Μείωση της κατανάλωσης νερού για ψύξη μονάδων θερμικής παραγωγής

Η συμμετοχή των ενδιαφερόμενων μερών αποτελεί σημαντικό μέρος της διαδικασίας αδειοδότησης για τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά είναι δύσκολο να γίνει παρέκταση των επιπτώσεων για ένα συγκεκριμένο στοιχείο της μονάδας. Οι πύργοι ψύξης, οι οποίοι μπορεί να είναι πάνω από 50 μέτρα ύψος, είναι αναμφισβήτητα ένα από τα πιο ορατά συστατικά ενός φυτού, και ως εκ τούτου μπορεί κάλλιστα να υπάρχει τοπική αντίθεση στην αρνητική αισθητική επίδραση ενός επιβλητικού πύργου σε ένα τοπίο. Ωστόσο, μπορούν να ληφθούν μέτρα μετριασμού και αντιστάθμισης, για παράδειγμα με τον σχεδιασμό και τη χωροθέτηση της μονάδας, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η ορατότητα των πιο σημαντικών υποδομών της από κοντινές κατοικημένες περιοχές, ή με τον έλεγχο της φύτευσης δένδρων γύρω από το φυτό και/ή με την κατασκευή τεχνητών λόφων (χωματόδρομοι) που αναμειγνύονται στο φυσικό τοπίο και εμποδίζουν τη θέα του φυτού. Οι τοπικές κοινότητες μπορούν να αποζημιωθούν άμεσα οικονομικά για την απώλεια ευημερίας που προκαλείται από τις αισθητικές επιπτώσεις που υπέστησαν, ή μπορούν να αναληφθούν άλλες αντισταθμιστικές δράσεις, όπως η κατασκευή κοινωνικά χρήσιμων υποδομών, όπως πάρκα, σχολεία κ.λπ.

Δεδομένου ότι οι επιλογές αυτές μειώνουν τις αποσύρσεις νερού από μια λεκάνη, αναμένεται να εξεταστούν ευνοϊκά από τα ενδιαφερόμενα μέρη που βασίζονται στους ίδιους υδάτινους πόρους με τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που εφαρμόζουν τα εν λόγω μέτρα. Οι προκύπτουσες αλλαγές στα δικαιώματα χρήσης νερού θα πρέπει να συζητηθούν μεταξύ όλων των ενδιαφερόμενων μερών και να συμφωνηθούν με αυτούς και με τις αρχές των λεκανών απορροής αναλόγως.

Η ανακυκλοφορία της ψύξης πύργων είναι περίπου 40 % ακριβότερη (US DOE, 2009) από ό, τι μία φορά μέσω της υγρής ψύξης, και μπορεί να εφαρμοστεί όπου η διαθεσιμότητα νερού είναι περιορισμένη ή ο αντίκτυπος της συγκράτησης και της πρόσκρουσης και των θερμικών εκκενώσεων πρέπει να μειωθεί.

Και οι δύο επιλογές ξηρής ψύξης παρέχουν πολύ μεγαλύτερη ευελιξία στη θέση των νέων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, καθώς γίνεται ανεξάρτητη από τη διαθεσιμότητα ενός σημαντικού υδατικού συστήματος. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της επιλογής έγκειται στο οικονομικό κόστος της. Και με τους δύο τύπους ξηρής ψύξης, η μεταφορά θερμότητας είναι σημαντικά λιγότερο αποδοτική από ό, τι με τις «υγρές» επιλογές ψύξης, και ως εκ τούτου απαιτεί πολύ μεγάλες και μηχανικά πολύπλοκες εγκαταστάσεις ψύξης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος. Η λειτουργία ενός συστήματος ξηρής ψύξης απαιτεί στην πραγματικότητα το 1-1,5 % της ενέργειας που παράγεται από τη μονάδα, σε σύγκριση με το 0,5 % ενός συστήματος ανακυκλοφορίας και σχεδόν μηδέν για μία φορά. Η φυσική της εξάτμισης που εφαρμόζεται σε υγρούς πύργους ψύξης επιτρέπει στην πραγματικότητα μια πιο αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας από αυτή από τον ατμό ή το νερό στον αέρα μέσω μεταλλικών πτερυγίων και ως εκ τούτου αυξάνει ολόκληρη την τεχνική και οικονομική αποδοτικότητα του εργοστασίου. Σημειώνεται ότι η θερμική απόδοση και, ως εκ τούτου, οι οικονομικές συνθήκες λειτουργίας ποικίλλουν ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες της τοποθεσίας των φυτών και μπορεί να διαφέρουν σημαντικά σε ολόκληρη την Ευρώπη.

Αυτό δείχνει έναν δεύτερο τεχνικό περιορισμό της ξηρής ψύξης: σε ένα ζεστό κλίμα, ο ατμοσφαιρικός αέρας με θερμοκρασίες άνω των 40 °C μειώνει σημαντικά το δυναμικό ψύξης ενός ξηρού συστήματος ψύξης, σε σύγκριση με ένα «υγρό» σύστημα, το οποίο βασίζει το δυναμικό του σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες υγρού βολβού.

