منابع انرژی

برق در ایالات متحده

برق در مبانی ایالات متحده
برق در ایالات متحده با منابع و فن آوری های متنوع انرژی تولید می شود

ایالات متحده از بسیاری از منابع و فن آوری های مختلف انرژی برای تولید برق استفاده می کند. منابع و فن آوری ها با گذشت زمان تغییر کرده و از برخی بیشتر از بقیه استفاده می شود.

سه دسته عمده انرژی برای تولید برق ، سوخت های فسیلی (ذغال سنگ، گاز طبیعی و نفت)، انرژی هسته ای و منابع انرژی تجدیدپذیر هستند. بیشترین برق با استفاده از توربین های بخار با استفاده از سوخت های فسیلی، هسته ای، زیست توده، زمین گرمایی و انرژی گرمایی خورشیدی تولید می شود. از دیگر فناوری های عمده تولید برق می توان به توربین های گازی، توربین های آبی، توربین های بادی و فتوولتائیک خورشیدی اشاره کرد.

سوخت های فسیلی بزرگترین منابع انرژی برای تولید برق هستند

گاز طبیعی بزرگترین منبع – حدود 38٪ – از تولید برق ایالات متحده در سال 2019 بود. گاز طبیعی در توربین های بخار و توربین های گازی برای تولید برق استفاده می شود.

ذغال سنگ دومین منبع انرژی بزرگ برای تولید برق ایالات متحده در سال 2019 بود – حدود 23٪. تقریباً همه نیروگاه های دارای زغال سنگ از توربین های بخار استفاده می کنند. چند نیروگاه با سوخت زغال سنگ ذغال را به گاز تبدیل می کنند تا در توربین گاز برای تولید برق استفاده شود.

نفت منبع کمتر از 1٪ تولید برق ایالات متحده در سال 2019 بود. از مازوت و کک نفتی در توربین های بخار استفاده می شود. از روغن بخور تقطیر یا گازوئیل در ژنراتورهای تولید موتور دیزل استفاده می شود . مازوت و مقطرهای باقیمانده نیز می توانند در توربین های گاز سوزانده شوند.

انرژی هسته ای یک پنجم برق ایالات متحده را تأمین می کند

انرژی هسته ای منبع حدود 20٪ از تولید برق ایالات متحده در سال 2019 بود. نیروگاه های هسته ای از توربین های بخار برای تولید برق از شکافت هسته ای استفاده می کنند.

منابع انرژی تجدیدپذیر تقریباً 20٪ برق آمریکا را تأمین می کنند

انواع مختلفی از منابع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق استفاده می شود و منبع حدود 17٪ از کل تولید برق ایالات متحده در سال 2019 بود.

نیروگاه های برق آبی در سال 2019 حدود 6/6 درصد از کل تولید برق ایالات متحده و حدود 38 درصد از تولید برق از انرژی های تجدیدپذیر را تولید کردند. نیروگاه های برق آبی از آب جاری برای چرخاندن توربین متصل به یک ژنراتور استفاده می کنند.

انرژی باد منبع حدود 7٪ از کل تولید برق ایالات متحده و حدود 42٪ از تولید برق از انرژی های تجدید پذیر در سال 2019 بود. توربین های بادی انرژی باد را به برق تبدیل می کنند.

زیست توده، منبع حدود 1٪ از کل تولید برق ایالات متحده در سال 2019، مستقیماً در نیروگاه های برق بخار می سوزد، یا می تواند به گازی تبدیل شود که می تواند در مولدهای بخار، توربین های گاز یا موتورهای احتراق داخلی سوزانده شود. .

انرژی خورشیدی حدود 2٪ از کل برق ایالات متحده را در سال 2019 تأمین می کند. فتوولتائیک (PV) و انرژی حرارتی خورشیدی دو نوع اصلی فناوری های تولید برق خورشیدی هستند. تبدیل PV مستقیماً از نور خورشید در یک سلول فتوولتائیک برق تولید می کند. بیشتر سیستم های انرژی خورشیدی-حرارتی از توربین های بخار برای تولید برق استفاده می کنند.

نیروگاه های زمین گرمایی در سال 2019 حدود 0.5 درصد از کل تولید برق ایالات متحده را تولید کردند. نیروگاه های زمین گرمایی از توربین های بخار برای تولید برق استفاده می کنند.

چگونه برق به خانه شما می رسد
برق از طریق یک شبکه پیچیده به مصرف کنندگان تحویل داده می شود

برق در نیروگاه ها تولید می شود و از طریق یک سیستم پیچیده، که گاهی اوقات به آن شبکه می گویند، از پستهای برق، ترانسفورماتورها و خطوط برق که تولید کنندگان و مصرف کنندگان برق را به هم متصل می کنند، حرکت می کند. اکثر شبکه های محلی برای قابلیت اطمینان و اهداف تجاری به هم پیوسته اند، شبکه های بزرگتر و قابل اطمینان تری را ایجاد می کنند که هماهنگی و برنامه ریزی منبع تغذیه را افزایش می دهند.

