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化石燃料発電所は、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料を燃焼させて電気を生成する火力発電所です。化石燃料発電所には、燃焼の熱エネルギーを機械エネルギーに変換する機械があり、その機械エネルギーが発電機を駆動します。原動機は、蒸気タービン、ガスタービン、または小規模発電所の場合は往復動ガスエンジンです。すべての発電所は、蒸気または燃焼ガスのいずれかの高温ガスの膨張から抽出されたエネルギーを使用します。さまざまなエネルギー変換方法が存在しますが、すべての火力発電所の変換方法はカルノー効率によって効率が制限されるため、廃熱が発生します。
化石燃料発電所は、世界で使用される電力の大部分を供給しています。化石燃料発電所の中には、ベースロード発電所として連続運転するように設計されているものもあれば、ピーク発電所として使用されているものもあります。しかし、2010年代以降、多くの国では、ベースロード供給用に設計された発電所が、変動性の高い再生可能エネルギーによる発電量の増加をバランスさせるために、ディスパッチ可能な発電所として運用されています。[ 2 ]
化石燃料発電所の設計および運転においては、副産物を考慮する必要があります。化石燃料の燃焼によって発生する排ガスには、二酸化炭素と水蒸気のほか、窒素酸化物（NOx ）、硫黄酸化物（SOx ）、石炭火力発電所の場合は水銀、微量のその他の金属、フライアッシュなどの汚染物質が含まれています。通常、二酸化炭素のすべてとその他の汚染物質の一部は大気中に排出されます。石炭火力ボイラーから発生する固形廃棄物である灰も除去する必要があります。
化石燃料発電所は、地球温暖化の主要因である温室効果ガス、二酸化炭素（CO₂ ）の主要な排出源です。2016年の研究[ 3 ]の結果によると、米国における単一の石炭火力発電所による自然災害のみに関連する温室効果ガス排出責任により、大企業の株主が得る純利益が大幅に減少する可能性があります。しかし、2015年現在、米国ではそのような損害賠償が認められた事例はありません。単位電力あたり、褐炭は天然ガスのほぼ2倍のCO₂を排出し、瀝青炭は褐炭よりやや少ないCO₂を排出します。 2019年現在化石燃料発電所にとって、排出物の炭素回収・貯蔵は経済的に実現可能ではなく、[ 4 ]地球温暖化を1.5 ℃未満に抑えることは依然として可能であるが、それはこれ以上化石燃料発電所を建設せず、既存の化石燃料発電所の一部を早期に閉鎖し、植林などの他の対策を講じた場合に限られる。[ 5 ] [ 6 ]
化石燃料発電所では、石炭、重油、天然ガス、オイルシェールなどの化石燃料と空気中の酸素に蓄えられた化学エネルギーが、熱エネルギー、機械エネルギー、そして最終的に電気エネルギーへと順次変換されます。各化石燃料発電所は、複雑で特注設計のシステムです。土地、天然資源、労働力をより効率的に利用するために、1つの場所に複数の発電ユニットを建設することもあります。世界の火力発電所のほとんどは化石燃料を使用しており、原子力発電所、地熱発電所、バイオマス発電所、集光型太陽熱発電所の数を上回っています。
熱力学第二法則によれば、閉ループサイクルでは、燃焼時に発生する熱のごく一部しか機械的仕事に変換できません。残りの熱は廃熱と呼ばれ、サイクルの戻り段階でより低温の環境に放出されなければなりません。低温媒体に放出される熱の割合は、冷却システム（環境）と熱源（燃焼炉）の絶対温度の比以上でなければなりません。炉の温度を上げると効率は向上しますが、主に構造に使用する合金の選択によって設計が複雑になり、炉のコストが高くなります。廃熱は、より低温の冷却システムがなければ機械エネルギーに変換できません。しかし、廃熱は、コージェネレーションプラントで建物の暖房、温水の生成、あるいは石油精製所、工場、化学合成プラントなどの工業規模での材料の加熱に利用されることがあります。
公益事業規模の発電機の一般的な熱効率は、石炭火力発電所と石油火力発電所では約37%、[ 7 ]複合サイクルガス火力発電所では56～60%（LEV）です。最大出力で運転中に最高の効率を達成するように設計された発電所は、設計外の運転（つまり温度が低すぎる場合）では効率が低下します。[ 8 ]
