Reduzierung des Wasserverbrauchs für die Kühlung thermischer Erzeugungsanlagen

Die Einbeziehung der Interessenträger ist ein wichtiger Teil des Genehmigungsverfahrens für Stromerzeugungsanlagen, aber es ist schwierig, die Auswirkungen auf einen bestimmten Bestandteil der Anlage zu extrapolieren. Kühltürme, die über 50 m hoch sein können, sind wohl einer der sichtbarsten Bestandteile einer Pflanze, und daher kann es durchaus lokalen Widerstand gegen die negativen ästhetischen Auswirkungen eines imposanten Turms auf eine Landschaft geben. Es können jedoch Minderungs- und Kompensationsmaßnahmen ergriffen werden, z. B. indem die Pflanze entworfen und platziert wird, um die Sichtbarkeit ihrer prominentesten Infrastrukturen von nahe gelegenen bewohnten Gebieten aus zu minimieren, oder indem sie abgeschirmt wird, indem Bäume um die Pflanze gepflanzt und / oder künstliche Hügel (Bodenkessel) gebaut werden, die sich in die Naturlandschaft einfügen und den Blick auf die Pflanze blockieren. Lokale Gemeinschaften können direkt finanziell für den durch die ästhetischen Auswirkungen verursachten Wohlfahrtsverlust entschädigt werden, oder es können andere Ausgleichsmaßnahmen ergriffen werden, wie der Aufbau sozial nützlicher Infrastruktur wie Parks, Schulen usw.

Da diese Optionen die Wasserentnahme aus einem Einzugsgebiet verringern, dürften sie von Interessenträgern, die auf dieselben Wasserressourcen angewiesen sind wie die Kraftwerke, die diese Maßnahmen umsetzen, positiv gesehen werden. Die sich daraus ergebenden Änderungen der Wassernutzungsrechte sollten unter allen Interessenträgern erörtert und mit ihnen und den Wassereinzugsbehörden entsprechend abgestimmt werden.

Die Kühlung von Umwälztürmen ist etwa 40 % teurer (USDOE, 2009) als die einmal durchlaufende Nasskühlung und kann dort eingesetzt werden, wo die Wasserverfügbarkeit begrenzt ist oder die Auswirkungen von Mitnahme und Impingement sowie thermischen Entladungen verringert werden müssen.

Beide Trockenkühlungsoptionen bieten eine viel größere Flexibilität beim Standort neuer Kraftwerke, da sie von der Verfügbarkeit eines großen Wasserkörpers unabhängig werden. Der größte Nachteil dieser Option liegt in ihren wirtschaftlichen Kosten. Bei beiden Arten der Trockenkühlung ist die Wärmeübertragung deutlich weniger effizient als bei „nassen“ Kühloptionen und erfordert daher sehr große und mechanisch komplexe Kühlanlagen. Dies führt zu höheren Kosten. Der Betrieb eines Trockenkühlsystems erfordert in der Tat 1-1,5% der von der Anlage erzeugten Leistung, verglichen mit 0,5% eines Umwälzsystems und praktisch null für einmal durch. Die Physik der Verdunstung, die in nassen Kühltürmen angewendet wird, ermöglicht tatsächlich eine effizientere Wärmeübertragung als die von Dampf oder Wasser über Metalllamellen an die Luft und erhöht somit die gesamte technische und wirtschaftliche Effizienz der Anlage. Beachten Sie, dass die thermische Effizienz und damit die wirtschaftlichen Betriebsbedingungen mit den klimatischen Bedingungen des Standorts der Anlagen variieren und sich in Europa erheblich unterscheiden können.

Dies deutet auf eine zweite, technische Einschränkung der Trockenkühlung hin: In einem heißen Klima verringert Umgebungsluft mit Temperaturen über 40 °C das Kühlpotenzial eines Trockenkühlsystems im Vergleich zu einem „nassen“ System, das sein Potenzial auf wesentlich niedrigeren Feuchtkugeltemperaturen basiert, erheblich.