Μια πιθανή διέξοδος θα μπορούσε να είναι ένα υβριδικό ξηρό/ανακυκλοφορικό σύστημα. Η ξηρή ψύξη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε συνθήκες λειψυδρίας και θα μπορούσε να συνδυαστεί με μια περιορισμένη χρήση ενός συστήματος πύργων ψύξης ανακυκλοφορίας όταν οι θερμοκρασίες κορυφώνονται. Το σύστημα ψύξης πύργων ανακύκλωσης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια περιόδων κατά τις οποίες υπάρχει αφθονία νερού.

Τα στοιχεία κόστους διαφέρουν προφανώς ανάλογα με τις ειδικές συνθήκες κάθε μονάδας. Ωστόσο, σε γενικές γραμμές, το US DOE (2009) αναφέρει ότι τα συστήματα ψύξης υγρής ανακυκλοφορίας είναι 40 % ακριβότερα από τα συστήματα περάσματος, ενώ τα συστήματα ξηρής ψύξης είναι τρεις έως τέσσερις φορές ακριβότερα από ένα σύστημα ψύξης που ανακυκλοφορεί. Προς το παρόν, τα υγρά συστήματα ανακυκλοφορίας θεωρούνται η καλύτερη διαθέσιμη τεχνολογία για την ψύξη των θερμικών εγκαταστάσεων από την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (EPA), επειδή ελαχιστοποιούν τις επιπτώσεις στα υδάτινα οικοσυστήματα διατηρώντας παράλληλα την αύξηση του κόστους οικονομικά προσιτή.

Από την άλλη πλευρά, τόσο τα συστήματα ανακυκλοφορίας όσο και τα ξηρά συστήματα δεν έχουν ουσιαστικά καμία πρόσληψη νερού και καμία επίπτωση στα υδάτινα οικοσυστήματα, γεγονός που μπορεί τουλάχιστον εν μέρει να αντισταθμίσει το πρόσθετο κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας, ιδίως σε συνθήκες λειψυδρίας που προκαλείται από την κλιματική αλλαγή.

Η επιλογή του συστήματος ψύξης είναι ένα σημαντικό μέρος του σχεδιασμού ενός σταθμού παραγωγής ενέργειας. Υπόκειται στις διαδικασίες αδειοδότησης που εφαρμόζονται για τη χορήγηση άδειας κατασκευής και λειτουργίας σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, οι οποίοι ποικίλλουν από χώρα σε χώρα. Δεδομένου ότι τα συστήματα ξηρής ψύξης είναι λιγότερο ενεργειακά αποδοτικά από ό,τι άλλα συστήματα ψύξης, αυτή τη στιγμή κατατάσσονται στην τελευταία θέση στη σειρά των βέλτιστων διαθέσιμων τεχνολογιών της ΕΕ για την ψύξη, και υπερισχύουν με την ανακυκλοφορία της ψύξης πύργων. Αν και δεν αποκλείεται η χρήση ξηρής ψύξης, περιορίζεται σε τοποθεσίες με πολύ περιορισμένους υδάτινους πόρους ή με ιδιαίτερες περιβαλλοντικές ανησυχίες που σχετίζονται με τη χρήση του νερού.

Για τις μεγάλες μονάδες, θα πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη οι επιπτώσεις στην ασφάλεια όσον αφορά την αφαίρεση της θερμότητας αποσύνθεσης μετά από έκτακτη διακοπή λειτουργίας με απώλεια ισχύος.

Οι τροποποιήσεις των συμφωνιών χρήσης νερού που προκύπτουν από τις μειωμένες ανάγκες σε νερό των μονάδων που εφαρμόζουν αυτές τις επιλογές θα πρέπει να συμφωνηθούν επίσημα με τις αρχές λεκάνης απορροής, βάσει διαβουλεύσεων με όλα τα ενδιαφερόμενα μέρη που επηρεάζονται.

Για τις νέες μονάδες, ο χρόνος υλοποίησης είναι ο ίδιος με εκείνον των μονάδων στις οποίες ανήκουν. Για τις μετασκευές, ποικίλλει ανάλογα με τις τεχνολογίες. Για να αντικατασταθεί ένα σύστημα διέλευσης, μια μελέτη σχετικά με τη μετασκευή των παράκτιων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής της Καλιφόρνιας (Tetra Tech, 2008) δείχνει ένα χρόνο διακοπής του σταθμού (για να επιτραπεί η εγκατάσταση και η σύνδεση του νέου συστήματος ψύξης) έξι εβδομάδων ως συντηρητική εκτίμηση για τους ορυκτούς σταθμούς, ενώ η μετασκευή του συστήματος ψύξης των πυρηνικών σταθμών θα μπορούσε να απαιτήσει έως και 12 μήνες λόγω της τεχνικής τους πολυπλοκότητας.

Η διάρκεια ζωής είναι η ίδια με τη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην οποία ανήκει το συγκεκριμένο μέτρο. Η διάρκεια ζωής των θερμικών φυτών ποικίλλει ανάλογα με την τεχνολογία: οι πυρηνικοί σταθμοί, αν και η διάρκεια ζωής τους είναι συνήθως 40 χρόνια, μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν έως και 70 χρόνια (Επιστημονική Αμερική, 2009), ενώ οι μονάδες ορυκτών καυσίμων κυμαίνονται μεταξύ 25 και 50 ετών (εργοστάσια φυσικού αερίου και άνθρακα, αντίστοιχα).