熱機関として稼働する実用的な化石燃料発電所は、熱エネルギーを有効な仕事に変換する際のカルノーサイクル限界を超えることはできません。燃料電池は熱機関ではないため、このような熱力学的限界はありません。
化石燃料発電所の効率は、熱効率として表すことができ、その単位はBTU/キロワット時またはメガジュール/キロワット時で表される。
蒸気タービン発電所では、燃料が炉で燃焼され、発生した高温ガスがボイラーを通過します。ボイラー内で水が蒸気に変換され、必要に応じて蒸気を過熱するための加熱工程が追加されます。高温蒸気は制御弁を通ってタービンに送られます。蒸気が膨張して冷却される過程で、そのエネルギーがタービンブレードに伝達され、タービンが回転して発電機を駆動します。使用済みの蒸気は圧力とエネルギー含有量が非常に低いため、この水蒸気は凝縮器に送られ、そこで蒸気から熱が除去されます。凝縮された水はボイラーに送り込まれ、サイクルが繰り返されます。
ボイラーからの排出物には、二酸化炭素、硫黄酸化物、そして石炭の場合は燃料中の不燃性物質から生じる飛灰が含まれます。凝縮器からの廃熱は、空気中、あるいは場合によっては冷却池、湖、または河川に放出されます。
化石燃料発電所の一種として、ガスタービンと排熱回収ボイラー（HRSG）を組み合わせた発電方式があります。これは、ガスタービンのブレイトンサイクルとHRSGのランキンサイクルを組み合わせた複合サイクル発電所と呼ばれています。タービンの燃料は天然ガスまたは重油です。
ディーゼルエンジン発電機は、広範囲な電力網に接続されていない地域で主電源としてよく使用されます。非常用（待機）電源システムには、燃料油または天然ガスで駆動する往復動内燃機関が使用される場合があります。待機発電機は、工場やデータセンターの非常用電源として使用されるほか、地域の電力系統と並列運転することで、電力会社からのピーク電力需要料金を削減することもできます。ディーゼルエンジンは比較的低い回転速度で強力なトルクを発生させることができ、これは一般的にオルタネーターを駆動する際に望ましい特性ですが、ディーゼル燃料を長期保管すると、水分の蓄積や化学分解による問題が発生する可能性があります。そのため、使用頻度の低い発電機セットは、燃料系統のメンテナンス要件を最小限に抑えるために、天然ガスまたはLPGで設置される場合があります。
ガソリン、プロパン、またはLPGを燃料とする火花点火式内燃機関は、建設工事、非常用電源、またはレクリエーション用途における携帯型一時電源として一般的に使用されている。
スターリングエンジンなどの往復動式外燃機関は、様々な化石燃料に加え、再生可能燃料や産業廃熱でも稼働させることができる。しかし、発電目的でスターリングエンジンを設置する事例は比較的少ない。
歴史的に見ると、初期の中央発電所では発電機を駆動するために往復動式蒸気機関が使用されていました。しかし、供給すべき電力負荷が増大するにつれて、往復動式機関は大型化し、設置が経済的に困難になりました。そこで、蒸気タービンが中央発電所におけるすべての往復動式機関に急速に取って代わりました。
石炭は地球上で最も豊富な化石燃料であり、火力発電所のエネルギー源として広く利用されており、比較的安価な燃料です。石炭は不純な燃料であり、同量の石油や天然ガスよりも多くの温室効果ガスと汚染物質を排出します。例えば、1000MWeの石炭火力発電所の運転では、年間490人レムの放射線被ばく線量となりますが、ウラン採掘、原子炉運転、廃棄物処理を含む同等の原子力発電所では年間136人レムです。[ 9 ]
石炭は、トラック、鉄道、はしけ、石炭運搬船、または石炭スラリーパイプラインによって輸送されます。炭鉱に隣接する発電所は、コンベアベルトまたは大型ディーゼル電気駆動トラックによって石炭を受け取る場合があります。石炭は通常、粗炭を2インチ（5cm ）未満の大きさに粉砕して使用できるようにします。
ガスは非常に一般的な燃料であり、米国や英国など、20世紀後半から21世紀初頭にかけてガスが発見された国々では、石炭に取って代わる燃料として広く利用されている。二酸化炭素排出量を削減するため、石炭火力発電所を天然ガス燃料に改修することもある。また、石油火力発電所を天然ガス燃料に転換することで、運転コストを削減できる場合もある。
