Redigerer Kraftverk (avsnitt)

==Teknisk oppbygning==
I nesten alle kraftverk er det som nevnt én eller flere turbiner, som er en roterende maskin (ofte en dampturbin, gassturbin, vannturbin eller [[vindmølle]]) som driver en generator. En damp eller gassturbin blir kalt en varmekraftmaskin, som forteller at det er varmeenergi som omformes. De to enhetene generator og turbin blir ofte benevnt aggregat. Generatoren omdanner kinetisk energi til elektrisk energi ved å skape relativ bevegelse mellom et magnetfelt og en elektrisk leder. I dagens kraftsystemer er disse [[trefase]] vekselstrøms [[synkrongenerator]]er som leverer elektrisitet ut på et stort [[Overføringsnett|kraftnett]]. I kraftnettet er frekvensen enten 50 (typisk i Europa og Russland) eller 60&nbsp;Hz (typisk i Amerika), og dette har direkte betydning for [[omdreiningstall]]et til generatorene. Ofte har kraftnettet en [[elektrisk spenning|spenning]] som mye høyere enn den spenningen en praktisk generator kan ha, derfor står det [[transformator]]er mellom generatorene og kraftnettet slik at kraftstasjonene kan levere ut den ønskede spenning.

=== Varmekraftverk – Elektrisk kraft fra ikke-fornybar energi===
{{Hoved | Varmekraftverk}}

[[File:Dampfturbine Laeufer01.jpg|thumb|Rotor til en moderne dampturbin til bruk i et varmekraftverk]]

====Energiomvandling i et varmekraftverk====
[[File:Coal fired power plant diagram.svg|thumb|Diagram som viser syklusen for damp i et typisk [[kullkraftverk]]. Prosessen går fra venstre til høyre.]]

De fleste kraftverk i verden brenner ''[[fossilt brensel]]'' som for eksempel kull, olje og naturgass, samt at kjernekraft har også en viss utbredelse. Typisk brukes disse energikildene til å produsere damp under høyt trykk i dampkjeler som driver turbinene, disse kalles derfor for dampkraftverk. En moderne dampkjel er ofte en såkalt ''vannrørskjele'' der et meget omfattende rørsystem med vann blir oppvarmet når drivstoffet forbrennes. I moderne kraftverk er det ønskelig å produserer damp i en form som kalles ''[[superkritisk væske]]'', som er en tilstand som inntrer når trykket er over 22,1 [[Pascal (enhet)|MPa]] og temperatur på over 374&nbsp;°C. Grunnen til at dette svært høye trykke og temperaturen tilstrebes for dampproduksjon er forbedring av ''[[virkningsgrad]]en''. Ifølge [[Carnotprosessen]] vil det skje en bedre [[termisk energi]]overføring om temperaturforskjellen mellom energikilden (forbrenningsprosessen) og energiopptakeren (vannet i kjelen) er minst mulig.<ref>Malhotra, Ashok and Satyakam,R, 2000,Influence of climatic parameters on optimal design of supercritical power plants, IECEC, [http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=870911&contentType=Conference+Publications Energy Conversion Engineering Conference], pp. 1053–1058,</ref>

Turbinene i et dampkraftverk er av typen dampturbin og består av en aksling påmontert hjul med skovler som drives rundt av kraften (og dermed momentet) som dampen med høyt trykk skaper. En sier at varmeenergien i damp blir omvandlet til kinetisk energi (rotasjon), og en kaller derfor en dampturbin for en varmekraftmaskin.