Ein möglicher Ausweg könnte ein hybrides Trocken- / Umwälzsystem sein. Trockenkühlung könnte bei Wasserknappheit eingesetzt werden und könnte bei Höchsttemperaturen mit einem begrenzten Einsatz eines umlaufenden Kühlturmsystems gekoppelt werden. Das Kühlsystem des Umwälzturms kann auch in Zeiten verwendet werden, in denen viel Wasser vorhanden ist.

Die Kostenangaben variieren natürlich je nach den spezifischen Bedingungen der einzelnen Anlagen. Im Allgemeinen berichtet US DOE (2009), dass nasse Umwälzkühlsysteme 40% teurer sind als Durchlaufsysteme, während trockene Kühlsysteme drei- bis viermal teurer sind als ein umwälzendes Nasskühlsystem. Im Moment gelten nasse Umwälzsysteme von der US Environmental Protection Agency (EPA) als die beste verfügbare Technologie für die thermische Anlagenkühlung, da sie die Auswirkungen auf die Wasserökosysteme minimieren und gleichzeitig die Kostensteigerung erschwinglich halten.

Auf der positiven Seite haben sowohl Umwälz- als auch Trockensysteme praktisch keine Wasseraufnahme und keine Auswirkungen auf die Wasserökosysteme, die die zusätzlichen Kapital- und Betriebskosten zumindest teilweise kompensieren können, insbesondere unter den Bedingungen der Wasserknappheit, die durch den Klimawandel verursacht werden.

Die Wahl des Kühlsystems ist ein wichtiger Bestandteil der Auslegung eines Kraftwerks. Es unterliegt den Genehmigungsverfahren für die Erteilung der Genehmigung zum Bau und Betrieb von Kraftwerken, die von Land zu Land unterschiedlich sind. Da Trockenkühlsysteme weniger energieeffizient sind als andere Kühlsysteme, rangieren sie derzeit an letzter Stelle in der Rangfolge der besten verfügbaren EU-Technologien für die Kühlung und werden von der Umwälzturmkühlung übertroffen. Die Nutzung der Trockenkühlung ist zwar nicht ausgeschlossen, beschränkt sich jedoch auf Standorte mit sehr begrenzten Wasserressourcen oder mit besonderen Umweltbelangen im Zusammenhang mit der Wassernutzung.

Bei großen Einheiten sollten auch Sicherheitsauswirkungen in Bezug auf die Entfernung von Zerfallswärme nach einer Notabschaltung mit Stromausfall berücksichtigt werden.

Änderungen von Wassernutzungsvereinbarungen, die sich aus dem geringeren Wasserbedarf von Anlagen ergeben, die diese Optionen umsetzen, sollten mit den Wassereinzugsbehörden auf der Grundlage von Konsultationen mit allen betroffenen Interessenträgern förmlich vereinbart werden.

Bei neuen Anlagen ist die Umsetzungszeit die gleiche wie bei den Anlagen, zu denen sie gehören. Bei Retrofits variiert es mit den Technologien. Um ein Durchleitungssystem zu ersetzen, wird in einer Studie über die Nachrüstung kalifornischer Küstenkraftwerke (TetraTech, 2008)als konservative Schätzung für fossile Kraftwerke eine Ausfallzeit der Anlage (um die Installation und den Anschluss des neuen Kühlsystems zu ermöglichen) von sechs Wochen angegeben, während die Nachrüstung des Kühlsystems von Kernkraftwerken aufgrund ihrer technischen Komplexität bis zu 12 Monate dauern könnte.

Die Lebensdauer ist die gleiche wie bei der Stromerzeugungsanlage, zu der die spezifische Maßnahme gehört. Die Lebensdauer von thermischen Anlagen variiert je nach Technologie: Kernkraftwerke können, obwohl ihre Lebensdauer in der Regel 40 Jahre beträgt, bis zu 70 Jahre lang funktionieren (ScientificAmerican, 2009),während Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen zwischen 25 und 50 Jahren variieren (Erdgas- bzw. Kohlekraftwerke).