Veetarbimise vähendamine soojuselektrijaamade jahutamisel

Kõige energiatõhusam viis soojuselektrijaamade jahutamiseks on ühekordne süsteem, mille puhul "vesi võetakse lähedal asuvatest veekogudest, suunatakse läbi kondensaatori, kus see neelab auru soojust, ja seejärel juhitakse tagasi oma algsesse allikasse kõrgematel temperatuuridel. Kuna ühekordsed jahutussüsteemid ei võta jahutusvett ringlusse, põhjustab see väga suuri igapäevaseid veekoguseid. Korduvjahutusega elektrijaamade veevõtustruktuurid võivad igal aastal tappa mitu miljonit kala ja allavoolu tekkiv soojusheide võib kahjustada ka veeorganisme, mõjutades kogu veeökosüsteeme. Lisaks muudab ühekordselt kasutatavate jahutussüsteemide käitamiseks vajalik suur veekogus elektrijaamad põua ja äärmusliku kuumuse ajal eriti haavatavaks“ (riiklik arengu- ja reformikomisjon, 2014).

Ringlussevõetav tornjahutus ja kuivjahutus on alternatiivsed jahutusvõimalused, mis vähendavad märkimisväärselt veekasutust võrreldes üheastmeliste jahutussüsteemidega.

Ringlussevõetava tornjahutuse puhul on endiselt ette nähtud välistest allikatest pärit vee tarbimine, kuid väljavõetav kogus on 95 % väiksem kui ühe kolviga jahutussüsteemides, vähendades samal määral negatiivset mõju ökosüsteemidele. Vesi ringleb süsteemis, neelates soojust aurust, mida kasutatakse elektri tootmiseks kondensaatori kaudu, ja vabastades selle jahutustornis aurustumise kaudu. Kuna jahutamiseks aurustatakse osa väljavõetud veest, võib taasringlev märgjahutus olla tõsise veenappuse tingimustes siiski problemaatiline.

Kuivjahutus sõltub õhust kui soojusülekande vahendist, mitte aurustumisest kondensaatori ahelast. Selle tulemusena on veekadu minimaalne. Saadaval on kahte tüüpi kuivjahutusmeetodeid. Otsene kuivjahutus kasutab õhkjahutusega kondensaatorit peaaegu sama palju kui autoradiaatoris. See kasutab suure vooluhulgaga sundõhku kondensaatoris, milles aur ringleb, olevate uimestatud torude süsteemi kaudu. Seega suunab see auru soojuse otse välisõhku. Elektrijaama sellisel viisil jahutamiseks on vaja vähem kui 10 % veest, mida kasutatakse samaväärses märgjahutusega jaamas. Umbes 1-1,5% elektrijaama toodangust tarbitakse suurte ventilaatorite liikumapanemiseks. Alternatiivne konstruktsioon hõlmab kondensaatori jahutusahelat, nagu märg-ringlusjahutuse puhul, kuid kasutatav vesi suletakse ja jahutatakse jahutustornis õhuvooluga läbi uimetorude. Seega kantakse soojus üle õhku protsessi abil, mis on vähem tõhus kui märgjahutus, kuid paraneb otsese kuivjahutuse korral, kuna energiatarbimine moodustab vaid 0,5 % toodangust. Keskkonnamõju hindamise kohaselt oli USAs 2012. aastal kasutusel 719 ühekordselt kasutatavat süsteemi, 819 ringluspõhist süsteemi ning ainult 61 kuivjahutus- ja hübriidsüsteemi. Analoogse teabe puudumisel ELi kohta ja eeldades, et arenenud riikide elektrisektoris kehtivad enam-vähem samad tehnoloogilise küpsuse tasemed, on võimalik eeldada, et kuiv-/hübriidjahutus moodustab vähem kui 4 % kõigist ELi soojuselektrijaamadesse paigaldatud jahutussüsteemidest.

