Redusere vassforbruket for kjøling av termiske produksjonsanlegg

Den mest energieffektive måten å kjøle termiske anlegg på er å bruke det gjennomgåande systemet, der "vatn trekkjast ut frå nærliggande vassførekomstar, omdirigerast gjennom ein kondensator der den absorberer varme frå dampen og deretter sleppast attende til den opphavlege kilden ved høgare temperaturar. Fordi ein gong gjennom kjølesystemer ikkje resirkulerer kjølevatnet, fører dette til svært høge mengder dagleg vassuttak. Vassinntaksstrukturane ved kraftverk med ein gong gjennomkjøling kan drepe flere millionar fisk årleg, og termisk utslepp nedstraums kan òg skade vasslevande organismar, som påverkar heile akvatiske økosystemar. I tillegg gjer det store vassvolumet som krevst for å drive ein gong gjennom kjølesystemer kraftverk spesielt sårbare i tider med tørke og ekstrem varme "(NDRC 2014).

Resirkulering av tårnkjøling og tørrkjøling er alternative kjølealternativar som reduserer vassforbruket betydeleg samanlikna med eingongskjølesystemar.

Resirkulerande tårnkjøling føreset framleis eit inntak av vatn frå eksterne kilder, men mengda trekt tilbake er 95 % lågare enn i ein gong gjennomgåande kjølesystemer, med ein samanliknbar reduksjon av negative verknader på økosystemar. Vatn held fram med å sirkulere i systemet, absorberer varmen frå dampen som brukast til å generere straum gjennom ein kondensator, og frigjer den gjennom fordamping i eit kjøletårn. Men sidan kjøling føregår gjennom fordamping av ein brøkdel av vatnet trekt tilbake, kan resirkulerande våt kjøling framleis vere problematisk under forhold med alvorleg vassmangel.

Tørrkjøling er avhengig av luft som medium for varmeoverføring, i staden for fordamping frå kondensatorkrinsen. Dermed er vasstapet minimalt. Det er to grunnleggjande typar tørrkjølingsteknikkar tilgjengeleg. Direkte tørrkjøling brukar ein luftkjølt kondensator ganske mykje som i ein bil radiator. Det nyttar høg-flow tvinga luft gjennom eit system av finned røyr i kondensatoren der dampen sirkulerer. Den overfører dermed dampens varme direkte til omgivnadslufta. Kjøling av eit kraftverk på denne måten krev mindre enn 10 % av vatnet som brukast i eit tilsvarande våtkjølt anlegg. Kring 1-1,5 % av kraftverkets effekt forbrukast for å drive dei store vifta. Eit alternativt design inkluderer ein kondensatorkjølekrins som i våt resirkulerande kjøling, men vatnet som brukast er lukka og avkjølt av ein luftstraum gjennom finned røyr i eit kjøletårn. Varme overførast dermed til luft ved hjelp av ein prosess som er mindre effektiv enn våt kjøling, men betre på direkte tørrkjøling, då energiforbruket berre er 0,5 % av produksjonen. Ifølgje EIA var det 719 gjennomgåande systemer på plass, 819 resirkuleringssystemer, og berre 61 tørrkjøling og hybridsystemer installert i USA i 2012. I fråvær av analog informasjon for EU og føresett at omtrent same teknologimodeiningsnivå gjeld for elektrisitetssektoren i utvikla land, er det mogleg å anta at tørr-/hybridkjøling teljar mindre enn 4 % av alle kjølesystemer installert i termiske anlegg i EU.

NDRC, som tek som referanse eit konvensjonelt fødekraftverk, kvantifiserer vassforbruket av alternative kjølealternativar på to måtar: vassuttak, det vil seie kor mykje vatn som takast frå vassbassenget og deretter, moglegvis og delvis, returnerast til det; og vassforbruk, det vil seie kor mykje av vatnet som trekkast ut, omdannast til damp og dermed ikkje direkte returnerast til vassbassenget etter avkjøling. For tørre kjølesystemer utgjer dei begge 0 l/MWh. Krava til uttak av vatn for kjølesystemer med éin gjennomgåande og lukka syklus er høvesvis ca. 75.710 — 189.270 liter per megawatt-time (l/MWh) og 1,890 — 4,540 l/MWh. Vassforbruket gjev på den andre sida ca. 380 — 1 200 l/MWh for gjennomgåande drift og 1,820 — 4169 l/MWh for kjøling med lukka syklus. Dermed trekkjer ein gong gjennom systemer meir vatn frå vassbassenget, men returnerer òg meir vatn til det enn lukka syklussystemer. Det er imidlertid tilbaketrekkingsprosessen som gjev meir alvorlege negative effektar på miljøet, ved direkte å drepe elvefauna og ved å returnere vatn ved ein temperatur over dei økologisk ønskelege områda.