重油はかつて、発電における重要なエネルギー源でした。1970年代の原油価格高騰後、石油は石炭、そして後に天然ガスに取って代わられました。軽油は、特に送電網に接続されていない孤立した地域で使用されるディーゼルエンジン発電所の燃料源として、依然として重要です。液体燃料は、特にピーク時や緊急時用のガスタービン発電所でも使用されることがあります。3つの化石燃料源のうち、石油は固体石炭よりも輸送と取り扱いが容易であり、天然ガスよりも現場での貯蔵が容易であるという利点があります。
コジェネレーションとも呼ばれる熱電併給（CHP）は、火力発電所を利用して電力と熱（後者は、例えば地域暖房の目的で使用される）の両方を供給する技術です。この技術は、家庭用暖房（低温）だけでなく、多くの場合高温である産業プロセス熱にも使用されています。計算によると、従来の化石燃料を燃焼し続ける場合、熱電併給地域暖房（CHPDH）は炭素排出量を削減する（ただし、完全に排除するわけではない）最も安価な方法であることが示されています。[ 10 ]
火力発電所は、有毒ガスや粒子状物質を生成する主要な人工発生源の 1 つです。化石燃料発電所は、 NO x、SO x、CO 2、CO、PM、有機ガス、多環芳香族炭化水素などの汚染物質を排出します。[ 12 ]国際エネルギー機関 (IEA) などの世界組織や国際機関は、化石燃料、特に石炭の燃焼による環境への影響を懸念しています。石炭の燃焼は酸性雨や大気汚染に最も大きく寄与しており、地球温暖化と関連付けられています。石炭の化学組成のため、燃焼前に固体燃料から不純物を取り除くことは困難です。現代の石炭火力発電所は、煙突内の排気をろ過する新しい「スクラバー」技術により、古い設計よりも汚染が少なくなっています。しかし、さまざまな汚染物質の排出レベルは、平均して天然ガス発電所の数倍であり、スクラバーは捕捉した汚染物質を廃水に転送するため、受け入れ水域の汚染を避けるために処理が必要です。これらの現代的な設計では、石炭火力発電所からの汚染は、二酸化炭素、窒素酸化物、二酸化硫黄などのガスが大気中に排出されること、および鉛、水銀、カドミウム、クロム、ヒ素、セレン、窒素化合物（硝酸塩および亜硝酸塩）を含む可能性のある大量の廃水から生じます。[ 13 ]
酸性雨は、窒素酸化物と二酸化硫黄の排出によって引き起こされます。これらのガス自体は弱酸性ですが、大気と反応すると、亜硫酸、硝酸、硫酸などの酸性化合物が生成され、雨となって降るため、酸性雨と呼ばれます。ヨーロッパとアメリカでは、排出規制の強化と重工業の衰退により、この問題に関連する環境リスクが軽減され、1960年代のピーク以降、排出量は減少しています。
2008年、欧州環境庁（EEA）は、欧州連合の発電所からの実際の排出量に基づいて、燃料依存の排出係数を文書化した。[ 14 ]
炭素系燃料を使用した発電は、世界の二酸化炭素（CO2）排出量の大部分を占めており、 2010年には米国の人為的な二酸化炭素排出量の34％を占めていました。米国では、電力の70％が化石燃料の燃焼によって発電されています。[ 16 ]
石炭は石油や天然ガスなどの化石燃料よりも炭素を多く含んでおり、発電量あたりの二酸化炭素排出量が多くなります。2010年には、石炭は発電によるCO2排出量の約81%を占め、米国で発電された電力の約45%を占めていました。[ 17 ] 2000年には、米国の石炭火力発電の炭素強度（CO2排出量）は2249ポンド /MWh（1029kg /MWh）[ 18 ]、米国の石油火力発電の炭素強度は1672 ポンド/MWh（758kg /MWhまたは 211kg/ GJ）[ 19 ]、米国の天然ガス火力発電の炭素強度は1135 ポンド/MWh（515kg /MWhまたは143kg /GJ）でした。[ 20 ]
気候変動に関する政府間パネル（IPCC ）は、大気中の温室効果ガスである二酸化炭素の増加が、地球規模での平均気温の上昇（地球温暖化）に「非常に高い確率で」つながると報告している。このような温暖化が地球の気候を変える可能性に対する懸念から、IPCCは世界中でCO2排出量を大幅に削減するよう勧告した。[ 21 ]
燃焼温度を高くすることで排出量を削減でき、サイクル内での電力生産効率を高めることができる。2019年現在大気中にCO2を排出するコストは、化石燃料発電所に二酸化炭素回収・貯留（CCS）を追加するコストよりもはるかに低いため、所有者はそうしていない。 [ 4 ]
