وقتی انسان ها یک سوئیچ را برای روشن کردن یک اتاق روشن می کنند، تعداد کمی از آنها به فرآیندهای پیچیده ی فیزیکی پشت این عمل ساده فکر می کنند.نیروگاه های سوخت فسیلی از مدت ها پیش به عنوان "قلب انرژی" تمدن مدرن خدمت کرده انداین مجتمع های صنعتی عظیم منابع انرژی مبتنی بر کربن - زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی - را به برق تبدیل می کنند که جوامع ما را تقویت می کند و ستون فقرات تامین انرژی جهانی را تشکیل می دهد.با این حالدر حالی که ساختارهای انرژی جهانی تحت تحولات عمیق قرار می گیرند و فشارهای زیست محیطی تشدید می شوند، این غرور صنعتی سابق اکنون با چالش های بی سابقه و نوآوری تکنولوژیکی مواجه است.
نیروگاه های سوخت فسیلی اساساً "فابریکهای تبدیل گرما" پیچیده ای هستند. عملکرد اصلی آنها مطابق قانون اول ترمودینامیک حفظ انرژی است.انرژی شیمیایی از سوخت از طریق واکنش های اکسیداسیون به انرژی حرارتی با دمای بالا تبدیل می شوداین گرما سپس به یک مایع کار (معمولا آب یا هوا) منتقل می شود و انرژی داخلی قابل توجهی را تحت شرایط فشار و دمای بالا به آن می دهد.انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود، که ژنراتورها سپس از طریق محرک الکترومغناطیسی به انرژی الکتریکی تبدیل می شوند.
تاسیسات تولید برق مدرن در درجه اول به این دسته بندی ها تعلق می گیرند:
- توربین های بخار:آت کار تولید در مقیاس بزرگ. سوختن زغال سنگ یا گاز طبیعی آب را به بخار فوق گرم گرم می کند که توربین های عظیم را حرکت می دهد.که باعث می شود آن ها برای تامین بار پایه ایده آل باشند..
- توربین های گازی:با استفاده از چرخه بریتون، این دستگاه ها هوا را قبل از مخلوط کردن آن با سوخت برای احتراق فشرده می کنند. گاز با فشار بالا به طور مستقیم توربین ها را حرکت می دهد.توانایی شروع سریع آنها را برای تراشیدن قله های شبکه ارزشمند می کند.
- سیستم های چرخه ترکیبی:اینها توربین های گاز و بخار را ترکیب می کنند و از گرما خروجی توربین های گاز برای تولید بخار برای توربین های ثانویه استفاده می کنند.این پیکربندی بالاترین بهره وری حرارتی را در میان فن آوری های سوخت های فسیلی به دست می آورد.
- موتورهای متقابل:رایج در سیستم های تولید توزیع شده در مقیاس کوچک یا سیستم های برق اضطراری، انعطاف پذیری استثنایی و زمان شروع سریع را ارائه می دهد.
با توجه به قانون دوم ترمودینامیک (حدود کارایی چرخه کارنو) ، تولید انرژی حرارتی به طور اجتناب ناپذیر باعث تولید گرما می شود.این یک "سقف کارایی" فیزیکی ایجاد می کند حتی با تکنولوژی فوق فوق انتقادیاین محدودیت اساسی توضیح می دهد که چرا نیروگاه های سوخت فسیلی در رقابت های بهره وری انرژی به طور فزاینده ای از انرژی های تجدید پذیر عقب مانده اند.
برای دهه ها، نیروگاه های سوخت فسیلی به عنوان شبکه "بالاست" خدمت کردند. ظرفیت ذخیره سازی سوخت، تولید پایدار،و استقلال آب و هوا آنها را برای تامین برق پایه ای مناسب می ساخت. پایه حمایت از رشد اقتصادی و دسترسی قابل اعتماد به برق در طول صنعتی شدن.
به عنوان انرژی های تجدید پذیر متغیر مانند بادی و خورشیدی سهم بازار را به دست می آورند، گیاهان فسیلی باید سازگار شوند:
- بار پایه تا حداکثر پشتیبانی:با افزایش نفوذ انرژی های تجدید پذیر، شبکه ها با نوسانات بیشتر عرضه و تقاضا مواجه می شوند.نیروگاه های فسیلی باید قابلیت های سریع شروع و توقف و ظرفیت های بارگیری را برای تعادل وقفه های تجدید پذیر توسعه دهند.
