Hoe wordt energie conventioneel opgewekt?

Ondanks de groeiende aandacht voor het duurzaam produceren van energie, wordt nog steeds het overgrote deel van onze energie opgewekt uit de conventionele bronnen (gas, steenkool, olie) en via kernfusie. En het ziet er naar uit dat dit in de nabije toekomst niet zal veranderen. Oliebedrijven zijn nog net zo hard opzoek naar nieuwe olierijke gebieden als eerst. Hoe wordt energie opgewekt uit conventionele bronnen?

Fossiele brandstoffen

Gas

Het genereren van elektrische energie uit gas vindt plaats in een gascentrale. Hier wordt eerst het aardgas een gasturbine ingeleid. In de turbine mengt het gas met lucht van buiten en wordt vervolgens verbrand. Op deze manier wordt chemische energie omgezet in hitte energie.

Uitlaatgassen, samen met de warmte, zijn een bijproduct van het verbrande gas. Door de hitte zet het gas uit en wordt de druk verhoogd in de afgesloten ruimte van de turbine. De druk zorgt ervoor dat de uitlaatgassen langs de turbinebladen bewegen, die daardoor gaan draaien. Zo wordt hitte energie omgezet in mechanische energie.

De gasturbine is via een schacht verbonden met de gasgenerator. De beweging van de turbinebladen zorgt ervoor dat de gasgenerator gaat draaien. Op zijn beurt zet de generator de mechanische energie om in elektrische energie, gebruikmakend van een elektromagnetisch veld.

De uitlaatgassen, die nog steeds warm zijn, worden via een pijp naar de HRSG (heat recovery steam generator) geleid. Hier wordt water in pijpen opgewarmd en omgezet in stoom. De gassen worden uitgelaten door de uitlaat en de stoom wordt naar de stoomturbine geleid. Hier komt de stoom onder hoge druk te staan en maakt zo de stoomturbine aan het draaien. De turbine is verbonden met een stoomturbinegenerator, die elektrische energie genereert uit mechanische energie. Na door de turbine te zijn gepasseerd wordt de stoom afgekoeld met koud water. Zo condenseert het opnieuw tot water en dit water wordt opnieuw gebruikt in de HRSG.

Uiteindelijk wordt de elektrische energie van de generators omgezet in een hoog voltage. Dit hoge voltage wordt dan overgezet op hoogspanningsleidingen en naar huishoudingen en bedrijven geleid. Bij zo'n huishouden wordt het hoge voltage omgezet naar een voltage van een bruikbaar niveau. Tijdens de weg die de stroom aflegt gaat wat energie verloren.

Kolen

Kool bevat veel organische materie die goed brandt. Het is het residu van planten die onder grote druk stonden. De formatie van kool vindt vaak plaats in moerasachtige gebieden, zoals delta's, door de aanwezigheid van veel vegetatie en zuurstofloos water. Door het geleidelijke zakken van plantenresten in de bodem ontstaat uit die plantenresten turf. Dat is een ophoping van verteerde plantenresten. Wanneer hierop nog meer plantenresten zich ophopen neemt de druk op de turf toe tot het bruinkool vormt. Onder nog verdere toename van druk en temperatuur, verandert de bruinkool uiteindelijk in steenkool. Dit proces neemt duizenden en in sommige gevallen zelfs miljoenen jaren in beslag.

Steenkool wordt van deze gemijnd en op grote schepen geladen. Vervolgens wordt het getransporteerd naar kolencentrales, waar de voorraden worden aangevuld.

In de kolencentrale wordt de steenkool eerst verpulverd. Dan gaat het in een grote verbrandingsoven, waar het wordt verbrand. Waterpijpen lopen door de verbrandingsoven. Het water wordt opgewarmd en verandert in stoom. De hete stoom verlaat de verbrandingsoven door pijpen en wordt naar een turbine geleid. De hoge druk van de stoom laat de turbinebladen draaien. Ondertussen koelt de stoom af in de warmtewisselaar, met koud water uit een watertoren of uit een rivier dichtbij. Vervolgens gaat het terug naar de verbrandingsoven en wordt het opnieuw verhit.

De draaiende turbine drijft de generator aan, en de generator genereert elektriciteit. Bijproducten van kolencentrales zijn assen en rookgas. De zware assen vallen terug in de ketel en worden weggevoerd. De lichte assen verlaten de verbrandingsoven en gaan door speciale filters. Beide, de zware en lichte as, worden gebruikt in de productie van cement.

De dampen gaan door een katalysator die het zure stikstofoxide omzet in (minder schadelijk) stikstof, dat al van nature aanwezig is in de atmosfeer. Tenslotte gaan de gassen door een systeem dat zwaveldioxide verandert in gips door er hard water door te laten lopen. De zwavel verbindt met de kalk en zuurstof en wordt dus gefilterd uit de gassen. Het gips wordt gebruikt als bouwmateriaal.

Hierna worden de gassen uitgelaten door pijpen. Meer dan 90% van de verzurende gassen en 99,5% van het fijnstof is dan uit de rook gefilterd. Het grootste deel van de rook bestaat nog uit CO2 en waterdamp.

Een kwart van de Nederlandse elektriciteit komt van kolen. Omdat fossiele brandstoffen niet onuitputtelijk zijn, worden ze steeds duurder. Het tegenovergestelde is waar voor alternatieven als wind en water. Dat zijn onuitputtelijke energiebronnen. Wanneer technologieën worden ontwikkeld om energie uit deze bronnen (wind, zon en water) te halen, wordt dit proces alleen maar goedkoper.

Olie

Het proces van energie opwekken uit olie is erg gelijk aan dat van aardgas en steenkool. De olie wordt gebruikt om hitte in mechanische energie om te zetten en vervolgens mechanische energie in elektrische energie, gebruikmakend van een turbinegenerator.

Kernenergie

Energie wordt opgewekt in kerncentrales door de kracht in nucleaire atomen om te zetten in elektrische energie. Kerncentrales hebben reactorvaten, die stalen staven bevatten met uraniumoxide. De reactie die nucleaire energie omzet in warmte is de botsing tussen neutronen en uraniumatomen. Deze botsing zorgt er soms voor dat de uraniumatoom zich opsplitst en daarbij twee of drie extra neutronen vrijlaat. De structuur van een reactorvat is zo dat deze drie neutronen weer botsen met andere uraniumatomen en gelijke reacties veroorzaken.

Reactorvaten bevatten water, dat een temperatuur bereikt van ongeveer 300 graden Celsius. Om te voorkomen dat het stoom vormt wordt het onder een druk gehouden van ongeveer 155 maal de atmosferische druk. De koelpomp van de reactor pompt het water naar de stoomgenerator door pijpen, waar het duizenden keren rondgaat in lussen en stoom vormt. De stoom gaat vervolgens naar een stoomturbine, vanwaar het proces hetzelfde verloopt als bij steenkool, gas en olie.