180.Τεχνολογίες παράγωγης ηλεκτρισμού από φυσικό αέριο

  Αεροστρόβιλοι συνδυασμένου κύκλου  Οι αεριοστρόβιλοι, είναι οι κύρια τεχνολογία καύσης (που προέρχεται από τις μηχανές Jet.  Οι αεριοστρόβιλοι χρησιμοποιούν τα θερμά αέρια από την καύση του αερίου άμεσα, αντί να χρησιμοποιούν τη παραγόμενη θερμότητα για να κάνουν ατμό, όπως τα εργοστάσια λιθάνθρακα.

Υπάρχουν δύο τύποι εργοστασίων ηλεκτροπαραγωγής με φυσικό αέριο:

(1) αεριοστρόβιλοι  συνδυασμένου κύκλου  και

(2) αεριοστρόβιλοι ανοιχτού κύκλου

                                            
Μονάδα ηλεκτροπαραγωγής συνδυασμένου κύκλου από φυσικό αέριο (κάνε κλικ εδώ να δεις πως λειτουργεί/ και  εδώ για την λειτουργία του αεριοστρόβιλου)

Στην  τεχνολογία αεροστροβίλων ανοιχτού κύκλου  το  με φυσικό αέριο αναμειγνύεται με τον αέρα και τροφοδοτεί ένα αέριοστρόβιλο, που στην η οποία στη συνέχεια θέτει σε κίνηση μια ηλεκτρογεννήτρια. 

Η τεχνολογία συνδυασμένου κύκλου  κάνει τα ίδια, αλλά χρησιμοποιεί τη θερμότητα από τα καυσαέρια του αεριοστρόβιλου για να παράγει  ατμό. Ο ατμός στην συνέχεια θέτει σε κίνηση ένα  ατμοστρόβιλο και δεύτερη  ηλεκτρογεννήτρια (παράγοντας  διπλάσια  ηλεκτρικής ενέργειας με το ίδιο το κόστος καυσίμων).

Το ποσό της ενέργειας που παράγεται και από τις δυο τεχνολογίες αεριοστρόβιλων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις καιρικές συνθήκες.  Η ποσότητα του καυσίμου που μπορεί να καεί αποτελεσματικά εξαρτάται  από την θερμοκρασία, την πίεση και την υγρασία του αέρα με τον οποίο αναμιγνύεται. Γενικά,  όσο πιο κρύος είναι ο καιρός  τόσο πιο αποτελεσματική είναι η μονάδα .   Οι αεροστρόβιλοι συνδυασμένου κύκλου μπορεί να είναι πάνω από 50% αποδοτικοί στην μετατροπή του φυσικού αέριου σε ηλεκτρισμό, σε σύγκριση με περίπου 33% που ισχύει για τους ατμοστρόβιλους (που χρησιμοποιούνται στο λιθάνθρακα). Ο ατμός που χρησιμοποιείται για την περιστροφή του ατμοστρόβιλου κατευθύνεται σε ένα συμπυκνωτή, όπου με την ψύξη ξαναγίνεται  νερό για να επαναχρησιμοποιηθεί στους λέβητες . Για αυτό το σκοπό (ψύξη των ατμών) 10.000 λίτρα θαλασσινού νερού ανά δευτερόλεπτο αντλούνται στο συμπυκνωτή.  Το θαλασσινό νερό  επανα-ψύχεται σε  πύργους ψύξης και ρίχνετε πίσω στην θάλασσα σε θερμοκρασία δύο βαθμών C  πάνω από την αρχική του θερμοκρασία   http://en.wikipedia.org/wiki/Combined_cycle  

«Kυψέλες καυσίμου».  Μια ακόμη καλύτερη τεχνολογία για τη μετατροπή του φυσικού αερίου για την ηλεκτρική ενέργεια που γίνεται ταχέως  εμπορεύσιμη  είναι οι «κυψέλες καυσίμου». Οι «κυψέλες καυσίμου». μετατρέπουν απευθείας φυσικό αέριο σε ηλεκτρική ενέργεια  χωρίς καύση του αερίου.  Ένα μόριο φυσικού αερίου αποτελείται από άνθρακα και υδρογόνο. Αφού το υδρογόνο αποσπασθεί  από τον άνθρακα εισάγεται σε μια «κυψέλη καυσίμου», όπου ενώνεται με οξυγόνο και  παράγει νερό, ηλεκτρισμό και θερμότητα. Ο άνθρακας απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα σαν διοξείδιο του άνθρακα που είναι  πολύ λιγότερο σε ποσότητα από  αυτό που εκπέμπεται από τους αεριοστρόβιλους. Οι «κυψέλες καυσίμου» είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές, μετατρέποντας το 60% της ενέργειας του φυσικού αερίου σε ηλεκτρική ενέργεια. Είναι εντελώς αθόρυβες και μπορεί να κατασκευάσουν σε ένα ευρύ φάσμα μεγεθών.  Αρκετά μικρές για να τροφοδοτήσουν ένα  αυτοκίνητο και σε μεγέθη  αρκετά μεγάλα για την παραγωγή  ηλεκτρικής  ενέργειας, θέρμανσης και ζεστού  νερού σε πολυκατοικίες και εργοστάσια.

Κατασκευή, κόστος και ζωή μιας μονάδας παράγωγης ηλεκτρισμού από φυσικό αέριο 

Η Κατασκευή μια μονάδας Φ.Α  χρειάζεται  27-30 μήνες   και κοστίζει    500 με 600 Ευρώ για κάθε   κιλοβάτ που θα μπορεί να  παράγει  (δηλαδή  κατασκευή ενός εργοστασίου  Φ.Α. 400 MW κοστίζει 200 με 240 εκατ. Ευρώ),  Η ζωή μιας τέτοιας  μονάδας είναι  20 χρόνια.

