Riduzione del consumo di acqua per il raffreddamento degli impianti di generazione termica

Il coinvolgimento delle parti interessate è una parte importante del processo di autorizzazione per gli impianti di produzione di energia elettrica, ma è difficile estrapolare le implicazioni per un componente specifico dell'impianto. Le torri di raffreddamento, che possono superare i 50 m di altezza, sono probabilmente uno dei componenti più visibili di una pianta, e quindi potrebbe esserci un'opposizione locale all'impatto estetico negativo di un'imponente torre su un paesaggio. Tuttavia, possono essere messe in atto misure di mitigazione e compensazione, ad esempio progettando e collocando l'impianto al fine di ridurre al minimo la visibilità delle sue infrastrutture più importanti dalle aree abitate vicine, o schermandolo piantando alberi intorno all'impianto e / o costruendo colline artificiali (berme del suolo) che si fondono nel paesaggio naturale e bloccano la vista dell'impianto. Le comunità locali possono essere direttamente compensate finanziariamente per la perdita di benessere causata dagli impatti estetici subiti o possono essere intraprese altre azioni compensative, come la costruzione di infrastrutture socialmente utili come parchi, scuole, ecc.

Poiché queste opzioni riducono i prelievi di acqua da un bacino, dovrebbero essere viste favorevolmente dalle parti interessate che si affidano alle stesse risorse idriche delle centrali elettriche che attuano queste misure. Le conseguenti modifiche dei diritti di utilizzo dell'acqua dovrebbero essere discusse tra tutte le parti interessate e concordate di conseguenza con esse e con le autorità dei bacini idrici.

Il raffreddamento a torre a ricircolo è circa il 40% più costoso (USDOE, 2009) rispetto al raffreddamento a umido e può essere applicato quando la disponibilità di acqua è limitata o l'impatto del trascinamento e dell'impatto e degli scarichi termici deve essere ridotto.

Entrambe le opzioni di raffreddamento a secco offrono una flessibilità molto maggiore nella posizione di nuove centrali elettriche, in quanto diventa indipendente dalla disponibilità di un importante specchio d'acqua. Il principale svantaggio di questa opzione risiede nei suoi costi economici. Con entrambi i tipi di raffreddamento a secco, il trasferimento di calore è significativamente meno efficiente rispetto alle opzioni di raffreddamento "umido" e quindi richiede impianti di raffreddamento molto grandi e meccanicamente complessi. Ciò si traduce in costi più elevati. Il funzionamento di un sistema di raffreddamento a secco richiede infatti l'1-1,5% della potenza generata dall'impianto, rispetto allo 0,5% di un sistema a ricircolo e praticamente zero per una volta. La fisica dell'evaporazione applicata nelle torri di raffreddamento a umido consente infatti un trasferimento di calore più efficiente di quello dal vapore o dall'acqua all'aria tramite alette metalliche, e quindi aumenta l'intera efficienza tecnica ed economica dell'impianto. Si noti che l'efficienza termica e quindi le condizioni economiche di funzionamento variano a seconda delle condizioni climatiche dell'ubicazione degli impianti e possono essere notevolmente diverse in tutta Europa.

Ciò indica una seconda limitazione tecnica del raffreddamento a secco: in un clima caldo, l'aria ambiente con temperature superiori a 40 °C riduce sostanzialmente il potenziale di raffreddamento di un sistema di raffreddamento a secco, rispetto a un sistema "umido", che basa il suo potenziale su temperature a bulbo umido molto più basse.

Una possibile via d'uscita potrebbe essere un sistema ibrido a secco / a ricircolo. Il raffreddamento a secco potrebbe essere utilizzato in condizioni di scarsità d'acqua e potrebbe essere accoppiato con un uso limitato di un sistema a torre di raffreddamento a ricircolo quando le temperature raggiungono il picco. Il sistema di raffreddamento a torre a ricircolo può essere utilizzato anche durante i periodi in cui vi è abbondanza di acqua.

Le cifre dei costi variano ovviamente a seconda delle condizioni specifiche di ogni impianto. Tuttavia, in generale US DOE (2009) riporta che i sistemi di raffreddamento a ricircolo umido sono più costosi del 40% rispetto ai sistemi pass-through, mentre i sistemi di raffreddamento a secco sono da tre a quattro volte più costosi di un sistema di raffreddamento a ricircolo umido. Al momento, i sistemi a ricircolo umido sono considerati la migliore tecnologia disponibile per il raffreddamento degli impianti termici dalla US Environmental Protection Agency (EPA), perché riducono al minimo l'impatto sugli ecosistemi idrici mantenendo l'aumento dei costi abbordabili.

Dal lato positivo, sia i sistemi a ricircolo che quelli a secco non hanno praticamente alcuna assunzione di acqua e nessun impatto sugli ecosistemi idrici, il che può compensare almeno in parte i costi aggiuntivi di capitale e di esercizio, in particolare in condizioni di scarsità d'acqua causate dai cambiamenti climatici.

La scelta del sistema di raffreddamento è una parte importante della progettazione di una centrale elettrica. È soggetto alle procedure di autorizzazione applicate per concedere il permesso di costruire e gestire centrali elettriche, che varia da paese a paese. Poiché i sistemi di raffreddamento a secco sono meno efficienti dal punto di vista energetico rispetto ad altri sistemi di raffreddamento, al momento si collocano all'ultimo posto nell'ordine delle migliori tecnologie disponibili dell'UE per il raffreddamento e sono superati dal raffreddamento a torre a ricircolo. Sebbene l'uso del raffreddamento a secco non sia escluso, è limitato a luoghi con risorse idriche molto limitate o con particolari preoccupazioni ambientali legate all'uso dell'acqua.

Per le unità di grandi dimensioni, dovrebbero essere prese in considerazione anche le implicazioni per la sicurezza relative alla rimozione del calore di decadimento dopo un arresto di emergenza con perdita di energia.

Le modifiche degli accordi sull'uso dell'acqua derivanti dalla riduzione del fabbisogno idrico degli impianti che attuano tali opzioni dovrebbero essere concordate formalmente con le autorità dei bacini idrici, sulla base di consultazioni con tutte le parti interessate.

Per i nuovi impianti, il tempo di attuazione è lo stesso degli impianti di cui fanno parte. Per i retrofit, varia con le tecnologie. Per sostituire un sistema pass-through, uno studio sull'ammodernamento delle centrali elettriche costiere californiane (Tetra Tech, 2008)indica un tempo di inattività dell'impianto (per consentire l'installazione e il collegamento del nuovo sistema di raffreddamento) di sei settimane come stima conservativa per le centrali fossili, mentre l'ammodernamento del sistema di raffreddamento delle centrali nucleari potrebbe richiedere fino a 12 mesi a causa della loro complessità tecnica.

La durata di vita è la stessa dell'impianto di produzione di energia elettrica cui appartiene la misura specifica. La durata di vita degli impianti termici varia a seconda della tecnologia: le centrali nucleari, sebbene la loro durata di progettazione sia in genere di 40 anni, possono continuare a funzionare fino a 70 anni (ScientificAmerican, 2009),mentre le centrali a combustibili fossili variano tra 25 e 50 anni (rispettivamente centrali a gas naturale e a carbone).