====Virkningsgrad====
Ikke all termisk energi kan omdannes til mekanisk energi, i henhold til [[termodynamikkens andre lov]]. Derfor er det alltid varme som tapes til omgivelsene ved termisk energiomforming. Virkningsgraden i en dampturbin er begrenset av den maksimale damptemperatur som kan oppnås, og er ikke direkte avhengig av det drivstoffet som brukes. For de samme forholde hva gjelder dampkjele og dampturbin, vil et kull-, kjerne- og gasskraftverk alle ha den samme teoretiske virkningsgraden. Et varmekraftverk som leverer konstant effekt, kalt ''grunnlast'', vil ha større virkningsgrad enn et som brukes for midlertidig høyt effektbehov, kalt ''topplast''. Dampturbiner oppnår generelt høyere virkningsgrad når de blir kjørt for full kapasitet.

[[Virkningsgrad]]en for en dampturbin er typisk noe under 50<ref>{{cite web| title= Dr. Alexander S. Leyzerovich, Consultant: ''New Benchmarks for Steam Turbine Efficiency'', 2002| url= http://www.power-eng.com/articles/print/volume-106/issue-8/features/new-benchmarks-for-steam-turbine-efficiency.html| publisher= Power Engineering| accessdate= 7. september 2014| archive-date= 2012-09-05| archive-url= https://web.archive.org/web/20120905134501/http://www.power-eng.com/articles/print/volume-106/issue-8/features/new-benchmarks-for-steam-turbine-efficiency.html| url-status= yes}}</ref> %, noe som vil si at halvparten av dampens energi ikke kan nyttiggjøres i turbinen. I tillegg til dette energitapet er det flere andre ledd i et dampkraftverk som gjør at virkningsgraden blir enda lavere. I USA har [[U. S. Department of Energy]] et program med en visjon om å øke den totale termiske virkningsgraden i alle landets kullfyrte dampkraftverk fra 32,5 til 36 % innen 2020.<ref>{{cite web |title=Technical Workshop Report - Improving the Thermal Efficiency of Coal‐Fired Power Plants in the United States, 2010 |url= | publisher= U. S. Department of Energy | accessdate= 7. september 2014}}</ref>

====Damp og vann i en lukket krets====
Som sakt vil bare en del av dampens energi nyttiggjøres i dampturbinen, og dampen har høy temperatur ut fra turbinen. Etter at dampen forlater turbinen går den videre til en ''[[kondenser]]'', som er en type [[varmeveksler]] der dampen blir kondensert til vann og ført tilbake til dampkjelen. Dette betyr at vannet som er arbeidsmedium i et dampkraftverk går i en lukket sløyfe. Kondenseren får tilført ''[[kjølevann]]'', som er vann med en betydeligere lavere temperatur enn dampen. Kjølevann må kontinuerlig tilføres og kan komme fra en nærliggende elv. Om det ikke er mulig benyttes ''[[kjøletårn]]'' der kjølevannet avgir sin varme til luften. Dette skjer ved at det vannet risler nedover i en motgående luftstrøm. Kjøletårnet er sylindrisk og kan være rundt hundre meter høyt, og ved at det oppstår [[skorsteinseffekt]] vil store luftmengder danne en kraftig luftstrøm. Energien fra et varmekraftverk som forsvinner som via kjølevannet kalles ''spillvarme'' og om denne ikke kan brukes går mye energi tapt. For øvrig brukes et annet og mer generelt begrep fra fysikken om dette tapet, nemmelig ''[[anergi]]''.

====Bruk av spillvarme fra et varmekraftverk====
Mye av spillvarmen fra et termisk kraftverk består som nevnt av kjølevann med høy temperatur. Denne energien kan utnyttes som fjernvarme i for eksempel en nærliggende by. På denne måten kan den totale virkningsgraden økes en hel del. Om denne muligheten ikke eksisterer blir kjølevannet som nevnt ført over til det ytre [[miljø]]et enten vil vann (nærliggende elv) eller luft (kjøletårn). Ofte vil en kunne velge mellom disse tre måtene for å få vekk overskuddsvarmen fra ett og samme kraftverk. Dette fordi behovet for fjernvarme kan variere sterkt gjennom året, dessuten kan det være restriksjoner på hvor mye oppvarming som tillates av vassdrag.

