Kullkraftverk

Kullkraftverk er et varmekraftverk som fyres med kull – eller bitumenøs (hard) steinkull eller antrasitt, eller sub-bitumenøs, mykt brunkull eller lignitt. Hovedprinsippet er at varmen fra forbrenning av kull omdanner vann til damp med høyt trykk og temperatur, som igjen driver en dampturbin. Turbinen driver en generator som lager elektrisitet. Etter å ha passert turbinen kjøles dampen ned i en kondensator, dampen kondenseres og føres tilbake til dampkjelen. Kondensatoren, som er en varmeveksler vil avgi store mengder varmeenergi, såkalt spillvarme.

Dersom spillvarmen gjenbrukes som fjernvarme eller for videre kraftproduksjon gjennom kogenerasjon (cogeneration), er kullkraftverket et kraftvarmeverk. Dette gir om lag 50-60 % høyere virkningsgrad, og er således mer miljøvennlig ved at mindre energi unnslipper som varme. Longyear Energiverk på Svalbard er eksempel på et slikt kull-kraftvarmeverk. Slike moderne kullkraftverk legges ofte nær tettbygde strøk eller i industriområder der denne restvarmen kan utnyttes som fjernvarme eller i industriprosesser. 

En nyere type kullkraftverk er basert på en såkalt kombinasjonssyklus. Dette innebærer at kullet gassifiseres, hvorpå kullgass driver en gassturbin under høy temperatur. Deretter ledes gassene inn i en dampkjel og varmer vann til en dampturbin ((CCGT). Prinsippet har høyere virkningsgrad og er mye benyttet i gasskraftverk. Utfordringen for kull er å få til en effektiv gassifisering av kullet.

Noen kullkraftverk har også blokker og kokere som kan fyres med beslektede brennstoff, eksempelvis kullstøv, bildekk eller biomasse. 

Et moderne kullkraftverk har typisk en produksjonseffekt på 800 – 1000 MW elektrisitet, noe som gir en årlig kraftproduksjon på 7-10 terawattimer (TWh).

Miljøpåvirkning

I 2018 stod kullkraft for 38,2% av verdens kraftproduksjon og kull stod for 26,9% av verdens energiforsyning.  I tillegg til at kullkraft vil stå for en stadig mindre del av verdens kraftforsyning i framtiden, mener IEA at ikke-fossil energi stå for en større del av strømproduksjonen enn kullkraft fra 2020.

Verdens organisasjoner og internasjonale byråer, som IEA, er bekymret for miljømessige konsekvensene av fossile brensler, og da kull i særdeleshet. Forbrenning av kull bidrar mest til sur nedbør og luftforurensning, og har sammenheng med global oppvarming. På grunn av den kjemiske sammensetningen av kull er det vanskelig å fjerne urenheter fra det faste brennstoffet før forbrenningen. Dagens moderne kullkraftverk forurenser mindre enn eldre typer på grunn av nye scrubber-teknologier som filtrerer avtrekksluften før det slippes ut i atmosfæren. Imidlertid er utslipp av ulike miljøgifter allikevel i gjennomsnitt flere ganger større enn fra et gasskraftverk. I de moderne kullkraftverkene kommer forurensninger fra utslipp av gasser slik som karbondioksid, nitrogenoksider og svoveldioksid i luften.

Sur nedbør er forårsaket av utslipp av nitrogenoksider og svoveldioksid. Disse gassene kan være bare svakt sure i seg selv, men når de reagerer med andre stoffer i atmosfæren skaper de sure forbindelser så som svovelsyrling, salpetersyre og svovelsyre som faller ned sammen med nedbøren, derav begrepet sur nedbør. I Europa og USA har strengere utslippskrav og nedgangen i tungindustrien reduserte miljøfarer forbundet med dette problemet, noe som har ført til lavere utslipp etter toppen i 1960.

I 2008 dokumenterte Det europeiske miljøbyrået (EEA) drivstoffavhengige utslippsfaktorer basert på faktiske utslipp fra kraftverk i EU som i tabellen under:

Karbondioksid 
 

Kraftproduksjon ved hjelp av fosilt brensel står for en stor andel av karbondioksid (CO2) utslippene på verdensbasis. I USA skjer 68 % av kraftproduksjon ved forbrenning av fossilt brensel. I 2012 var kraftsektoren den største kilden til klimagassutslipp i USA, med om lag 32 % av totalen. Av de fossile brensler er kull mye mer karbonintensiv enn olje eller naturgass, noe som resulterer i større volumer av utslipp av karbondioksid per enhet generert elektrisitet. Selv om kull står for ca. 75 % av CO2-utslippene fra kraftsektoren, representerer det bare ca 39 % av elektrisitetsproduksjonen i USA.

