Elektrownia węglowa

Elektrownia węglowa – elektrownia cieplna, w której paliwem jest węgiel brunatny lub węgiel kamienny.

Elektrownia węglowa jest elektrownią parową, w której głównymi podzespołami biorącymi udział w konwersji energii są:

• kocioł parowy,
• turbina parowa kondensacyjna,
• skraplacz,
• pompa zasilająca.

W celu podniesienia sprawności cieplnej obiegu termodynamicznego stosowane są zwykle następujące podzespoły:

• przegrzewacz wtórny (nieraz stosowane są dwa przegrzewacze wtórne),
• podgrzewacze regeneracyjne w ilości zwykle od 5 do 11.

Ponieważ spaliny powstałe ze spalania węgla zawierają zwykle szkodliwe związki siarki i azotu oraz pył, więc konieczne jest stosowanie instalacji odsiarczania, odazotowania i odpylania spalin.

W Polsce znaczna większość energii elektrycznej (w 2018 r. ok. 80%) pozyskiwana jest w elektrowniach węglowych^[2].

Spalanie węgla jest jedną z najbardziej zanieczyszczających środowisko metod produkcji energii. Powoduje znaczne pogorszenie jakości powietrza poprzez emisje toksycznych substancji, takich jak między innymi SO₂, NO_x, drobnych i dużych pyłów (PM10 i PM2,5) oraz metali ciężkich takich jak np. rtęć i kadm. Uwalniany do atmosfery w trakcie spalania węgla dwutlenek węgla powoduje nasilenie efektu cieplarnianego i w konsekwencji ocieplenie klimatu^[3]. Wydobywanie i spalanie węgla powoduje poważne niedobory i zanieczyszczenie wody, poprzez ingerencję w przepływ wód gruntowych i podziemnych, a także wylewanie ścieków, które oddziałują na rzeki, roślinność i zwierzęta. Spalanie węgla przyczynia się także do powstawania kwaśnych deszczy^[4].

W 2008 roku Europejska Agencja Środowiska opublikowała raport, w którym udokumentowano emisje zanieczyszczeń wyprodukowanych przez elektrownie konwencjonalne na terenie Unii Europejskiej^[5]. Z raportu WWF z 10 maja 2007 wynika, że elektrowniami, które emitują do atmosfery największe ilości zanieczyszczeń w Polsce są: Elektrownia Bełchatów, Elektrownia Turów, Elektrownia Kozienice oraz Elektrownia Rybnik^[6]. Do największych emitentów CO₂ w Unii Europejskiej należą jednak Niemcy. We wspomnianym rankingu w pierwszej dziesiątce znajduje się 6 niemieckich elektrowni węglowych, dwie greckie oraz po jednej z Polski i Hiszpanii^[6].

Komisja Europejska 21.11.2011 r. pozwała Polskę do Europejskiego Trybunału Sprawiedliwości, zarzucając brak postępów we wdrażaniu dyrektywy 2008/50/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (CAFE), która powinna była zostać zaimplementowana przez Polskę do 11.07.2010. Dyrektywa wymaga, by poziom PM10 (większych cząstek) nie przekraczał 50 miligramów/m³ częściej niż 35 razy w roku. Jednakże poziom PM10 w polskich miastach, takich jak Rybnik czy Jaworzno, przekracza dozwolony poziom znacznie częściej. Grupa mieszkańców Rybnika pozwała Polskę z powodu złej jakości powietrza oraz braku planów poprawienia sytuacji. Jak wynika z raportów Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), długotrwałe narażenie na działanie pyłu zawieszonego PM2,5 skutkuje skróceniem średniej długości życia (krótkotrwała ekspozycja na wysokie stężenia pyłu PM2,5 powoduje wzrost liczby zgonów z powodu chorób układu oddechowego i krążenia oraz wzrost ryzyka nagłych przypadków wymagających hospitalizacji). Szacuje się, że życie przeciętnego mieszkańca Unii Europejskiej jest z tego powodu krótsze o ponad 8 miesięcy, a życie przeciętnego Polaka – o 10 miesięcy.

W 2015 roku produkcja energii odpowiadała za 42% światowych emisji dwutlenku węgla. 72% emisji w tym sektorze pochodziło ze spalania węgla^[8]. Spośród paliw kopalnych, spalanie węgla powoduje największe emisje dwutlenku węgla przypadające na jednostkę wyprodukowanej energii^[9].