Foruten bruk av spillvarme for prosess- eller fjernvarme, er en måte å forbedre den generelle virkningsgraden i et kraftverk å kombinere to forskjellige termodynamiske sykluser. Oftest blir avgassene fra en gassturbin benyttet for å generere damp som igjen driver en dampturbin. Kombinasjonen av en første og andre syklus gir høyere samlet virkningsgrad enn hver av disse syklusene kan oppnå hver for seg. Hvis denne spillvarme kan anvendes som nyttig varme, for industriprosesser eller [[fjernvarme]], er kraftverket referert til som en kraftvarmeverk eller i engelsk språkbruk CHP (combined heat-and-power) kraftverk. I land der fjernvarme er vanlig, er det ikke uvanlig med stasjoner som kun produserer varmeenergi, disse kalles [[varmeverk]]. En  type kraftverk i Midtøsten bruker spillvarme til [[avsalting]] vann.

=== Klassifisering === 
[[File:DTE St Clair.jpg|thumb|right|St. Clair Power Plant, et stort kullkraftverk i Michigan, USA.]] 
[[File:Ikata Nuclear Powerplant.JPG|thumb|Ikata [[atomkraftverk]] i Japan]] 
[[File:Worker in Olkaria Kenya.jpg|thumb|Olkaria [[geotermisk]] kraftverk i Kenya]]

==== Med hensyn på drivstoff ====
[[File:GE H series Gas Turbine.jpg|thumb|480 [[MW]] [[General Electric]] H-serien av  [[gassturbin]]er]]

* Kraftstasjon som bruker fossil energi.
* Atomkraftverk bruker en [[atomreaktor]] for å produsere varmeenergi som overføres via damp som driver en dampturbin med generator. 13 % av elektrisk produksjon i verden er produsert av kjernekraftverk.<ref>{{Cite journal|title=Key World Energy Statistics 2012 |url=https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/kwes.pdf | publisher=International Energy Agency | format=PDF |date= 2012|  accessdate= 8. september 2014}}</ref>
* [[Geotermisk kraftverk]] bruker damp til kraftproduksjon hentet fra varme underjordiske kilder. 
* Biokraftverk kan bli drevet av avfall fra kilder som [[sukkerrør]], [[avfallsforbrenning]], [[metan]] fra søppeldeponier eller andre former der ''[[biomasse]]'' forbrennes for dampproduksjon eller avgir gasser som kan benyttes i gassturbiner. 
* I integrerte [[stålverk]] er avgassen fra [[masovn]]en er en energikilde med lav pris som kan utnyttes, men med lav  energitettheten.
* [[Kogenerasjon|Spillvarme fra industriprosesser]] er tidvis konsentrert nok til å kunne brukes til kraftproduksjon, vanligvis med dampkjel og turbin.
* [[Solenergi|Solvarme]] bruker sollys til å produserer elektrisk energi direkte ved hjelp av [[solcelle]]r. Det er også konsepter der damp blir produsert og driver en turbin med generator.

