โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิล

โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิล (อังกฤษ: fossil-fuel power station) เป็นโรงงานผลิตไฟฟ้าที่เผาเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติหรือปิโตรเลียมในการผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้​​าเชื้อเพลิงฟอสซิลจะได้รับการออกแบบในขนาดที่ใหญ่สำหรับการดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง ในหลายประเทศ โรงงานดังกล่าวผลิตส่วนใหญ่ของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในประเทศ โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลมีเครื่องจักรในการแปลงพลังงานความร้อนจากการเผาไหม้เป็นพลังงานกลซึ่งจะถูกนำไปเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป ตัวผลิตหลักอาจจะเป็นกังหันไอน้ำ, กังหันก๊าซหรือสำหรับโรงงานขนาดเล็กเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ (อังกฤษ: reciprocating internal combustion engine) โรงงานทั้งหมดนี้ใช้พลังงานที่สกัดได้จากการขยายตัวของก๊าซ แบบอบไอน้ำหรือก๊าซเผาไหม้ แต่ก็มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Magnetohydrodynamic generator (MHD) ไม่กี่ตัวที่สามารถผลิตไฟฟ้าโดยการแปลงพลังงานของก๊าซร้อนที่กำลังเคลื่อนที่ให้เป็นไฟฟ้าได้โดยตรง

โรงไฟฟ้า Bełchatów ขนาด 5,400 เมกะวัตต์ในโปแลนด์ - หนึ่งในโรงไฟฟ้​​าถ่านหินที่ใหญ่ที่สุดในโลก

ผลพลอยได้จากการดำเนินงานโรงไฟฟ้​​าความร้อนจะต้องมีการพิจารณาถึงการออกแบบและการดำเนินงานของพวกมันด้วย พลังงานความร้อนที่สูญเสียซึ่งจะยังคงเกิดจากการที่มีประสิทธิภาพที่จำกัดของวัฏจักรพลังงานของ Carnot cycle, Rankine cycle, หรือ Diesel cycle จะถูกปล่อยออกโดยตรงสู่ชั้นบรรยากาศหรือแม่น้ำ/ทะเลสาบ หรือโดยอ้อมสู่บรรยากาศโดยใช้หอระบายความร้อนด้วยน้ำจากแม่น้ำหรือทะเลสาบมาใช้เป็นสื่อกลางระบายความร้อน ก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลจะถูกปล่อยออกสู่อากาศ ก๊าซนี้ประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ พร้อมกับสารอื่น ๆ เช่นไนโตรเจนออกไซด์ (NO_x) ซัลเฟอร์ออกไซด์ (SO_x) ปรอท, ร่องรอยของโลหะอื่น ๆ , และเถ้าลอยสำหรับโรงไฟฟ้าถ่านหิน เถ้าขยะแข็งจากหม้อไอน้ำถ่านหินก็จะต้องกำจัดออกเช่นกัน เถ้าถ่านหินบางส่วนสามารถนำมารีไซเคิลเป็นวัสดุก่อสร้างได้

โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลเป็นตัวปล่อยที่สำคัญของ CO₂ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกตามความเห็นเป็นฉันทามติขององค์กรทางวิทยาศาสตร์ ว่ามันเป็นผู้มีส่วนร่วมในการสร้างภาวะโลกร้อน เมื่อคิดพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้หน่วยต่อหน่วย ถ่านหินสีน้ำตาลจะปล่อย CO₂ ออกมาเกือบสองเท่าของ CO₂ จากก๊าซธรรมชาติ และถ่านหินสีดำปล่อย CO₂ ออกมาค่อนข้างน้อยกว่าถ่านหินน้ำตาล การดักจับและการเก็บคาร์บอนที่ปล่อยออกมายังทำไม่ได้ในปัจจุบัน

แนวคิดพื้นฐาน

ในโรงไฟฟ้​​าพลังงานฟอสซิล พลังงานเคมีที่เก็บไว้ในเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหิน น้ำมันเตา ก๊าซธรรมชาติ หรือหินน้ำมันและออกซิเจนในอากาศจะถูกแปลงอย่างต่อเนื่องให้เป็นพลังงานความร้อนจากนั้นก็เป็นพลังงานกลและพลังงานไฟฟ้าในที่สุด แต่ละโรงไฟฟ้​​าพลังงานฟอสซิลมีระบบที่ซับซ้อนและได้รับการออกแบบตามคำสั่ง ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างณ ปี 2004 อยู่ที่ US$ 1,300 ต่อกิโลวัตต์ หรือ $ 650 ล้าน สำหรับขนาด 500 MWe^{[ต้องการอ้างอิง]} การสร้างหลายหน่วยผลิตไฟฟ้าในโรงงานเดียวกันจะเป็นการใช้ที่ดิน, ทรัพยากรธรรมชาติและแรงงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่วนใหญ่ของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในโลกจะใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิลมากกว่าความร้อนจากนิวเคลียร์, ความร้อนใต้พิภพ, ชีวมวล, หรือจากแสงอาทิตย์

จากพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่า closed-loop cycle ใดๆเท่านั้นที่สามารถแปลงบางส่วนของความร้อนที่ผลิตระหว่างการเผาไหม้ให้เป็นงานเชิงกลได้ ส่วนที่เหลือของความร้อน(ที่เรียกว่าความร้อนสูญเสีย)จะต้องถูกปล่อยออกมาในสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่าในช่วงย้อนกลับของวงจร ส่วนของความร้อนที่ปล่อยออกสู่ตัวกลางที่เย็นกว่าต้องเท่ากับหรือมากกว่าสัดส่วนระหว่างอุณหภูมิสมบูรณ์ (อังกฤษ: absolute temperature) ของระบบระบายความร้อน (สิ่งแวดล้อม) กับแหล่งความร้อน (เตาเผาไหม้). การเพิ่มอุณหภูมิของเตาเผาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ แต่ทำให้การออกแบบมีความซับซ้อน ความซับซ้อนหลักได้แก่การเลือกโลหะผสมที่ใช้สำหรับการก่อสร้าง, ทำให้การทำเตาเผามีราคาแพงมากขึ้น ความร้อนสูญเสียไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานกลได้ถ้าปราศจากระบบระบายความร้อนเย็นที่เสมอกัน อย่างไรก็ตามมันอาจถูกนำไปใช้ในโรงไฟฟ้​​าพลังความร้อนร่วม (อังกฤษ: cogeneration plant) หรือเพื่อให้ความร้อนกับอาคาร, ผลิตน้ำร้อน, หรือให้ความร้อนกับวัสดุในงานอุตสาหกรรมเช่นในโรงกลั่นน้ำมันบางแห่ง, โรงงานทั่วไป และโรงงานสังเคราะห์ทางเคมี

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยทั่วไปสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดสาธารณูปโภคอยู่ที่ประมาณ 33% สำหรับโรงไฟฟ้าถ่านหินและน้ำมันเตา, และ 56-60% (lower heating value (LHV)) สำหรับโรงไฟฟ้าก๊าซวงจรรวม (อังกฤษ: combined-cycle gas-fired plant) โรงไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการดำเนินงานที่เต็มความจุจะมีประสิทธิภาพน้อยลงเมื่อดำเนินงานนอกเหนือจากที่ออกแบบ (เช่นอุณหภูมิต่ำเกินไป)

โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลในทางปฏิบัติที่ดำเนินงานเป็นเครื่องยนต์ความร้อนจะไม่สามารถทำงานเกินขีดจำกัดของรอบการ์โนต์สำหรับการแปลงพลังงานความร้อนให้เป็นงานที่มีประโยชน์ เซลล์เชื้อเพลิงไม่ได้มีข้อจำกัดทางอุณหพลศาสตร์เช่นเดียวกันเพราะพวกมันไม่ได้เป็นเครื่องยนต์ความร้อน

See also

ชีวมวล Boiler (power generation) Coal analyzer Coal mining Coal power in the United States Combined heat and power Cooling tower system Environmental impact of the coal industry Flue gas stacks Fossil-fuel phase-out

พลังงานความร้อนใต้พิภพ ภาวะโลกร้อน ก๊าซเรือนกระจก Mercury vapor turbine List of coal power stations List of thermal power station failures Power station Relative cost of electricity generated by different sources Renewable energy power station Steam turbine Thermal power station Water-tube boiler

อ้างอิง

1. Charles Camp; Department of Civil Engineering. "PCA Manual" (PDF). University of Memphis, Herff College of Civil Engineering. สืบค้นเมื่อ 8 January 2013.
2. "ELECTRIC GENERATION EFFICIENCY: Working Document of the NPC Global Oil & Gas Study" (PDF). Highbeam Research. สืบค้นเมื่อ 18 July 2007.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Conventional coal-fired power plant
• Power plant diagram
• Large industrial cooling towers
• Statistics on existing U.S. coal-fired plants
• Coal Power more deadly than Nuclear
• "Must We Suffer Smoke" , May 1949, Popular Science article on early methods of scrubbing emissions from coal-fired power plants
• The Future of Coal: Utilizing America’s Abundant Energy Resources: Hearing before the Subcommittee on Energy, Committee on Science, Space, and Technology, House of Representatives, One Hundred Thirteenth Congress, First Session, July 25, 2013
• U.S. President Obama threatens bankruptcy to anyone building a coal-fired power plant in the U.S. 2008 interview with San Francisco Gate
• Gas Power Plant News from Power Engineering Magazine