Vedenkulutuksen vähentäminen lämpövoimaloiden jäähdytyksessä

Sidosryhmien osallistuminen on tärkeä osa sähköntuotantolaitosten lupamenettelyä, mutta vaikutuksia laitoksen tiettyyn osaan on vaikea ekstrapoloida. Jäähdytystornit, jotka voivat olla yli 50 metriä korkeita, ovat luultavasti yksi kasvin näkyvimmistä osista, ja siksi voi hyvinkin olla paikallista vastustusta vaikuttavan tornin kielteiselle esteettiselle vaikutukselle maisemaan. Lieventäviä ja korvaavia toimenpiteitä voidaan kuitenkin ottaa käyttöön esimerkiksi suunnittelemalla ja sijoittamalla laitos siten, että minimoidaan sen näkyvimpien infrastruktuurien näkyvyys läheisiltä asutuilta alueilta, tai seulomalla sitä istuttamalla puita laitoksen ympärille ja/tai rakentamalla keinotekoisia kukkuloita (maaperän berms), jotka sulautuvat luonnonmaisemaan ja estävät kasvin näkymän. Paikallisyhteisöt voivat saada suoraa taloudellista korvausta kärsimiensä esteettisten vaikutusten aiheuttamasta hyvinvoinnin menetyksestä, tai voidaan toteuttaa muita korvaavia toimia, kuten rakentaa sosiaalisesti hyödyllistä infrastruktuuria, kuten puistoja, kouluja jne.

Koska näillä vaihtoehdoilla vähennetään vedenottoa altaasta, sidosryhmien, jotka tukeutuvat samoihin vesivaroihin kuin näitä toimenpiteitä toteuttavat voimalaitokset, odotetaan suhtautuvan niihin myönteisesti. Tästä johtuvista vedenkäyttöoikeuksien muutoksista olisi keskusteltava kaikkien sidosryhmien kesken ja sovittava niiden ja vesipiirin viranomaisten kanssa.

Tornien uudelleenkierrätysjäähdytys on noin 40 prosenttia kalliimpaa (USDOE, 2009) kuin kertakäyttöinen märkäjäähdytys, ja sitä voidaan käyttää siellä, missä veden saatavuus on rajallista tai sisäänpääsyn ja tunkeutumisen sekä lämpöpäästöjen vaikutusta on vähennettävä.

Molemmat kuivajäähdytysvaihtoehdot tarjoavat paljon enemmän joustavuutta uusien voimalaitosten sijoittamiseen, koska se on riippumaton suuren vesimuodostuman saatavuudesta. Tämän vaihtoehdon suurin haittapuoli on sen taloudelliset kustannukset. Kummassakin kuivajäähdytystyypissä lämmönsiirto on huomattavasti tehottomampaa kuin ”märkäjäähdytysvaihtoehdoissa”, minkä vuoksi se edellyttää erittäin suuria ja mekaanisesti monimutkaisia jäähdytyslaitoksia. Tämä johtaa korkeampiin kustannuksiin. Kuivajäähdytysjärjestelmän käyttö vaatii itse asiassa 1–1,5 prosenttia laitoksen tuottamasta tehosta, kun taas kiertovesijärjestelmän käyttö edellyttää 0,5 prosenttia ja kertakäyttöjärjestelmän käyttö lähes nollaa. Märkäjäähdytystorneissa käytettävä haihdutusfysiikka mahdollistaa itse asiassa tehokkaamman lämmönsiirron kuin höyrystä tai vedestä ilmaan metallirivien kautta, mikä lisää laitoksen koko teknistä ja taloudellista tehokkuutta. On huomattava, että lämpötehokkuus ja siten taloudelliset toimintaolosuhteet vaihtelevat laitosten sijaintipaikan ilmasto-olosuhteiden mukaan ja voivat vaihdella huomattavasti eri puolilla Eurooppaa.

Tämä viittaa toiseen kuivajäähdytyksen tekniseen rajoitukseen: Kuumassa ilmastossa ulkoilma, jonka lämpötila on yli 40 °C, vähentää huomattavasti kuivajäähdytysjärjestelmän jäähdytyspotentiaalia verrattuna märkäjärjestelmään, jossa sen potentiaali perustuu paljon alhaisempiin märkälämpötilaan.