==== Med hensyn på maskintype ==== 
* Kraftverk med dampturbin. Nesten alle store kraftverk bruke dette konseptet. Rundt 90 % av all elektrisk kraft produsert i verden skjer ved bruk av dampturbiner <ref>{{cite book |title=Energy resources: occurrence, production, conversion, use|last= Wiser |first= Wendell H. |authorlink= Wendell H. Wiser |year= 2000 |publisher= Birkhäuser |isbn= 978-0-387-98744-6 |page= [https://archive.org/details/energyresourceso0000wise/page/190 190] |url=https://archive.org/details/energyresourceso0000wise}}</ref> 
* Kraftverk med gassturbin. Naturgassdrevet (og oljedrevet) forbrennings turbiner kan starte raskt og er mye benyttet til å levere topplast energi i perioder med høy etterspørsel, og til høyere pris enn kraftverk for grunnlast. Disse kan være forholdsvis små enheter, og noen ganger helt ubemannet og fjernbetjente.
* Kraftverk med kombinert syklus har både en gassturbin fyrt med naturgass, og en dampkjele- og dampturbin som bruker den varme eksosgassen fra gassturbinen for å produsere elektrisitet. Dette øker den totale virkningsgraden av anlegget, og mange nye kraftverk for grunnlast er kombinert syklusanlegg fyrt med naturgass. 
* Stempelmotorer brukes til å gi strøm til isolerte samfunn og brukes ofte for små kraftvarmeverk. Sykehus, kontorbygg, industrianlegg, og andre institusjoner der stabil kraftforsyning er viktig, bruker også slike anlegg for å få reservestrøm i tilfelle strømbrudd. Disse er vanligvis drevet av diesel, tungolje, naturgass eller [[deponigass]]. I dagligtale kalles gjerne disse for [[strømaggregat]]er, dieselaggregater eller reserveaggregater.
* Mikrogassturbiner, [[Stirlingmotor]]er og stempelmotorer er rimelige og enkle løsninger for bruk av brensel fra avfall, for eksempel deponigass, gass fra [[Kloakkanlegg|kloakkrenseanlegg]] og avgasser fra oljeproduksjon.

==== Med hensyn på belastningstype ==== 
Kraftverk som kan dedikeres (planlagt) for å gi energi (eller effekt) til et kraftsystem inkluderer:

* Grunnlastkraftverk som drives nesten kontinuerlig for å forsyne kraftsystemet med elektrisitet  som ikke varierer i løpet av en dag eller uke. Denne typen kraftverk kan være svært optimalisert for lave drivstoffkostnader, men kan ikke starte eller stoppe raskt ved endringer i systemets belastning. Eksempler på grunnlastanlegg er store moderne kullfyrte- og kjernekraftverk, eller vannkraftverk med en forutsigbar tilførsel av vann. 
* Topplastkraftverk (eller spisslast) som skal ta unna den daglige topplasten, som kan vare mellom én eller to timer hver dag. I disse kraftverkene er driftskostnadene trinnvis økende og er alltid høyere enn grunnlastanlegg, men de er nødvendige for å sørge for sikkerheten i systemet under belastningstopper. Denne kategorien inkluderer gassturbiner og noen ganger kraftverk med stempelmotorer ([[dieselmotor]]er), som kan startes opp raskt når kraftsystemets belastningstopp er forutsatt å opptre. Vannkraftverk kan også være konstruert for spissbelastning.
* Mellomlastkraftverk kan økonomisk følge variasjonene i daglig og ukentlig belastning, til lavere kostnad enn topplastverkene og med større fleksibilitet enn grunnlastkraftverk.
*Ikke-forutsigbar kraftverk har kilder som vind og solenergi som er væravhengige, men der det  langsiktige bidrag til systemets energiforsyning er forutsigbar. På kort sikt må den produserte energi brukes når den er tilgjengelig, siden produksjonen ikke kan utsettes. Når for eksempel bidraget fra vindkraft er stort, må konvensjonelle kraftverk redusere sin produksjon. Omvendt må konvensjonelle kraftverk øke sin produksjon om forbruket er stort og bidraget fra vindkraft er lite.