Πηγή: DGEMP (2003) - Reference Costs for Power Generationhttp://www.industrie.gouv.fr/energy/elecric/cdr-anglais.pdf   Tarjanne R & Luostarinen K (2003) - Competitiveness Comparison of the Electricity Production  

       Kατασκευή μονάδας ηλεκτροπαραγωγής από αέριο

Θέσεις Εργασίας σε μονάδες ηλεκτροπαραγωγής από φυσικό αέριο

Μια μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από φυσικό αέριο μπορεί να λειτουργήσει με 25-40 άτομα εξειδικευμένο προσωπικό. Απασχολεί γύρω στους 300 εργαζόμενους  για τα 2,5  χρόνια που χρειάζονται για την κατασκευή της.

Πηγή:  http://www.pacificenvironment.org/article.php?id=266  

  

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις μονάδων ηλεκτροπαραγωγής από φυσικό αέριο

Οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου από την καύση  φυσικού αέριου είναι χαμηλότερες από την καύση  λιθάνθρακα  και  πετρέλαίου.  Σε σύγκριση με τον λιθάνθρακα, το φυσικό αέριο εκπέμπει 43% λιγότερο  διοξειδίου του άνθρακα για κάθε μονάδα ενέργειας που παράγει, και 30%  λιγότερο CO2  από το πετρέλαιο.  Η καύση του φυσικού αερίου εξακολουθεί να παράγει οξείδια του αζώτου, που είναι η κύρια  πηγή τροποσφαιρικού νέφους  και  όξινης βροχής.   

Συγκεκριμένα  το φυσικό αέριο εκπέμπει λιγότερο από το ένα τρίτο  οξείδια του αζώτου , και 1%  τα οξείδια του θείου   που εκπέμπουν  οι  μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με λιθάνθρακα . Το φυσικό αέριο  δεν παράγει  στερεά απόβλητα, σε αντίθεση με τα τεράστια ποσά της τέφρας του λιθάνθρακα, και ελάχιστο  διοξείδιο του θείου, ενώσεις υδραργύρου και αιωρούμενα σωματίδια.  

Οι μέσες τιμές των εκπομπών από την χρήση φυσικού αέριου στην ηλεκτροπαραγωγή είναι:  516 κιλά  διοξειδίου του άνθρακα  ανά MWh, 50 γραμμάρια  διοξείδιο του θείου  ανά  MWh, και 770 γραμμάρια οξείδια του αζώτου ανά  MWh. Το μεθάνιο, το πρωτεύον συστατικό του φυσικού αερίου  είναι ένα  αέριο του θερμοκηπίου. Εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα, όταν  το φυσικό αέριο δεν καίγεται πλήρως ή από διαρροές και  απώλειες κατά τη διάρκεια της μεταφοράς του. Το φυσικό αέριο (μεθάνιο)  είναι από μόνο του ένα πολύ  ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου,  58 φορές πιο επικίνδυνο από το διοξείδιο του άνθρακα στην  παγίδευση θερμότητας.  Πληροφοριακά, οι συγκεντρώσεις μεθανίου στην ατμόσφαιρα έχουν αυξηθεί οκτώ φορές ταχύτερα από ό, τι το διοξείδιο του άνθρακα (που  η συγκέντρωση του έχει  διπλασιαστεί από την έναρξη της βιομηχανικής περιόδου). Η χρήση του φυσικού αέριου αντιπροσωπεύει περίπου το 10% του συνόλου των παγκόσμιων εκπομπών  αερίων του θερμοκηπίου.  

Η καύση του φυσικού αερίου στους αεριοστρόβιλους  (τεχνολογία ανοιχτού κύκλου) απαιτεί  ελάχιστο νερό.  Ωστόσο,  η καύση του φυσικού αέριου  σε μονάδες συνδυασμένου κύκλου απαιτεί  νερό για την ψύξη.  Όταν  οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απορροφούν  νερό από  λίμνες ή ποτάμια, μπορεί να σκοτώσουν  ψάρια και τα άλλα υδρόβια ζώα,  και να επηρεάσουν τα ζώα και τους ανθρώπους που εξαρτώνται από αυτούς τους  υδάτινους πόρους. Οι  αεριοστρόβιλοι καύσης δεν παράγουν λύματα. Ωστόσο,  οι  ρύποι και θερμότητα  συσσωρεύονται στο νερό που χρησιμοποιείται στους  λέβητες φυσικού αερίου στα συστήματα συνδυασμένου κύκλου.  Όταν οι  εν λόγω ρύποι και θερμότητα  φτάσουν  ορισμένα επίπεδα, το νερό  συχνά απορρίπτεται σε λίμνες ή ποτάμια. Αυτή η απόρριψη του νερού σε πολλές  χώρες συνήθως απαιτεί άδεια και είναι υπό συνεχή  έλεγχο.  

Η αμερικανική υπηρεσία περιβαλλοντικής προστασίας (EPA) εκτιμά  ότι οι κίνδυνοι για καρκίνο από την καύση φυσικού αερίου είναι κατά πολύ χαμηλότεροι  από τους κινδύνους για καρκίνο από την καύση πετρελαίου ή λιθάνθρακα στην ηλεκτροπαραγωγή. Σύμφωνα με την ίδια υπηρεσία οι μονάδες φυσικού αερίου παράγουν ελάχιστες ποσότητες (για να είναι βλαβερές) αρσενικού, μόλυβδου, υδράργυρου και νικελίου που είναι  καρκινογόνες ή τοξικές ουσίες

Πηγές: http://www.ucsusa.org/clean_energy/technology_and_impacts/energy_technologies/how-natural-gas-works.html http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-and-you/affect/natural-gas.html