化石燃料発電所からのCO 2排出量は、次の式で推定できます。 [ 22 ]
ここで、「容量」とは「定格容量」またはプラントの最大許容出力、「容量係数」または「負荷率」とは、プラントが定格容量で連続運転した場合に生産する電力量と比較した、プラントが生産する電力量の尺度であり、熱効率とは入力熱エネルギー/出力電気エネルギーであり、排出強度（排出係数とも呼ばれる）とは、特定の燃料で発生する熱量単位あたりに排出されるCO2である。
例えば、平均して半分の出力で稼働している新しい1500MWの超臨界褐炭火力発電所の年間CO2排出量は、以下のように推定される。
= 1500MW × 0.5 × 100/40 × 101000 kg/TJ × 1年
= 1500MJ/s × 0.5 × 2.5 × 0.101 kg/MJ × 365×24×60×60秒
= 1.5 × 10 3 × 5 × 10 −1 × 2.5 × 1.01 −1 × 3.1536 × 10 7 kg
= 59.7 × 10 3-1-1+7 kg
= 5.97 Mt
したがって、この例に挙げた発電所は、年間約6メガトンの二酸化炭素を排出すると推定される。同様の推定結果は、Global Energy Monitor、Carbon Tracker、ElectricityMapなどの組織によって地図化されている。
あるいは、衛星観測からCO2排出量を（おそらく別のガスを介して間接的に）測定することも可能かもしれない。 [ 23 ]
石炭燃焼に関連するもう1つの問題は、公衆衛生に深刻な影響を与える微粒子の排出です。発電所では、バグハウスまたは電気集塵機を使用して排ガスから微粒子を除去します。石炭を燃焼するいくつかの新しい発電所は、石炭と水の反応から合成ガスを生成する統合ガス化複合サイクルという異なるプロセスを使用しています。合成ガスは処理されてほとんどの汚染物質が除去され、最初にガスタービンの動力として使用されます。次に、ガスタービンからの高温の排ガスを使用して蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動します。このような発電所の汚染レベルは、「従来型」の石炭火力発電所の汚染レベルよりも大幅に低くなっています。[ 24 ]
石炭火力発電所からの粒子状物質は有害であり、健康に悪影響を及ぼす可能性があります。研究によると、粒子状物質への曝露は呼吸器系および心臓系の死亡率の増加と関連していることが示されています。[ 25 ]粒子状物質は肺の細気管支を刺激し、喘息、慢性気管支炎、気道閉塞、ガス交換の問題の増加につながる可能性があります。[ 25 ]
粒子状物質には、化学組成やサイズによってさまざまな種類があります。石炭火力発電所からの粒子状物質の主な形態は石炭フライアッシュですが、二次硫酸塩や硝酸塩も石炭火力発電所からの粒子状物質の大部分を占めています。[ 26 ]石炭フライアッシュは石炭が燃焼した後に残るもので、石炭に含まれる不燃性物質で構成されています。[ 27 ]
これらの粒子のサイズと化学組成は、人間の健康への影響に影響します。[ 25 ] [ 26 ]現在、粗大粒子（直径2.5μm以上）と微粒子（直径0.1μm～2.5μm）は規制されていますが、超微粒子（直径0.1μm未満）は現在規制されていませんが、多くの危険をもたらします。[ 25 ]残念ながら、どの種類の粒子状物質が最も有害であるかはまだ不明な点が多く、粒子状物質を規制するための適切な法律を制定することが困難になっています。[ 26 ]
石炭火力発電所からの粒子状物質の排出量を削減する方法はいくつかあります。灰の約80%は灰ホッパーに落下しますが、残りの灰はその後大気中に運ばれて石炭飛灰になります。[ 27 ]これらの粒子状物質の排出量を削減する方法には、次のものがあります。
バグハウスには灰の粒子を捕集する細かいフィルターがあり、静電集塵機は電界を利用して高電圧プレート上に灰の粒子を捕捉し、サイクロン集塵機は遠心力を利用して粒子を壁に捕捉します。[ 27 ]最近の研究では、中国の化石燃料発電所からの硫黄排出が地球温暖化の10年間の停滞（1998～2008年）を引き起こした可能性があることが示されています。[ 28 ]