Emisje mogą być redukowane poprzez większą efektywność oraz wyższe temperatury spalania, a także poprzez zwiększenie efektywności energetycznej. Kolejną alternatywą jest system sekwestracji dwutlenku węgla, jednakże ta technologia jest wciąż rozwijana i zwiększa koszty produkcji energii z paliw kopalnych. Bez wzrostu cen emisji dwutlenku węgla sekwestracja węgla może okazać się ekonomicznie nieopłacalna.

Emitowane przez elektrownie węglowe tlenek azotu i dwutlenek siarki powodują powstawanie kwaśnych deszczów. Te gazy są słabo kwasowe jednakże w wyniku reakcji z powietrzem przekształcają się w związki kwasowe jak kwas siarkawy, kwas azotowy i kwas siarkowy, które następnie spadają na ziemię w postaci kwaśnego deszczu^[4].

Problemem związanym ze spalaniem węgla są emisje cząstek stałych, które mają bardzo poważny wpływ na zdrowie ludzi. Cząstki stałe pochodzące z elektrowni spalających węgiel mogą być szkodliwe i mieć negatywny wpływ na zdrowie. Badania wykazały, że narażenie na cząstki stałe jest powiązane ze zwiększoną śmiertelnością na choroby kardiologiczne i układu oddechowego. Cząstki stałe mogą podrażniać drogi oddechowe i płuca, co prowadzi do wzmożonych problemów z astmą, chronicznego zapalenia oskrzeli, niedrożności układu oddechowego, problemów z oddychaniem^[10].

Istnieją różne rodzaje cząstek stałych, w zależności od składu chemicznego i rozmiarów. Dominującą formą cząstek stałych pochodzących ze spalania węgla jest pył węglowy, kolejnymi są siarczany i azotany. Pył węglowy jest tym co pozostaje po spaleniu węgla, a więc składa się z cząstek węgla, które nie ulegają spaleniu^[11]. Rozmiar i skład chemiczny tych cząstek wpływa na zdrowie człowieka^[10][12]. Niestety wciąż nieznane są te rodzaje cząstek stałych, które powodują największe szkody, co sprawia trudność we wprowadzeniu odpowiedniej legislacji w tej sprawie.

Istnieje kilka metod, które pomagają ograniczyć emisję cząstek stałych z elektrowni węglowych. Prawie 80% pyłu opada do zbiornika pyłowego, jednakże reszta pyłu przedostaje się do atmosfery^[11].

Badania dotyczące zanieczyszczenia w Stanach Zjednoczonych opublikowane w sierpniu 2010 roku przez organizację Earthjustice, Sierra Club oraz Projekt Integracji Środowiska wykazały, że pył węglowy wyprodukowany przez elektrownie spalające węgiel w 21 stanach zanieczyścił glebę i wodę substancjami toksycznymi, które zawierały takie trucizny, jak arszenik i ołów. Zanieczyszczenie pyłem węglowym jest łączone z chorobami układu oddechowego, a także innymi problemami zdrowotnymi^[13].

Ze względu m.in. na tańsze możliwości podnoszenia efektywności energetycznej oraz rosnącą dostępność taniejących odnawialnych źródeł energii czy krajowe i międzynarodowe regulacje i porozumienia dotyczące ochrony środowiska i klimatu, spadają globalne inwestycje w budowę nowych elektrowni węglowych. Raport „Boom&Bust 2018 – analiza światowej energetyki węglowej” podkreśla, że w latach 2017 i 2016 wszystkie najważniejsze wskaźniki opisujące sytuację energetyki węglowej na świecie znacząco spadły. W 2017 w stosunku do 2015 spadki w liczbie inwestycji w elektrownie węglowe na świecie wyniosły: EW oddane do użytku – 41%, EW w budowie – 38%, rozpoczęcie budów EW – 73% oraz planowane budowy EW – 59%. Największy wpływ na ten megatrend mają ograniczenia węglowych inwestycji wprowadzane przez władze Chin oraz kontynuacja wycofywania się sektora prywatnego z inwestowania w wytwarzanie energii z węgla w Indiach^[2].

• Laudyn D., Pawlik M., Strzelczyk F., „Elektrownie”, Warszawa, WNT 1997.
• Perycz S., „Turbiny parowe i gazowe”, Maszyny przepływowe tom 10. Zakład Narodowy im. Ossolińskich Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk. Wrocław 1992.
• Szargut J., „Teoria procesów cieplnych”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1973.
• Tuliszka E., „Turbiny cieplne. Zagadnienia cieplne i przepływowe”, Wydawnictwa Naukowo–Techniczne, Warszawa 1973.