در ایالات متحده، کل شبکه برق متشکل از صدها هزار مایل خطوط برق فشار قوی و میلیون ها مایل خطوط ولتاژ پایین ولتاژ پایین با ترانسفورماتورهای توزیع است که هزاران نیروگاه را به صدها میلیون مشتری برق در سراسر کشور متصل می کند.

برق و محیط زیست

اگرچه الکتریسیته هنگام استفاده نوعی انرژی پاک و نسبتاً ایمن است، اما تولید و انتقال برق بر محیط تأثیر می گذارد. تقریباً همه انواع نیروگاه های الکتریکی بر محیط زیست تأثیر می گذارند، اما برخی از نیروگاه ها اثرات بزرگتری نسبت به بقیه دارند.

ایالات متحده قوانینی دارد که بر تأثیرات تولید و انتقال برق بر محیط زیست حاکم است. قانون هوای پاک را تنظیم تولید گازهای گلخانه ای آلاینده هوا از بسیاری از گیاهان قدرت. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) قانون هوای پاک را اجرا می کند و از طریق برنامه های مختلف مانند برنامه باران اسیدی ، استانداردهای انتشار برای نیروگاه ها را تعیین می کند . قانون هوای پاک به کاهش قابل توجه انتشار برخی آلاینده های اصلی هوا در ایالات متحده کمک کرده است.

تأثیر نیروگاه ها بر چشم انداز

تمام نیروگاه ها دارای رد پای فیزیکی (محل قرارگیری نیروگاه) هستند. برخی از نیروگاه ها در داخل، روی یا کنار یک ساختمان موجود واقع شده اند، بنابراین رد پای نسبتاً کوچک است. بیشتر نیروگاه های بزرگ برای ساخت نیروگاه نیاز به پاکسازی زمین دارند. بعضی از نیروگاه ها ممکن است برای تحویل سوخت، خطوط انتقال برق و منابع آب خنک کننده به جاده های دسترسی، راه آهن و خطوط لوله احتیاج داشته باشند. نیروگاه هایی که سوخت جامد می سوزانند ممکن است مناطقی برای ذخیره خاکستر احتراق داشته باشند.

بسیاری از نیروگاه ها سازه های بزرگی هستند که منظر بصری را تغییر می دهند. به طور کلی، هرچه ساختار بزرگتر باشد، احتمال تأثیر نیروگاه بر منظر بصری بیشتر است.

نیروگاه های سوخت فسیلی ، زیست توده و مواد زائد

در ایالات متحده، حدود 63٪ از کل تولید برق در سال 2019 از سوخت های فسیلی (ذغال سنگ، گاز طبیعی و نفت) و حدود 1.4٪ از مواد حاصل از گیاهان (زیست توده) و پسماندهای شهری و صنعتی تولید شده است. موادی که هنگام سوزاندن این سوختها در گازهای احتراق ایجاد می شوند شامل این مواد هستند

  • دی اکسید کربن (CO2)
  • مونوکسید کربن (CO)
  • دی اکسید گوگرد (SO2)
  • اکسیدهای نیتروژن (NOx)
  • ذرات معلق (PM)
  • فلزات سنگین مانند جیوه

تقریباً تمام محصولات جانبی احتراق تأثیرات منفی بر محیط زیست و سلامت انسان دارند:

  • CO2 یک گاز گلخانه ای است که به اثر گلخانه ای کمک می کند.
  • SO2 باعث باران اسیدی می شود که برای گیاهان و حیواناتی که در آب زندگی می کنند مضر است. SO2 همچنین بیماریهای تنفسی و بیماریهای قلبی را به ویژه در کودکان و افراد مسن بدتر می کند.
  • NOx به ازن سطح زمین کمک می کند که باعث تحریک و آسیب ریه ها می شود.
  • نتایج PM در شرایط مه آلوده در مناطق استنادی و مناطق دیدنی و همراه با ازن ، به آسم و برونشیت مزمن ، به ویژه در کودکان و افراد مسن کمک می کند. همچنین اعتقاد بر این است که PM بسیار کوچک یا ریز باعث ایجاد آمفیزم و سرطان ریه می شود.
  • فلزات سنگین مانند جیوه برای سلامتی انسان و دام خطرناک است.
نیروگاه ها به روش های مختلف میزان انتشار آلودگی هوا را کاهش می دهند

استانداردهای انتشار آلودگی هوا مقادیر برخی از موادی را که نیروگاه ها می توانند در هوا آزاد کنند، محدود می کند. برخی از راههای تأمین نیروگاهها با این استانداردها عبارتند از:

  • سوزاندن ذغال سنگ با محتوای کم گوگرد برای کاهش انتشار SO2. بعضی از نیروگاه های زغال سنگ برای کاهش انتشار SO2 تراشه های چوب را با زغال سنگ آتش می زنند. پیش تصفیه و فرآوری زغال سنگ همچنین می تواند سطح ترکیبات نامطلوب در گازهای احتراق را کاهش دهد.
  • انواع مختلف دستگاه های کنترل انتشار ذرات، گازهای احتراق را قبل از خروج از نیروگاه تصفیه می کنند:
    • کیف های خانگی فیلترهای بزرگی هستند که ذرات معلق را به دام می اندازند.
    • رسوب دهنده های الکترواستاتیک از صفحات بار الکتریکی استفاده می کنند که ذرات را جذب کرده و از گاز احتراق خارج می کنند.
    • اسکرابرهای مرطوب از یک محلول مایع برای حذف PM از گاز احتراق استفاده می کنند.
  • اسکرابرهای مرطوب و خشک آهک را در سوخت (زغال سنگ) مخلوط می کنند یا محلول آهک را در گازهای احتراق پاشیده تا انتشار SO2 کاهش یابد. احتراق بستر سیال همچنین منجر به انتشار کمتر SO2 می شود.
  • کنترلهای انتشار NOx شامل مشعلهای کم NOx در مرحله احتراق یا مبدلهای انتخابی کاتالیزوری و غیر کاتالیزوری در مرحله بعد از احتراق است.
بسیاری از نیروگاه های آمریکایی تولید CO2 می کنند

نیروگاه های برق یک منبع بزرگ از گازهای گلخانه ای CO2 ایالات متحده است. نیروگاه های بخش برق که سوخت های فسیلی یا مواد ساخته شده از سوخت های فسیلی و برخی نیروگاه های زمین گرمایی را می سوزاندند، منبع حدود 32٪ از کل انتشار CO2 مربوط به انرژی ایالات متحده در سال 2019 بودند.

برخی از نیروگاه ها نیز زباله های مایع و جامد تولید می کنند

خاکستر باقی مانده جامد است که از سوزاندن سوخت های جامد مانند زغال سنگ، زیست توده و ضایعات جامد شهری حاصل می شود. خاکستر پایین شامل بزرگترین ذراتی است که در پایین محفظه احتراق دیگهای بخار نیروگاه جمع می شود. خاکستر پرواز ذرات ریز و سبک تری است که در دستگاه های کنترل انتشار هوا جمع می شود. خاکستر بادی معمولاً با خاکستر ته مخلوط می شود. خاکستر شامل تمام مواد خطرناکی است که دستگاه های کنترل آلودگی از آن استفاده می کنند. بسیاری از نیروگاه های زغال سنگ لجن خاکستر (خاکستر مخلوط با آب) را در استخرهای نگهداری ذخیره می کنند. چندین مورد از این حوضچه ها ترکیده و باعث خسارت و آلودگی گسترده در پایین دست شده اند. برخی از نیروگاه های با زغال سنگ خاکستر را به محل دفن زباله می فرستند یا خاکستر را برای استفاده در ساخت بلوک های بتونی یا آسفالت می فروشند.

نیروگاه های هسته ای زباله های مختلفی تولید می کنند

نیروگاه های هسته ای گازهای گلخانه ای یا PM ، SO2 یا NOx تولید نمی کنند، اما دو نوع زباله رادیواکتیو تولید می کنند:

  • زباله های سطح پایین، مانند روکش های محافظ کفش آلوده، لباس، پارچه های پاک کن، موپس، فیلترها، بقایای تصفیه آب راکتور، تجهیزات و ابزار در نیروگاه های هسته ای ذخیره می شوند تا زمانی که رادیواکتیویته زباله ها به حد امن برای دفع کاهش یابد. به عنوان یک زباله معمولی یا به یک سایت دفع زباله رادیواکتیو سطح پایین ارسال می شود.
  • زباله های سطح بالا، که شامل مجموعه های سوخت هسته ای بسیار رادیواکتیو مصرف شده (استفاده شده) است، باید در ظروف و امکانات ذخیره سازی مخصوص طراحی شده ذخیره شوند (نگاه کنید به ذخیره سازی موقت و دفع نهایی در ایالات متحده ).
خطوط برق و سایر زیرساخت های توزیع نیز ردپایی دارند

خطوط انتقال برق و زیرساخت های توزیع که برق را از نیروگاه ها به مشتریان می رساند نیز تأثیرات زیست محیطی دارند. بیشتر خطوط انتقال از سطح زمین روی برج های بزرگ قرار دارند. برج ها و خطوط برق، چشم انداز بصری را تغییر می دهند، به ویژه هنگامی که از مناطق توسعه نیافته عبور می کنند. پوشش گیاهی در نزدیکی خطوط برق ممکن است مختل شود و برای جلوگیری از خطوط برق مجبور باشد به طور مداوم مدیریت شود. این فعالیت ها می تواند جمعیت گیاهان بومی و حیات وحش را تحت تأثیر قرار دهد. خطوط برق را می توان در زیر زمین قرار داد، اما گزینه گران تری است و معمولاً در خارج از مناطق شهری انجام نمی شود.