化石燃料発電所、特に石炭火力発電所は、産業廃水の主要な発生源です。廃水には、排煙脱硫、飛灰、底灰、排煙水銀制御などが含まれます。湿式スクラバーなどの大気汚染防止装置を備えた発電所では、通常、捕捉された汚染物質が廃水に流れます。[ 13 ]
灰池は、表面貯水池の一種で、石炭火力発電所で広く使用されている処理技術です。これらの池は、重力を使用して発電所の廃水から大きな粒子（総懸濁物質として測定）を沈殿させます。この技術は溶解性汚染物質を処理しません。発電所は、発電所の特定の廃水流に応じて、汚染物質を制御するために追加の技術を使用します。これには、乾式灰処理、閉ループ灰リサイクル、化学沈殿、生物処理（活性汚泥プロセスなど）、膜システム、蒸発結晶化システムが含まれます。2015年にEPAは、米国の発電所がこれらの技術の1つ以上を使用することを義務付けるクリーンウォーター法に基づく規制を発表しました。 [ 13 ]イオン交換膜と電気透析システムの技術的進歩により、排煙脱硫廃水の高効率処理が可能になり、更新されたEPA排出制限を満たすことができるようになりました。[ 29 ]
石炭は主に植物物質が堆積して形成された堆積岩であり、その形成過程で有機物とともに堆積した多くの無機鉱物や元素を含んでいます。地球の地殻の他の部分と同様に、石炭にもウラン、トリウム、その他の天然に存在する放射性同位体が少量含まれており、これらが環境中に放出されると放射能汚染を引き起こします。これらの物質はごく微量の不純物として存在しますが、石炭が十分に燃焼されると、これらの物質がかなりの量放出されます。1,000 MW の石炭火力発電所では、制御されない場合、年間最大 5.2 メトリックトンのウラン (ウラン 235 を74ポンド (34 kg)含む) と年間 12.8 メトリックトンのトリウムが放出される可能性があります。[ 30 ]これに対し、1,000 MW の原子力発電所では、年間約 30 メトリックトンの高レベル放射性固体廃棄物が発生します。[ 31 ] 1982 年、米国の石炭燃焼により、スリーマイル島事故の155 倍もの制御不能な放射性物質が大気中に放出されたと推定されている。[ 32 ] 1937 年から 2040 年までの全世界の石炭燃焼による放射性物質の総量は 2,700,000 キュリー、または 0.101 EBq と推定されている。[ 30 ]通常運転時、石炭火力発電所からの実効線量当量は原子力発電所からの 100 倍である。[ 30 ]ただし、通常運転は比較の基準としては誤解を招く。チェルノブイリ原子力発電所事故だけでも、ヨウ素 131 だけで 1.76 EBq の放射性物質が放出されたと推定されている。[ 33 ]放射能は、1世紀以内に燃焼されたすべての石炭からの総排出量の値よりも1桁高い値であり、事故状況で放出される主要な放射性物質であるヨウ素131の半減期はわずか8日である。
2010年8月に発表された、環境保全プロジェクト、シエラクラブ、アースジャスティスという団体が米国の州の汚染データを調査した研究では、石炭火力発電所から排出された石炭灰が米国の21州に投棄され、地下水を有毒元素で汚染していることが判明した。汚染物質にはヒ素や鉛などの毒物が含まれる。この研究は、石炭灰による水質汚染の問題は、これまで推定されていたよりも米国でさらに広範囲に及んでいると結論付けた。この研究により、発電所から排出された石炭灰によって汚染されている米国の地下水地点の数は137に上った。[ 34 ]
ヒ素は皮膚がん、膀胱がん、肺がんを引き起こすことが示されており、鉛は神経系に損傷を与えます。[ 35 ]石炭灰の汚染物質は呼吸器疾患やその他の健康問題や発達障害にも関連しており、地域の水生生物を破壊しています。[ 34 ]石炭灰はまた、さまざまな有毒汚染物質を近くの空気に放出し、飛散した石炭粉塵を吸い込む人々に健康上の脅威をもたらします。[ 35 ]
米国政府の科学者たちは、国内の291の河川で魚の水銀汚染を検査した。米国内務省の調査によると、検査したすべての魚から水銀が検出された。人里離れた田舎の水路の魚からも水銀が検出された。検査した魚の25％は、米国環境保護庁（EPA）が定期的に魚を食べる人向けに定めた安全基準値を超える水銀濃度を示した。米国における水銀汚染の最大の原因は、石炭火力発電所の排出物である。[ 36 ]