Utslippene kan reduseres med høyere forbrenningstemperatur og gjennom mer effektiv produksjon av elektrisitet i syklusen. Karbonfangst og -lagring (engelsk forkortet CCS) av utslipp fra kullfyrte kraftverk er et annet alternativ, men teknologien er fortsatt under utvikling og vil øke kostnadene for fossilbasert produksjon av elektrisitet.

Svevestøv 
Et annet problem knyttet til forbrenning av kull er utslipp av svevestøv som kan ha alvorlig innvirkning på folkehelsen. I kraftverk fjernes partikler fra avgassen ved bruk av en støvsamlere eller elektrostatisk utfelling. Flere nyere anlegg bruker en annen prosess kalt «Integrert Gasification  Combined Cycle» (IGCC) der syntesegass lages av en reaksjon mellom kull og vann. Syntesegass blir behandlet for å fjerne de fleste forurensninger, og først deretter brukt til å drive en gassturbin. De varme avgassene fra gassturbinen anvendes til å generere damp til å drive en dampturbin. Forurensningsnivåer på slike kraftverk blir drastisk lavere enn i «klassiske» kullkraftverk.

Studier har vist at eksponering for svevestøv er knyttet til en økning av dødelighet relatert til luftveis- og hjertesykdommer. Svevestøv kan irritere de små luftveiene i lungene, noe som kan føre til økte problemer med astma, kronisk bronkitt, luftveisobstruksjon og gassutveksling.

Det finnes forskjellige typer av partikler fra kullkraftverk med forskjellig kjemiske sammensetning og størrelse. Den dominerende form av svevestøv fra kullkraftverk er flyveaske, men sekundær sulfat og nitrat utgjør også en stor del av svevestøv fra kullkraftverk. Flyveaske er det som er igjen etter at kull har blitt forbrent og består av de  ubrennbare materialene som finnes i kull.. 

Størrelsen og den kjemiske sammensetningen av disse partiklene påvirker og har konsekvenser for menneskers helse. For tiden er grove- (diameter større enn 2,5 mikrometer) og fine- (diameter mellom 0,1 mikrometer og 2,5 mikrometer) partikler er regulert med lover, men ultrafine partikler (diameter mindre enn 0,1 mikrometer) er for tiden uregulert, men de utgjør allikevel mange farer. Imidlertid er fortsatt mye ukjent om hvilke typer partikler som utgjør de største skadene, noe som gjør det vanskelig å komme opp med tilstrekkelig lovgivning for å regulere svevestøv.

Radioaktive sporstoffer 
Kull er en sedimentær bergart dannet hovedsakelig fra akkumulert plantemateriale, og det inneholder mange uorganiske mineraler og elementer som ble avsatt sammen med organisk materiale under dannelsen. Som resten av jordskorpen inneholder kull også lave nivåer av uran, thorium, og andre naturlig forekommende radioaktive isotoper, som ved utslipp i miljøet fører til radioaktiv forurensning. Selv om disse stoffene er tilstede i form av meget små spor av urenheter, vil forbrenning av kull gi en frigivelse av betydelige mengder av disse stoffene. Et kullkraftverk på 1000 MW vil kunne ha et ukontrollert utslipp av så mye som 5,2 tonn per år av uran (som inneholder 34 kg av uran-235) og 12,8 tonn per år av thorium. Til sammenligning vil et kjernekraftverk på 1000 MW generere ca. 30 tonn med høyradioaktivt konsentrert avfall per år

Virkningsgrad og klimahensyn
Oftest er gasskraftverkene nyere enn oljekraftverkene, både fordi oljeutvinning og -utnytting har en lengre historie, og fordi gasskraft har fått et sterkt oppsving med den senere tids fokus på global oppvarming og miljø. Gass har et av de største spesifikke energiinnhold av de fossile brenslene,
og har minst karboninnhold per energiinnhold. Dermed  gir avbrenning av gass det minste utslipp av CO2 per produsert energimengde. 
Fyring med naturgass er om lag 65 % så utslippsintensivt som kullfyring og om lag 90 % så utslippsintensivt som oljefyring.
Fordi gasskraftverk ofte har nyere og mer effektivt utstyr, kan utslippene være så lave som 30 % av kullfyrte kraftverk per produsert kraftmengde.
Oljefyrte kraftverk ligger omtrent midt mellom gass- og kullkraftverk hva angår CO2-utslipp.
De seneste ti årene har det nesten bare blitt bygget gasskraftverk i Europa og USA, og mange tidligere kull- eller oljekraftverk har blitt omstilt til gassdrift, ofte ved at det er installert gassturbiner til erstatning for dampturbiner.

Se også
 Varmekraftverk
 Kraftvarmeverk
 Oljekraftverk
 Gasskraftverk
 Liste over verdens største varmekraftverk
 Liste over verdens største kullkraftverk
 Liste over verdens største olje- og gasskraftverk

Referanser

Eksterne lenker
 Global Energy Observatory  - global liste over kullkraftverk.