет выбросов метана из-за утечек газа , связанных с добычей и распределением газа, а также из-за значительного выброса отработанного CO2 после очистки аминового газа, если применяется улавливание и хранение углерода . [16]

Улавливание углерода

Очень немногие электростанции имеют системы улавливания и хранения углерода . [17]

Водород

Газовые электростанции могут быть модифицированы для работы на водороде , [18] и, по данным General Electric, более экономически выгодным вариантом, чем CCS, было бы использование все большего количества водорода в топливе для газовых турбин. [19] Водород можно сначала получить из природного газа путем паровой конверсии или путем нагревания для осаждения углерода, как шаг к водородной экономике , таким образом, в конечном итоге сокращая выбросы углерода. [20] Однако другие считают, что низкоуглеродистый водород (такой как природный водород ) следует использовать для вещей, которые сложнее декарбонизировать , например, для производства удобрений , поэтому его может быть недостаточно для выработки электроэнергии. [21]

Экономика

Новые растения

Иногда новая электростанция с аккумуляторными батареями вместе с солнечной или ветровой энергией в долгосрочной перспективе обходится дешевле, чем строительство нового газового завода, поскольку газовый завод рискует стать бесполезным активом . [22]

Существующие заводы

По состоянию на 2019 год [обновлять]несколько газовых электростанций выводятся из эксплуатации, поскольку они не могут останавливаться и запускаться достаточно быстро. [23] Несмотря на падающую стоимость переменной возобновляемой энергии, большинство существующих газовых электростанций остаются прибыльными, особенно в странах без цены на углерод , из-за их диспетчерской генерации и потому, что цены на сланцевый газ и сжиженный природный газ упали с момента их строительства. [24] Даже в местах с ценой на углерод, таких как ЕС, существующие газовые электростанции остаются экономически жизнеспособными, отчасти из-за растущих ограничений на угольную электростанцию ​​из-за ее загрязнения. [25]