化石燃料発電所の汚染を減らし、炭素排出量を削減または排除する方法はいくつか存在する。よく用いられ、費用対効果の高い方法は、発電所を別の燃料で稼働するように転換することである。これには、石炭火力発電所をエネルギー作物/バイオマスまたは廃棄物に転換すること[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]、天然ガス発電所をバイオガスまたは水素に転換することが含まれる[ 40 ] 。石炭火力発電所を廃棄物火力発電所に転換すると、埋め立てを減らすことができるという利点もある。さらに、廃棄物火力発電所には、環境にも有益な物質回収設備を設置できる。場合によっては、転換後の化石燃料発電所がエネルギー作物/バイオマスを原料として使用する場合、バイオマスの焙焼が発電所に利益をもたらす可能性がある[ 41 ] 。また、エネルギー作物を燃料として使用し、バイオ炭生産を実施する場合、火力発電所は炭素中立だけでなく、炭素負になることもできる。石炭火力発電所のエネルギー効率を向上させることは、排出量の削減にもつながる。
単に別の燃料で稼働するように転換するだけでなく、一部の企業は既存の化石燃料発電所を電気熱エネルギー貯蔵（ETES）を使用するグリッドエネルギー貯蔵システムに変換する可能性も提供しています[ 42 ]。
石炭汚染対策とは、石炭から鉱物や不純物を化学的に洗浄し、場合によってはガス化、燃焼させ、発生した排ガスを蒸気で処理して二酸化硫黄を除去し、排ガス中の二酸化炭素を経済的に回収し、地下に貯蔵できるようにする（後者は「炭素回収・貯蔵」と呼ばれる）プロセスである。石炭業界は、石炭の採掘、処理、使用の効率と環境への適合性を高めるように設計された技術を説明するために「クリーンコール」という用語を使用しているが[ 43 ]、特に二酸化炭素の排出量について具体的な量的制限を設けていない。硫黄や水銀などの汚染物質は石炭から除去できるが、使用可能な燃料を残したまま炭素を効果的に除去することはできず、炭素隔離・貯蔵のないクリーンコール発電所は二酸化炭素排出量を大幅に削減しない。ジェームズ・ハンセンは、当時の米国大統領バラク・オバマへの公開書簡で、 「 CO2を回収・貯蔵しない石炭火力発電所の一時停止と段階的廃止」を提唱した。同様に、ハンセンは著書『孫たちの嵐』の中で、自身の「管理責任宣言」について論じており、その第一原則は「二酸化炭素を回収・隔離しない石炭火力発電所の建設を一時停止すること」である。[ 44 ]
ガス火力発電所も水素で稼働するように改造できる。[ 45 ]水素は、水素経済への第一歩として、まず天然ガスから水蒸気改質 によって生成され、最終的に炭素排出量を削減することができる。[ 46 ] [ 47 ]
2013 年以降、カールスルーエ液体金属研究所 (KALLA) の科学者たちは、メタン熱分解と呼ばれるプロセスを使用して変換プロセスを改良しました。[ 48 ] 彼らはすすを簡単に除去できるようにすることに成功しました (すすはプロセスの副産物であり、過去には動作部品 (特にニッケル鉄コバルト触媒) を損傷していました)。[ 49 ] [ 50 ]炭素を含むすすは、その後地下に貯蔵され、大気中に放出されません。
2019年現在 化石燃料発電所をこれ以上建設せず、既存の化石燃料発電所の一部を早期に閉鎖し、植林などの他の対策を講じれば、地球温暖化を1.5℃未満に抑える可能性はまだある。[ 5 ] 化石燃料発電所の代替案には、原子力発電、太陽光発電、地熱発電、風力発電、水力発電、バイオマス発電所、その他の再生可能エネルギー（非炭素経済を参照）がある。これらのほとんどは産業規模で実証済みの技術だが、その他はまだ試作段階にある。
一部の国では、電気エネルギーの生産コストのみを含めており、炭素の社会的コストや石炭燃焼によって発生する多くの汚染物質に関連する間接コスト（例えば、微細な煙粒子によって引き起こされる呼吸器疾患による入院の増加）は考慮に入れていない。[ 51 ]
発電所のコストを比較する際には、まずいくつかの主要な要素を考慮して、発電所における電力コストを計算するのが一般的です。接続コストや各発電所が配電網に与える影響などの外部コストは、発電所における電力コストの計算結果に対する追加コストとして別途考慮されます。
最初に考慮される要素は以下のとおりです。
これらの費用は、化石燃料発電所の30～50年の耐用年数にわたって発生し、割引キャッシュフローを用いて算出されます。