Riiklik arengu- ja reformikomisjon, võttes võrdlusaluseks traditsioonilise söeküttel töötava elektrijaama, mõõdab alternatiivsete jahutusvõimaluste veekasutust kahel viisil: vee äravõtmine, st kui palju vett võetakse vesikonnast ja seejärel võimaluse korral ja osaliselt sinna tagasi suunatakse, ning veetarbimine, st kui suur osa äravõetud veest muudetakse auruks ja seega ei suunata pärast jahutamist otse vesikonda tagasi. Kuivjahutussüsteemide puhul on need mõlemad 0 l/MWh. Ühekordse ja suletud tsükliga jahutussüsteemide vee väljavõtmise nõuded on vastavalt umbes 75 710–189 270 liitrit megavatt-tunni kohta (l/MWh) ja 1890–4 540 liitrit/MWh. Teisest küljest on veetarbimise tulemuseks ligikaudu 380–1200 l/MWh ühekorraga ja 1,820–4,169 l/MWh suletud tsükliga jahutamise puhul. Seega eemaldavad ühekordsed süsteemid vesikonnast rohkem vett, kuid suunavad sellesse ka rohkem vett kui suletud tsükliga süsteemid. Kuid just kõrvaldamisprotsess avaldab keskkonnale tõsisemat negatiivset mõju, hävitades otseselt jõeloomastiku ja suunates vee tagasi ökoloogiliselt soovitavast vahemikust kõrgemale temperatuurile.

Sidusrühmade kaasamine on oluline osa elektrijaamadele lubade andmise menetlusest, kuid raske on ekstrapoleerida mõju elektrijaama konkreetsele komponendile. Jahutustornid, mis võivad olla üle 50 m kõrged, on vaieldamatult taime üks nähtavamaid komponente ja seetõttu võib olla kohalik vastuseis mõjuva torni negatiivsele esteetilisele mõjule maastikule. Siiski saab kehtestada leevendus- ja kompensatsioonimeetmeid, näiteks projekteerides ja paigutades tehase, et minimeerida selle kõige silmapaistvamate infrastruktuuride nähtavust lähedalasuvatest asustatud piirkondadest, või sõeludes seda, istutades puid taime ümber ja/või ehitades kunstlikke künkaid (mullaääre), mis sulanduvad loodusmaastikku ja blokeerivad taime vaate. Kohalikele kogukondadele võib otseselt rahaliselt hüvitada esteetilisest mõjust tingitud heaolu vähenemise või võtta muid kompenseerivaid meetmeid, näiteks ehitada sotsiaalselt kasulikku taristut, nagu pargid, koolid jne.

Kuna need võimalused vähendavad vee äravoolu basseinist, peaksid sidusrühmad, kes tuginevad samadele veevarudele kui neid meetmeid rakendavad elektrijaamad, neid soosima. Sellest tulenevaid muudatusi veekasutusõigustes tuleks arutada kõigi sidusrühmade vahel ning nende ja vesikonna ametiasutustega kokku leppida.

Ringlussevõtt torni jahutus on umbes 40% kallim (USA DOE, 2009) kui üks kord läbi märja jahutuse ja seda saab kasutada, kui vee kättesaadavus on piiratud või tuleb vähendada veevõtu ja takistuse mõju ning soojuse ärajuhtimist.

Mõlemad kuivjahutuse võimalused pakuvad palju suuremat paindlikkust uute elektrijaamade asukoha osas, kuna see muutub sõltumatuks suure veekogu kättesaadavusest. Selle võimaluse peamine puudus seisneb selle majanduslikes kuludes. Mõlemat tüüpi kuivjahutuse puhul on soojusülekanne oluliselt vähem tõhus kui märgjahutuse puhul ning seetõttu on vaja väga suuri ja mehaaniliselt keerukaid jahutusseadmeid. Selle tulemuseks on suuremad kulud. Kuivjahutussüsteemi käitamiseks on tegelikult vaja 1,5 % jaamas toodetavast energiast, samas kui ringlussüsteemi puhul on see näitaja 0,5 % ja otseülekande puhul peaaegu null. Märgjahutustornides rakendatav aurustumise füüsika võimaldab tegelikult soojuse tõhusamat ülekandmist aurust või veest õhku metallist uimede kaudu ning suurendab seega tehase kogu tehnilist ja majanduslikku efektiivsust. Pange tähele, et soojuslik kasutegur ja seega majanduslikud töötingimused varieeruvad sõltuvalt tehaste asukoha kliimatingimustest ning võivad Euroopas märkimisväärselt erineda.