Mahdollinen ulospääsykeino voisi olla hybridikuiva-/kierrätysjärjestelmä. Kuivajäähdytystä voitaisiin käyttää veden niukkuuden vuoksi, ja siihen voitaisiin yhdistää kiertojäähdytystornijärjestelmän rajoitettu käyttö lämpötilan noustessa huippuunsa. Kierrätystornin jäähdytysjärjestelmää voidaan käyttää myös silloin, kun vettä on runsaasti.

Kustannusluvut vaihtelevat luonnollisesti kunkin laitoksen erityisolosuhteiden mukaan. Yleisesti ottaen US DOE (2009) raportoi kuitenkin, että märkäkiertojäähdytysjärjestelmät ovat 40 prosenttia kalliimpia kuin läpivientijärjestelmät, kun taas kuivajäähdytysjärjestelmät ovat 3–4 kertaa kalliimpia kuin kierrättävä märkäjäähdytysjärjestelmä. Tällä hetkellä Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) pitää märkäkiertojärjestelmiä parhaana käytettävissä olevana teknologiana lämpölaitosten jäähdytykseen, koska ne minimoivat vaikutukset vesiekosysteemeihin ja pitävät kustannusten nousun kohtuuhintaisena.

Toisaalta sekä kiertovesi- että kuivavesijärjestelmillä ei ole käytännöllisesti katsoen lainkaan vedenottoa eikä vaikutusta vesiekosysteemeihin, mikä voi ainakin osittain kompensoida ylimääräiset pääoma- ja toimintakustannukset erityisesti ilmastonmuutoksesta johtuvan veden niukkuuden olosuhteissa.

Jäähdytysjärjestelmän valinta on tärkeä osa voimalaitoksen suunnittelua. Siihen sovelletaan voimalaitosten rakennus- ja käyttölupien myöntämiseen sovellettavia lupamenettelyjä, jotka vaihtelevat maittain. Koska kuivajäähdytysjärjestelmät eivät ole yhtä energiatehokkaita kuin muut jäähdytysjärjestelmät, ne ovat tällä hetkellä EU:n parhaiden käytettävissä olevien jäähdytystekniikoiden mukaisessa järjestyksessä viimeisimpiä ja ovat paremmassa asemassa kuin tornien kiertojäähdytys. Vaikka kuivajäähdytyksen käyttöä ei ole suljettu pois, se rajoittuu paikkoihin, joissa vesivarat ovat hyvin rajalliset tai joissa vedenkäyttöön liittyy erityisiä ympäristönäkökohtia.

Suurten yksiköiden osalta olisi myös otettava huomioon turvallisuusvaikutukset, jotka liittyvät hajoamislämmön poistamiseen sellaisen hätäpysäytyksen jälkeen, johon liittyy tehon menetys.

Vedenkäyttösopimusten muutoksista, jotka johtuvat näitä vaihtoehtoja toteuttavien laitosten vähäisemmästä vedentarpeesta, olisi sovittava virallisesti vesipiirin viranomaisten kanssa kaikkien asianomaisten sidosryhmien kuulemisen perusteella.

Uusien laitosten osalta käyttöönottoaika on sama kuin niiden laitosten, joihin ne kuuluvat. Jälkiasennusten osalta se vaihtelee tekniikoiden mukaan. Läpivirtausjärjestelmän korvaamiseksi Kalifornian rannikkovoimaloiden jälkiasennusta koskevassa tutkimuksessa (Tetra Tech, 2008) todetaan, että laitoksen seisokkiaika (uuden jäähdytysjärjestelmän asentamisen ja liittämisen mahdollistamiseksi) on kuusi viikkoa varovaisena arviona fossiilisia polttoaineita käyttäville laitoksille, kun taas ydinvoimaloiden jäähdytysjärjestelmän jälkiasennus voi kestää jopa 12 kuukautta niiden teknisen monimutkaisuuden vuoksi.

Käyttöikä on sama kuin se sähköntuotantolaitos, johon erityistoimenpide kuuluu. Lämpövoimaloiden käyttöikä vaihtelee teknologian mukaan: Vaikka ydinvoimaloiden suunniteltu käyttöikä on tyypillisesti 40 vuotta, ne voivat jatkaa toimintaansa jopa 70 vuoden ajan (Scientific American, 2009), kun taas fossiilisia polttoaineita käyttävät voimalat vaihtelevat 25 ja 50 vuoden välillä (maakaasu- ja hiilivoimalat).