- پشتیبانی بی وقفه:جرم چرخانده در ژنراتورهای گرمی سنتی، یک خاصیت فیزیکی حیاتی برای ثبات فرکانس را فراهم می کند که فناوری های ذخیره سازی فعلی نمی توانند به طور کامل تکرار کنند.
سوخت سوخت های فسیلی اثرات چند بعدی بر محیط زیست دارد. گازهای دود آور نه تنها CO2 را شامل می شوند، بلکه اکسید های نیتروژن (NOx) ، اکسید های گوگرد (SOx) ، فلزات سنگین (ریگ ، سرب ، آرسنیک) ،و ذرات ذرات ذرات ذرات ذرات.
گیاهان فسیلی بر انتشار گازهای گلخانه ای جهانی تسلط دارند. شدت کربن به طور قابل توجهی با سوخت متفاوت است: ارزش گرمای پایین لاینایت و ناخالصی های بالا باعث می شود که به طور استثنایی کربن فشرده باشد.زغال سنگ بتنیگاز طبیعی، به عنوان یک "بنزین انتقالی"، 50-60٪ کمتر از زغال سنگ است.
علاوه بر انتشار گازهای گلخانه ای در جو، نیروگاه های زغال سنگ زباله های جامد تولید می کنند که اگر به درستی اداره نشوند می توانند فلزات سنگین را به خاک و آب های زیرزمینی منتقل کنند.کارخانه های مدرن کنترل های پیشرفته آلودگی را به کار می گیرند (اسکروبرها)، فیلترها) ، اما این سیستم ها انرژی اضافی مصرف می کنند و بهره وری خالص را کاهش می دهند.
تکنولوژی CCS نشان دهنده خط حیات بالقوه گیاهان فسیلی است.CCS با موانع اقتصادی شدید مواجه است: هزینه های سرمایه گذاری / عملیاتی بالا و جریمه های کارایی قابل توجهی به طور چشمگیری قیمت برق را افزایش می دهد.فروش گسترده هنوز دور است.
در حالی که هیچ نیروگاهی هنوز با مسئولیت گسترده ای برای انتشارات روبرو نشده است، افزایش دادخواهی های آب و هوایی خطرات دارایی های متروکه را برای سرمایه گذاران افزایش می دهد.بسیاری از موسسات مالی در حال حاضر از تامین مالی برای پروژه های زغال سنگ جدید خودداری می کنند، و گیاهان فسیلی را در بازارهای سرمایه به حاشیه می اندازد.
جامعه علمی موافق است: محدود کردن گرمایش جهانی به 1.5 درجه سانتیگراد مستلزم نه تنها متوقف کردن ساخت نیروگاه های فسیلی جدید، بلکه تسریع بازنشستگی ظرفیت موجود است.این جهت گیری سیاست صنعت انرژی فسیلی را در یک ساعت شمارش معکوس قرار داده است.
نیروگاه های سوخت فسیلی که زمانی موتورهای مدنیت صنعتی بودند، شهرها و کارخانه های ما را روشن می کردند و زندگی مدرن را امکان پذیر می کردند.نقش تاریخی آنها در حال انتقال به حافظه تاریخی استاز محدودیت های تکنولوژیکی تا هزینه های زیست محیطی، از تکامل نقش شبکه تا فشار های مالی، آینده گیاهان فسیلی فراتر از سوالات مهندسی است.تبدیل شدن به یک موضوع استراتژیک شامل امنیت انرژی، عدالت اقتصادی و عدالت اقلیمی.
سیستم های انرژی آینده ممکن است این غول های صنعتی را با ذخیره سازی پیشرفته، شبکه های هوشمند و انرژی پاک جایگزین کنند.نیروگاه های فسیلی به عنوان فصل محوری در تاریخ انرژی بشریت باقی خواهند ماندبرای سیاست گذاران معاصر، تنظیم یک انتقال انرژی صاف و عادلانه در شکل دادن دهه های توسعه پایدار تعیین کننده خواهد بود.