Coal-fired electricity generation after Paris 2015 climate agreement

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-06-13
Department
Major/Subject
Energiatekniikka
Mcode
K3007
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
139+4
Series
Abstract
Coal-fired electricity generation is still a major, increasing source of the global greenhouse gas (GHG) emissions accounting for approximately one-fifth of the total GHG emissions. Concurrently, in order to meet the Paris Agreement target to limit global warming “well below 2°C” - which calls for reduction of the global GHG emissions as soon as possible - nations worldwide are pursuing to limit GHG emissions from, inter alia, energy sector. Therefore, the pressure to replace coal with less carbon-intensive fuels is increasing. This thesis observes the role – past, current and future - of coal-fired electricity generation in three developed countries that have had long traditions in coal production and consumption; i.e. the United States of America (USA), Canada and the United Kingdom (UK). The policy framework and market conditions are reviewed to understand the position of coal in national electricity generation mixes. Additionally, future projections are provided based on national energy outlooks and policy announcements. Each observed nation has or is about to implement ambitious targets to reduce GHG emissions from the electricity sector, thus also limiting coal’s share in their generation mixes - if not today, at least in the future. For instance, the United Kingdom (UK) and Canada have both recently implemented carbon dioxide (CO2) emission performance standards on coal-fired generating units, ensuring that new coal-fired capacity will not be built without partial carbon capture and storage (CCS) system. The US Environmental Protection Agency has also finalized the rule on fossil fuel-fired generating units in 2015, referred to as the Clean Power Plan (CPP). This plan has been, however, halted by the Supreme Court in early 2016 for at least two years before its final decision on the rule. In addition to direct regulations on the CO2, there are other factors driving nations towards less carbon intensive generation mixes. Most notably, market conditions and competition between generation fuels are encouraging shift from coal to natural gas (NG)-fired electricity generation in particular. That is, NG market prices have been historically low during 2010s, particularly in the USA and Canada, due to the shale gas boom which started in the 2000s. Also tightened limits on hazardous air pollutants such as NOx and SO2 emissions are encouraging early retirements of coal-fired units. Furthermore, decreased competitiveness of coal as a generation fuel has weakened its future prospects. For instance, in order to meet the carbon intensity of a modern NG-fired power plant, a coal-fired unit would need to have at least partial, c. 50%, CCS. Available technologies are still, however, rather expensive and operations have not yet been proven reliable enough on a large scale compared to the widely used NG-fired technologies. While CCS projects may receive additional funding by selling by-products from the CO2 capture process, they are still reliant on government support.

Kivihiilen käyttö sähköntuotannossa on maailmanlaajuisesti yksi suurimmista CO2-päästöjen aiheuttajista vastaten noin viidesosaa globaaleista kasvihuonekaasupäästöistä. Näin ollen, jotta Pariisin ilmastosopimuksen mukainen 2°C tavoite - joka vaatii mahdollisimman nopeaa päästöjen laskua – saavutetaan, maat etsivät keinoja vähentää mm. sähköntuotantosektorin päästöjä. Paine löytää kivihiilelle korvaavia, vähäpäästöisempiä vaihtoehtoja kasvaa jatkuvasti. Tässä diplomityössä tutkitaan kivihiilen roolia – mennyttä, nykyistä, ja tulevaa – sähköntuotannossa kolmessa merkittävässä kehittyneessä maassa, joista jokaisella on pitkät perinteet kivihiilen valmistuksessa ja käytössä. Nämä maat ovat USA, Kanada ja Yhdistynyt Kuningaskunta (UK). Työssä selvitetään poliittiset rakenteet ja markkinoiden tilat, jotta ymmärretään, kunkin maan sähköntuotannon kehityksen syyt. Lisäksi tutkimus tarjoaa näkemyksiä kivihiilen tulevaisuudesta kansallisten ennusteiden ja julkistettujen poliittisten toimenpiteiden perusteella. Kukin maa on asettanut - tai asettamassa - kunnianhimoisia tavoitteita rajoittaa sähköntuotannon kasvihuonekaasupäästöjä mm. vähentämällä kivihiilen roolia sähköntuotannossa – jos ei vielä tänään niin ainakin tulevaisuudessa. Esimerkiksi UK:lla ja Kanadalla on kummallakin CO2 päästöintensiteettiraja kivihiilipolttoiselle sähköntuotannolle taaten, että uutta kivihiilikapasiteettia ei rakenneta ilman hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia (CCS). US EPA on myös asettanut suunnitelman vähentää fossiilisen sähköntuotannon päästöjä (Clean Power Plan, CPP), joka tosin on tällä hetkellä jäädytettynä haasteiden kuulemisten ajaksi (vähintään kahdeksi vuodeksi). Suorien säädösten lisäksi myös muut tekijät ajavat alas CO2 intensiteetiltään korkeapäästöistä sähköntuotantoa. Muutosta edesauttavat erityisesti markkinat eli hintakilpailu kivihiilen ja vaihtoehtoisten polttoaineiden välillä. Erityisesti ”puhtaammasta” maakaasusta on tullut kivihiilelle haastaja. Esimerkiksi USA:n ja Kanadan markkinoilla maakaasun hinta on tullut valtavasti alas 2000-luvulla vilkastuneen liuskekaasutuotannon seurauksena (shale gas boom). Toki myös alati tiukentuvat rajoitteet muille kuin kasvihuonekaasupäästöille, kuten NOx ja SO2, voivat johtaa ennenaikaisiin kivihiilivoimaloiden sulkemisiin. Toisin sanoen, kivihiilen erityisesti viime aikoina heikentynyt markkina-asema on haurastanut sen tulevaisuuden asemaa sähköntuotannon polttoaineena. Esimerkiksi, jotta kivihiilivoimala pääsisi maakaasupolttoisen voimalan tasolle vaatisi se ainakin osittaista (n.50%) hiilidioksidin talteenottoa. Käytettävissä olevat CCS-tekniikat ovat tosin vielä varsin kalliita eikä niiden toimintaa olla todistettu riittävästi suuressa mittakaavassa. Toki projektien kannattavuutta on pystytty parantamaan esimerkiksi talteen otetun hiilidioksidin hyödyntämisessä öljyntuotannossa, mutta edelleen ne ovat silti hyvin riippuvaisia valtion avustuksista.
Description
Supervisor
Syri, Sanna
Thesis advisor
Wahlroos, Mikko
Cross, Samuel
Keywords
coal, climate agreement, climate change, USA, Canada, United Kingdom
Other note
Citation