===Miljøpåvirkning===
{{Se også|Menneskelig innvirkning på naturmiljøet}}

Verdens ''energibehov'' forventes, ifølge [[Det internasjonale energibyrået]] (IEA) sitt middel-scenario, å stige med 30 % fra 2011 til 2035.<ref name=IEAvekst>{{cite web |title=WORLD ENERGY OUTLOOK 2013 FACTSHEET – How will global energy markets evolve to 2035? |url=http://www.iea.org:10000/search/search/C.view=IEA/results?q=WORLD+ENERGY+OUTLOOK+2013+FACTSHEET |author= |publisher=IEA |date=1. september 2014 |accessdate=9. september 2014 }}{{død lenke|dato=september 2017 |bot=InternetArchiveBot }}</ref> I 2007 var det over 50.000 aktive kullkraftverk i verden, og dette tallet forventes å vokse.<ref>{{cite web|title=Carbon Dioxide Emissions From Power Plants Rated Worldwide |url=http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071114163448.htm  |author= | publisher=ScienceDaily |date= 15. november 2007  | accessdate= 9. september 2014 }}</ref> I henhold til dette scenarioet vil etterspørselen vokse for alle former for energi, men andelen av fossilt brensel i verdens energimiks vil falle fra 82 % til 76 % innen 2035.<ref name=IEAvekst/>

Mange organisasjoner og internasjonale byråer som IEA, er bekymret for de miljømessige konsekvensene av bruken av fossile brensler, og spesielt kull. Forbrenning av kull bidrar mest til [[sur nedbør]] og [[luftforurensning]], og har betydning for [[global oppvarming]]. På grunn av den kjemiske sammensetning av kull er det vanskelig å fjerne urenheter før det forbrennes. Dagens moderne kullkraftverk forurenser mindre enn eldre design, mye på grunn av nye [[scrubber]]-teknologier som filtrerer avgassene før de slippes ut i skorsteinen. Forurensningen er allikevel flere ganger større fra et kullkraftverk enn fra et gasskraftverk. I moderne kullfyrte kraftverk kommer forurensningen fra utslipp av gasser som [[karbondioksid]], [[nitrogenoksider]] og [[svoveldioksid]] til atmosfæren.

Sur nedbør er forårsaket av utslipp av nitrogenoksider og svoveldioksid. Disse gassene kan være bare svakt surt i seg selv, men når de reagerer med luften i atmosfæren skaper de sure forbindelser så som [[svovelsyrling]], [[salpetersyre]] og [[svovelsyre]] som faller som regn, derav begrepet [[sur nedbør]]. I Europa og USA har strengere lover for utslipp og nedgangen i tungindustri redusert [[Menneskelig påvirkning av naturmiljøet|miljøproblemene]], for eksempel med fiskedød i vassdrag.

[[European Environment Agency]] (EEA) dokumenterte i 2008  drivstoffavhengig utslippsfaktorer basert på utslipp fra kraftverk i [[EU]] som gjengitt i tabellen nedenfor.<ref name=EEA_AirPollution>{{cite web|title=Air pollution from electricity-generating large combustion plants – An assessment of the theoretical emission reduction of SO2 and NOX through implementation of BAT as set in the BREFs. EEA Technical report No 4/2008 |url= http://www.eea.europa.eu/publications/technical_report_2008_4/at_download/file |author= | publisher= EEA |date= 2008 | Isbn = 978-92-9167-355-1 | accessdate= 9. september 2014}}</ref>

{| class="wikitable"
|-
! Forurensning !! Kull !! Brunkull !! Fyringsolje !! Annen type olje !! Gass
|-
| CO<sub>2</sub> (g/GJ) || 94600 || 101000 || 77400 || 74100 || 56100
|-
| SO<sub>2</sub> (g/GJ) || 765 || 1361 || 1350 || 228 || 0,68
|-
| NO<sub>x</sub> (g/GJ) || 292 || 183 || 195 || 129 || 93,3
|-
| CO (g/GJ) || 89.1 || 89.1 || 15,7 || 15,7 || 14,5
|-
| Andre organiske forbindelser (g/GJ) || 4,92 || 7,78 || 3,70 || 3,24 || 1,58
|-
| Svevestøv (g/GJ) || 1,203 || 3,254 || 16 || 1,91 || 0,1
|-
| Totalt røykgassvolum (m<sup>3</sup>/GJ) || 360 || 444 || 279 || 276 || 272
|}