Политика

Даже при замене угольной энергетики решение о строительстве новой станции может оказаться спорным. [26]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Чистое топливо? Утечки метана угрожают имиджу природного газа, благоприятного для климата". Reuters . 29 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 15 февраля 2019 г. Получено 30 июня 2019 г.
  2. ^ Макфарлейн, Сара; Твидейл, Сусанна (21 ноября 2023 г.). «Гигантские батареи истощают экономику газовых электростанций». Reuters . Получено 21 ноября 2023 г.
  3. ^ Лэнгстон, Ли С. (июль 2012 г.). "Эффективность в цифрах". Архивировано из оригинала 7 февраля 2013 г.
  4. ^ Келлнер, Томас (17 июня 2016 г.). «Вот почему последний мировой рекорд Гиннесса будет держать Францию ​​в напряжении еще долго после того, как ее покинут футбольные фанаты» (пресс-релиз). General Electric . Архивировано из оригинала 16 июня 2017 г. . Получено 21 июня 2016 г.
  5. ^ «Технология HA теперь доступна с первой в отрасли эффективностью 64 процента» (пресс-релиз). GE Power. 4 декабря 2017 г.
  6. ^ «Газовая турбина HA компании GE установила второй мировой рекорд эффективности» (пресс-релиз). GE Power. 27 марта 2018 г.
  7. ^ Ratliff, Phil; Garbett, Paul; Fischer, Willibald (сентябрь 2007 г.). "Новая газовая турбина Siemens SGT5-8000H для большего удобства клиентов" (PDF) . VGB PowerTech . Siemens Power Generation. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2011 г. . Получено 17 июля 2010 г. .
  8. ^ "Простая газовая установка - Энергетическое образование". energyeducation.ca . Получено 28 июня 2019 г. .
  9. ^ "Энергоблоки на газовых электростанциях с комбинированным циклом становятся больше - Today in Energy - Управление энергетической информации США (EIA)". www.eia.gov . Получено 28 июня 2019 г.
  10. ^ "Комбинированный газовый завод - Энергетическое образование". energyeducation.ca . Получено 28 июня 2019 г. .
  11. ^ "Поршневые двигатели, работающие на природном газе, все чаще используются для балансировки возобновляемых источников энергии - Today in Energy - Управление энергетической информации США (EIA)". www.eia.gov . Получено 28 июня 2019 г.
  12. ^ ab Rueter, Gero (27 декабря 2021 г.). «Насколько устойчива ветроэнергетика?». Deutsche Welle . Получено 28 декабря 2021 г. Недавно построенная наземная ветровая турбина производит около девяти граммов CO2 на каждый киловатт-час (кВт·ч), который она вырабатывает... новая морская электростанция в море выбрасывает семь граммов CO2 на кВт·ч... солнечные электростанции выбрасывают 33 грамма CO2 на каждый вырабатываемый кВт·ч... природный газ производит 442 грамма CO2 на кВт·ч, электроэнергия из каменного угля — 864 грамма, а электроэнергия из лигнита или бурого угля — 1034 грамма... на ядерную энергетику приходится около 117 граммов CO2 на кВт·ч, учитывая выбросы, вызванные добычей урана, а также строительством и эксплуатацией ядерных реакторов.
  13. ^ Росселот, Кирстен С.; Аллен, Дэвид Т.; Ку, Энтони Й. (5 июля 2021 г.). «Сравнение воздействия парниковых газов от отечественного угля и импортируемого природного газа при производстве электроэнергии в Китае». ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 9 (26): 8759– 8769. doi : 10.1021/acssuschemeng.1c01517 . ISSN  2168-0485. S2CID  237875562.
  14. ^ Макконнелл, Дилан (24 февраля 2017 г.). «Наша энергосистема жаждет мощности, но стоит ли нам открывать газовые клапаны?». The Conversation . Получено 25 октября 2024 г.
  15. ^ Гордон, Джош (3 ноября 2020 г.). «Адам Бандт говорит, что газ такой же грязный, как уголь. Он прав?». Проверка фактов RMIT ABC . Получено 25 октября 2024 г.
  16. ^ https://www.nrel.gov/docs/fy00osti/27715.pdf .
  17. ^ Chemnick, Jean (9 мая 2022 г.). «Почему EPA может заставить новые газовые заводы улавливать углерод». E&E News . Получено 9 мая 2022 г.
  18. ^ «План перевода Севера на водород». Utility Week . 30 ноября 2018 г.
  19. ^ "GE: Водород превосходит улавливание и секвестрацию углерода (CCS) в сохранении газовых турбин в безуглеродной сети". Utility Dive . Получено 28 июня 2019 г.
  20. ^ "H-vision: синий водород для зеленого будущего". Gas World. 11 февраля 2019 г. Получено 9 мая 2019 г.
  21. ^ «Водород можно использовать практически для всего. Вероятно, этого не следует делать». MIT Technology Review . Получено 5 октября 2024 г.
  22. ^ Эндрю Бергер (7 октября 2019 г.). «Риск обесценивания активов в сфере природного газа достигает переломного момента». Solar Magazine . Получено 20 октября 2019 г.
  23. ^ Geuss, Megan (26 июня 2019 г.). «10-летняя газовая установка в Калифорнии получает обработку угольной установки». Ars Technica . Получено 28 июня 2019 г.
  24. ^ Рам, Р. Шри (28 июня 2019 г.). «Акции Torrent Power совершают мощный скачок после соглашения в Гуджарате» . Получено 28 июня 2019 г.
  25. ^ «Падение цен на природный газ сигнализирует о более экологичном начале 2019 года в США и ЕС». www.worldoil.com . Получено 28 июня 2019 г.
  26. ^ Харрабин, Роджер (7 октября 2019 г.). "Великобритания отменяет блокировку планов электростанции Drax" . Получено 20 октября 2019 г. .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Газовая_электростанция&oldid=1265527997"