See viitab kuivjahutuse teisele tehnilisele piirangule: kuumas kliimas vähendab üle 40 °C temperatuuriga välisõhk oluliselt kuivjahutussüsteemi jahutuspotentsiaali võrreldes niiske süsteemiga, mille potentsiaal põhineb palju madalamatel märgtermomeetri temperatuuridel.

Võimalik väljapääs võiks olla hübriidne kuiv-/taasringlussüsteem. Kuivjahutust võib kasutada veepuuduse tingimustes ja sellega võib kaasneda ringleva jahutustornisüsteemi piiratud kasutamine, kui temperatuur on kõige kõrgem. Retsirkulatsioonitorni jahutussüsteemi saab kasutada ka perioodidel, mil vett on palju.

Ilmselgelt erinevad kulude näitajad sõltuvalt iga tehase konkreetsetest tingimustest. Üldiselt on aga USA keskkonnaministeeriumi 2009. aasta aruande kohaselt märgringlusjahutussüsteemid 40 % kallimad kui läbivoolusüsteemid, samas kui kuivjahutussüsteemid on kolm kuni neli korda kallimad kui ringluspõhine märgjahutussüsteem. Praegu peab USA Keskkonnakaitseagentuur (EPA) märg-ringlussüsteeme soojusjaamade jahutamiseks parimaks võimalikuks tehnoloogiaks, sest need minimeerivad mõju vee ökosüsteemidele, hoides samal ajal kulude kasvu taskukohasena.

Plusspoolest ei tarbita ei ringlus- ega kuivsüsteemides peaaegu üldse vett ega mõjutata vee ökosüsteeme, mis võib vähemalt osaliselt kompenseerida täiendavaid kapitali- ja tegevuskulusid, eelkõige kliimamuutustest tingitud veenappuse tingimustes.

Jahutussüsteemi valik on elektrijaama projekteerimise oluline osa. Selle suhtes kohaldatakse elektrijaamade ehitamiseks ja käitamiseks loa andmise menetlusi, mis on riigiti erinevad. Kuna kuivjahutussüsteemid on vähem energiatõhusad kui muud jahutussüsteemid, on need praegu ELi parimate võimalike jahutustehnoloogiate järjestuses viimasel kohal ja edestavad taasringlustorni jahutust. Kuigi kuivjahutuse kasutamine ei ole välistatud, piirdub see kohtadega, kus veevarud on väga piiratud või kus esineb veekasutusega seotud konkreetseid keskkonnaprobleeme.

Suurte veeremiüksuste puhul tuleks arvesse võtta ka mõju ohutusele, mis on seotud laguneva soojuse eemaldamisega pärast hädaseiskamist ja elektrikatkestust.

Veekasutuslepingute muudatused, mis tulenevad neid võimalusi rakendavate tehaste väiksemast veevajadusest, tuleks veemajandusasutustega ametlikult kokku leppida, tuginedes konsultatsioonidele kõigi mõjutatud sidusrühmadega.

Uute jaamade puhul on rakendamisaeg sama mis nende jaamade puhul, kuhu nad kuuluvad. Moderniseerimise puhul varieerub see sõltuvalt tehnoloogiast. Üleminekusüsteemi asendamiseks on California rannikuelektrijaamade moderniseerimise uuringus (Tetra Tech, 2008) märgitud, et elektrijaama seisakuaeg (et võimaldada uue jahutussüsteemi paigaldamist ja ühendamist) on fossiilkütustel töötavate elektrijaamade puhul kuus nädalat, samas kui tuumaelektrijaamade jahutussüsteemi moderniseerimiseks võib nende tehnilise keerukuse tõttu kuluda kuni 12 kuud.

Kasutusiga on sama, mis elektrijaamal, kuhu erimeede kuulub. Soojuselektrijaamade eluiga varieerub sõltuvalt tehnoloogiast: tuumajaamad, kuigi nende projekteeritud eluiga on tavaliselt 40 aastat, võivad toimida kuni 70 aastat (Scientific American, 2009), samas kui fossiilkütusejaamad varieeruvad 25 ja 50 aasta vahel (vastavalt maagaasi- ja söejaamad).