=== Karbondioksid === 
{{Hoved|Karbondioksid}}

[[File:Taichung Thermal Power Plant.JPG|thumb|[[Taichung kraftverk]] i [[Taiwan]] som er verdens største punktutslipp av karbondioksid.<ref>{{cite web |title=Dirty numbers |2=The 200 Most Polluting Power Plants in the World |url=http://thephoenixsun.com/archives/6548 |author=Osha Gray Davidson |publisher=The Phoenix Sun |date=13. november 2009 |accessdate=9. september 2014 |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140326093030/http://thephoenixsun.com/archives/6548 |archivedate=2014-03-26 |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2014-09-09 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20140326093030/http://thephoenixsun.com/archives/6548 |arkivdato=2014-03-26 |url-status=død }} {{Wayback|url=http://thephoenixsun.com/archives/6548 |date=20140326093030 }}</ref>]]

Kraftproduksjon ved hjelp av fossilt brensel står for en stor andel av karbondioksid (CO2) utslippene på verdensbasis. I USA skjer 68 % av kraftproduksjon ved forbrenning av fossilt brensel.<ref>{{cite web|title= Sources of Greenhouse Gas Emissions |url=http://www.epa.gov/climatechange/ghgemissions/sources/electricity.html |author= | publisher= US EPA |date= 2014 |  accessdate= 9. september 2014}}</ref> 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 CO<sub>2</sub>-utslippene fra kraftsektoren, representerer det bare ca. 39 % av elektrisitetsproduksjonen i USA.<ref>{{cite web|title=Sources of Greenhouse Gas Emissions |url=http://www.epa.gov/climatechange/ghgemissions/sources/electricity.html |author= | publisher= US EPA  |date= 2014|  accessdate= 9. september 2014}}</ref>

Utslippene kan reduseres gjennom mer effektiv og høyere forbrenningstamperetur 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. Konseptet med CCS kan ikke være økonomisk levedyktig med mindre prisen på utslipp CO<sub>2</sub> til atmosfæren stiger.

===Atomkraftverk===
Atomkraftverkene er de mest kontroversielle, og motsetningene er meget store mellom tilhengere og motstandere. Tilhengerne mener at det er en den eneste forurensningsfrie energikilden som i stor skala kan erstatte fossile brensler. Dessuten mener de at risikoen ved håndtering og lagring av fallet er liten, samt at driftsikkerheten generelt er stor.<ref>{{cite web|title=The Nuclear Energy Option |url= http://www.phyast.pitt.edu/~blc/book/BOOK.html |author= Bernard Cohen | publisher=Plenum Press |date= 1990 | accessdate= 10. september 2014}}</ref> Motstanderne sier at kjernekraft utgjør en trussel mot mennesker og miljø. Disse truslene inkluderer helserisiko og miljøskade fra urangruver, prosessering og transport, samtidig eksisterer risikoen for spredning av materiale for bruk i atomvåpen. Sabotasje er en annen risiko, i tillegg til det uløste problemet med ''[[radioaktiv]]t avfall''<ref>{{cite web|url=http://www.theworldreporter.com/2010/09/nuclear-energy-is-not-green.html |title=Nuclear Energy is not a New Clear Resource. |publisher=Theworldreporter.com |date= 2. september 2010}}</ref><ref name=gierec>Greenpeace International and European Renewable Energy Council (January 2007). ''[http://www.energyblueprint.info/fileadmin/media/documents/energy_revolution.pdf Energy Revolution: A Sustainable World Energy Outlook]   {{Wayback|url=http://www.energyblueprint.info/fileadmin/media/documents/energy_revolution.pdf |date=20090806121526 }}'', p. 7.</ref><ref name=protest>{{cite book|author=Giugni, Marco |title=Social protest and policy change: ecology, antinuclear, and peace movements in comparative perspective |url=https://archive.org/details/socialprotestpol0000giug|year=2004 |publisher=Rowman & Littlefield |isbn=978-0-7425-1827-8 |pages=[https://archive.org/details/socialprotestpol0000giug/page/44 44]–}}</ref>