Vermindering van het waterverbruik voor de koeling van thermische centrales

Betrokkenheid van belanghebbenden is een belangrijk onderdeel van de vergunningsprocedure voor elektriciteitscentrales, maar het is moeilijk om de gevolgen voor een specifiek onderdeel van de centrale te extrapoleren. Koeltorens, die meer dan 50 meter hoog kunnen zijn, zijn misschien wel een van de meest zichtbare componenten van een plant, en daarom kan er wel lokale oppositie zijn tegen de negatieve esthetische impact van een imposante toren op een landschap. Er kunnen echter mitigatie- en compensatiemaatregelen worden genomen, bijvoorbeeld door de installatie te ontwerpen en te plaatsen om de zichtbaarheid van de meest prominente infrastructuur van nabijgelegen bewoonde gebieden tot een minimum te beperken, of door deze te screenen door bomen rond de installatie te planten en / of door kunstmatige heuvels (bodemberms) te bouwen die opgaan in het natuurlijke landschap en het uitzicht op de plant blokkeren. Lokale gemeenschappen kunnen rechtstreeks financieel worden gecompenseerd voor het welvaartsverlies dat wordt veroorzaakt door de geleden esthetische effecten, of er kunnen andere compenserende acties worden ondernomen, zoals het bouwen van sociaal nuttige infrastructuur zoals parken, scholen, enz.

Aangezien deze opties de wateronttrekkingen uit een stroomgebied verminderen, zullen zij naar verwachting gunstig worden beoordeeld door belanghebbenden die afhankelijk zijn van dezelfde watervoorraden als de elektriciteitscentrales die deze maatregelen uitvoeren. De daaruit voortvloeiende wijzigingen in de rechten inzake watergebruik moeten door alle belanghebbenden worden besproken en dienovereenkomstig met hen en met de waterbekkenautoriteiten worden overeengekomen.

Recirculerende torenkoeling is ongeveer 40% duurder (USDOE, 2009) dan eenmalige natte koeling en kan worden toegepast wanneer de beschikbaarheid van water beperkt is of de impact van meevoeren en impingement en thermische ontladingen moet worden verminderd.

Beide opties voor droge koeling bieden veel meer flexibiliteit in de locatie van nieuwe energiecentrales, omdat deze onafhankelijk wordt van de beschikbaarheid van een grote hoeveelheid water. Het grootste nadeel van deze optie ligt in de economische kosten. Bij beide soorten droge koeling is warmteoverdracht aanzienlijk minder efficiënt dan bij “natte” koelopties, en daarom zijn er zeer grote en mechanisch complexe koelinstallaties nodig. Dit leidt tot hogere kosten. De werking van een droog koelsysteem vereist in feite 1-1,5% van het vermogen dat door de installatie wordt gegenereerd, vergeleken met 0,5% van een recirculatiesysteem en vrijwel nul voor eenmalig gebruik. De fysica van verdamping toegepast in natte koeltorens maakt in feite een efficiëntere overdracht van warmte mogelijk dan die van stoom of water naar lucht via metalen vinnen, en verhoogt dus de hele technische en economische efficiëntie van de installatie. Merk op dat de thermische efficiëntie en dus de economische omstandigheden van de werking variëren met de klimatologische omstandigheden van de locatie van de installaties, en aanzienlijk kunnen verschillen in heel Europa.

Dit wijst op een tweede, technische beperking van droge koeling: in een warm klimaat vermindert omgevingslucht met temperaturen boven 40 °C het koelpotentieel van een droog koelsysteem aanzienlijk in vergelijking met een “nat” systeem, dat zijn potentieel baseert op veel lagere natteboltemperaturen.

Een mogelijke uitweg zou een hybride droog/recirculerend systeem kunnen zijn. Droge koeling kan worden gebruikt in geval van waterschaarste en kan worden gekoppeld aan een beperkt gebruik van een recirculerend koeltorensysteem wanneer de temperaturen pieken. Het recirculerende torenkoelsysteem kan ook worden gebruikt tijdens perioden waarin er een overvloed aan water is.

Kostencijfers variëren uiteraard met de specifieke omstandigheden van elke plant. Echter, in het algemeen US DOE (2009) meldt dat natte recirculerende koelsystemen zijn 40% duurder dan pass-through systemen, terwijl droge koelsystemen zijn drie tot vier keer duurder dan een recirculerende natte koelsysteem. Op dit moment worden natte recirculatiesystemen door het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) beschouwd als de beste beschikbare technologie voor koeling van thermische installaties, omdat ze de impact op waterecosystemen minimaliseren en tegelijkertijd de kostenstijging betaalbaar houden.

Aan de positieve kant hebben zowel recirculerende als droge systemen vrijwel geen inname van water en geen impact op waterecosystemen, die ten minste gedeeltelijk de extra kapitaal- en exploitatiekosten kunnen compenseren, met name in omstandigheden van waterschaarste als gevolg van klimaatverandering.

De keuze van het koelsysteem is een belangrijk onderdeel van het ontwerp van een energiecentrale. Het is onderworpen aan de vergunningsprocedures die worden toegepast om de toestemming te verlenen voor de bouw en exploitatie van elektriciteitscentrales, die van land tot land verschillen. Aangezien droge koelsystemen minder energie-efficiënt zijn dan andere koelsystemen, staan ze momenteel op de laatste plaats in de volgorde van de beste beschikbare EU-technologieën voor koeling en worden ze overtroffen door recirculerende torenkoeling. Hoewel het gebruik van droge koeling niet is uitgesloten, is het beperkt tot locaties met zeer beperkte watervoorraden of met bijzondere milieuproblemen in verband met watergebruik.

Voor grote eenheden moet ook rekening worden gehouden met veiligheidsimplicaties met betrekking tot de verwijdering van vervalwarmte na een noodstop met stroomverlies.

Wijzigingen in watergebruiksovereenkomsten die voortvloeien uit de verminderde waterbehoeften van installaties die deze opties toepassen, moeten formeel worden overeengekomen met de waterbekkenautoriteiten, op basis van overleg met alle betrokken belanghebbenden.

Voor nieuwe installaties is de uitvoeringstijd gelijk aan die van de installaties waartoe zij behoren. Voor retrofits varieert het met de technologieën. Om een doorvoersysteem te vervangen, wijst een studie over de aanpassing van Californische kustenergiecentrales (Tetra Tech, 2008) op een uitvaltijd van de centrale (om het installeren en aansluiten van het nieuwe koelsysteem mogelijk te maken) van zes weken als een conservatieve schatting voor fossiele centrales, terwijl de aanpassing van het koelsysteem van kerncentrales tot 12 maanden kan duren vanwege hun technische complexiteit.

De levensduur is dezelfde als die van de elektriciteitscentrale waartoe de specifieke maatregel behoort. De levensduur van thermische installaties varieert met de technologie: kerncentrales, hoewel hun ontwerplevensduur doorgaans 40 jaar is, kunnen tot 70 jaar blijven functioneren (Scientific American, 2009),terwijl installaties voor fossiele brandstoffen tussen 25 en 50 jaar variëren (respectievelijk aardgas- en kolencentrales).