A hőerőművek hűtési célú vízfogyasztásának csökkentése

Az érdekelt felek bevonása fontos része a villamosenergia-termelő erőművek engedélyezési folyamatának, de nehéz extrapolálni az erőmű egy adott összetevőjére gyakorolt hatásokat. A hűtőtornyok, amelyek akár 50 méter magasak is lehetnek, vitathatatlanul a növény egyik leglátványosabb alkotóelemei, ezért előfordulhat, hogy helyi ellenállás van az impozáns torony tájra gyakorolt negatív esztétikai hatásával szemben. Mérséklő és kompenzációs intézkedések azonban bevezethetők, például úgy, hogy az üzemet úgy alakítják ki és helyezik el, hogy minimalizálják a közeli lakott területek legjelentősebb infrastruktúráinak láthatóságát, vagy az üzem körül fák ültetésével és/vagy mesterséges dombok (talajgerendák) építésével, amelyek beleolvadnak a természeti tájba és megakadályozzák az üzem kilátását. A helyi közösségek közvetlenül pénzügyileg kompenzálhatók az elszenvedett esztétikai hatások által okozott jóléti veszteségekért, vagy más kompenzációs intézkedések is végrehajthatók, például társadalmilag hasznos infrastruktúrák, például parkok, iskolák stb. építése.

Mivel ezek a lehetőségek csökkentik a vízgyűjtőből történő vízkivételt, várhatóan kedvezően ítélik meg azokat az érdekelt felek, akik ugyanazokra a vízforrásokra támaszkodnak, mint az ezen intézkedéseket végrehajtó erőművek. A vízhasználati jogok ebből eredő változásait valamennyi érdekelt féllel meg kell vitatni, és azokról meg kell állapodni velük és a vízgyűjtő területekért felelős hatóságokkal.

A visszaforgató torony hűtése körülbelül 40%-kal drágább (USADOE, 2009), mint az egyszer átvezetett nedves hűtés, és akkor alkalmazható, ha a víz rendelkezésre állása korlátozott, vagy ha csökkenteni kell a betáplálás és az ütközés, valamint a termikus kibocsátások hatását.

Mindkét száraz hűtési lehetőség sokkal nagyobb rugalmasságot biztosít az új erőművek elhelyezésében, mivel függetlenné válik a nagyobb víztest rendelkezésre állásától. E lehetőség legnagyobb hátránya a gazdasági költségekben rejlik. Mindkét típusú száraz hűtés esetében a hőátadás lényegesen kevésbé hatékony, mint a „nedves” hűtési lehetőségek esetében, ezért nagyon nagy és mechanikailag összetett hűtőberendezésekre van szükség. Ez magasabb költségeket eredményez. A száraz hűtési rendszer üzemeltetése valójában az erőmű által termelt energia 1-1,5 %-át igényli, szemben a visszaforgató rendszer 0,5 %-ával és az egyszeri átvezetés gyakorlatilag nulla értékével. A nedves hűtőtornyokban alkalmazott párolgás fizikája valójában hatékonyabb hőátadást tesz lehetővé, mint a gőzből vagy vízből a fémbordákon keresztül a levegőbe történő hőátadás, és ezáltal növeli az üzem teljes műszaki és gazdasági hatékonyságát. Megjegyzendő, hogy a hőhatásfok és ezáltal a gazdasági működési feltételek az üzemek elhelyezkedésének éghajlati viszonyaitól függően változnak, és Európa-szerte jelentősen eltérőek lehetnek.

Ez a száraz hűtés második, technikai korlátozására utal: meleg éghajlaton a 40 °C feletti hőmérsékletű környezeti levegő jelentősen csökkenti a száraz hűtőrendszer hűtési potenciálját a „nedves” rendszerhez képest, amely a potenciálját sokkal alacsonyabb nedves hőmérsékletekre alapozza.

Lehetséges kiút lehet egy hibrid száraz/recirkulációs rendszer. A száraz hűtés vízhiány esetén alkalmazható, és a hőmérséklet csúcspontján a visszaforgatható hűtőtorony-rendszer korlátozott használatával párosulhat. A recirkulációs toronyhűtő rendszer olyan időszakokban is használható, amikor bőven van víz.

A költségadatok nyilvánvalóan az egyes üzemek sajátos körülményeitől függően változnak. Általánosságban azonban a US DOE (2009) arról számol be, hogy a nedves recirkulációs hűtőrendszerek 40%-kal drágábbak, mint az áteresztő rendszerek, míg a száraz hűtőrendszerek háromszor-négyszer drágábbak, mint a recirkulációs nedves hűtőrendszerek. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) jelenleg a nedves recirkulációs rendszereket tekinti a hőerőművek hűtésére rendelkezésre álló legjobb technológiának, mivel minimálisra csökkentik a vízi ökoszisztémákra gyakorolt hatást, miközben megfizethető szinten tartják a költségnövekedést.

Mind a visszaforgató, mind a száraz rendszerek gyakorlatilag nem fogyasztanak vizet, és nincsenek hatással a vízi ökoszisztémákra, ami legalább részben ellensúlyozhatja a tőke- és működési többletköltségeket, különösen az éghajlatváltozás okozta vízhiány körülményei között.

A hűtőrendszer megválasztása az erőmű tervezésének fontos része. Az erőművek építésére és üzemeltetésére vonatkozó engedély megadásához alkalmazott engedélyezési eljárások vonatkoznak rá, amelyek országonként eltérőek. Mivel a száraz hűtési rendszerek kevésbé energiahatékonyak, mint más hűtési rendszerek, jelenleg az elérhető legjobb uniós hűtési technológiák rangsorában az utolsó helyen állnak, és a recirkulációs toronyhűtéssel megelőzik őket. Bár a száraz hűtés alkalmazása nem kizárt, az csak azokra a helyekre korlátozódik, ahol nagyon korlátozottak a vízkészletek, vagy ahol a vízhasználattal kapcsolatban különös környezetvédelmi aggályok merülnek fel.

A nagy egységek esetében figyelembe kell venni a bomlási hő energiaveszteséggel járó vészleállítást követő eltávolításának biztonsági vonatkozásait is.

A vízhasználati megállapodásoknak az e lehetőségeket végrehajtó üzemek csökkentett vízigényéből eredő módosításairól hivatalosan meg kell állapodni a vízmedencékért felelős hatóságokkal, az összes érintett érdekelt féllel folytatott konzultációk alapján.

Új üzemek esetében a végrehajtási idő megegyezik azon üzemek végrehajtási idejével, amelyekhez tartoznak. Az utólagos átalakítások esetében ez a technológiáktól függően változik. Az áteresztő rendszer helyettesítése érdekében a kaliforniai part menti erőművek utólagos átalakításáról szóló tanulmány (Tetra Tech, 2008)óvatos becslésként az erőmű hathetes leállását jelzi (az új hűtőrendszer telepítésének és csatlakoztatásának lehetővé tétele érdekében), míg az atomerőművek hűtőrendszerének utólagos átalakítása műszaki összetettségük miatt akár 12 hónapot is igénybe vehet.

Az élettartam megegyezik annak a villamosenergia-termelő létesítménynek az élettartamával, amelyhez az adott intézkedés tartozik. A hőerőművek élettartama a technológiától függően változik: az atomerőművek, bár tervezési élettartamuk jellemzően 40 év, akár 70 évig is működhetnek (Scientific American, 2009), míg a fosszilis tüzelésű erőművek 25 és 50 év között mozognak (földgáz- és szénerőművek).