Interessentmedverknad er ein viktig del av godkjenningsprosessen for kraftproduksjonsanlegg, men det er vanskeleg å ekstrapolarar konsekvensane for ein bestemt del av anlegget. Kjøletårn, som kan vere over 50 m høge, er utan tvil ein av dei mest synlege komponentane i ein plante, og dermed kan det godt vere lokal motstand mot den negative estetiske effekten av eit imponerande tårn på eit landskap. Reduksjons- og kompensasjonstiltak kan imidlertid settast i verk, til dømes ved å designe og plassere anlegget for å minimere synlegheita av sine mest framtredande infrastrukturar frå nærliggande budde i område, eller ved å screening det ved å plante tre rundt anlegget og/eller ved å byggje kunstige åsar (jord berms) som blandar seg inn i det naturlege landskapet og blokkerer utsikta over anlegget. Lokalsamfunn kan vere direkte økonomisk kompensert for velferdstap forårsaka av dei estetiske verknader leid, eller andre kompenserande tiltak kan gjennomførast, til dømes å byggje sosialt nyttig infrastruktur som parkar, skular, etc.

Sidan desse alternativa reduserer vassuttak frå eit basseng, forventast dei å bli sett positivt av interessentar som er avhengige av dei same vassressursane som kraftverka som implementerer desse tiltaka. Dei resulterande endringane i vassbruksrettane bør diskuterast blant alle interessentar og avtales med dei og med vassbassengstyresmaktene tilsvarande.

Resirkulerande tårnkjøling er omtrent 40 % dyrare (US DOE, 2009) enn ein gong gjennom våt kjøling, og kan brukast der vasstilgjengelegheita er avgrensa eller verknaden av entrainment og impingement og termiske utslepp må reduserast.

Begge tørrkjølingsalternativane gjev mykje større fleksibilitet i plasseringa av nye kraftverk, då det vert uavhengig av tilgjengelegheita av ein stor vasskilde. Den største ulempa med dette alternativet ligg i dei økonomiske kostnadene. Med begge typar tørrkjøling er varmeoverføringa betydeleg mindre effektiv enn med "våte" kjølealternativar, og det krev derfor svært store og mekanisk komplekse kjøleanlegg. Dette resulterer i høgare kostnader. Drifta av eit tørrkjølesystem krev faktisk 1-1,5 % av krafta som genererast av anlegget, samanlikna med 0,5 % av eit resirkuleringssystem og nesten null for ein gong gjennom. Fysikken til fordamping som brukast i våte kjøletårn tillet faktisk ei meir effektiv overføring av varme enn den frå damp eller vatn til luft via metallfinnar, og aukar dermed heile anleggets tekniske og økonomiske effektivitet. Vêr merksam på at termisk effektivitet og derfor økonomiske driftsforhold varierer med klimatiske forhold for anleggets plassering, og kan vere betydeleg forskjellig over heile Europa.

Dette peikar på ei anna teknisk begrensning av tørrkjøling: I eit varmt klima reduserer omgivnadsluft med temperaturar over 40 °C kjølepotensialet til eit tørrkjølesystem betydeleg, samanlikna med eit «våt» system, som baserer potensialet på mykje lågare våte pæretemperaturar.

Ein mogleg veg ut kan vera eit hybrid tørr/resirkulerande system. Tørrkjøling kan brukast i ein tilstand av vassmangel og kan kombinerast med ein avgrensa bruk av eit resirkulerande kjøletårnsystem når temperaturen er topp. Det resirkulerande tårnkjølesystemet kan òg brukast i periodar der det er rikeleg med vatn.

Kostnadstala varierer openbert med dei spesifikke tilhøva til kvart anlegg. Men generelt US DOE (2009) rapporterer at våte resirkulerande kjølesystemer er 40 % dyrare enn pass-through-systemer, medan tørre kjølesystemer er tre til fire gonger dyrare enn eit resirkulerande vått kjølesystem. For augneblinken anses våte resirkuleringssystemer som den beste tilgjengelege teknologien for termisk anleggskjøling av US Environmental Protection Agency (EPA), fordi dei minimerer verknaden på vassøkosystemer samstundes som auken i kostnadene er rimelege.

På plussiden har både resirkulerande og tørre systemar praktisk talt ingen inntak av vatn og ingen innverknad på vassøkosystemer, noko som i det minste delvis kan kompensere for dei ekstra kapital- og driftskostnadane, særleg i forhold til vassmangel forårsaka av klimaendringar.

Val av kjølesystem er ein viktig del av utforminga av eit kraftverk. Det er underlagt autorisasjonsprosessane som brukast for å gje tillating til å byggje og drive kraftverk, som varierer frå land til land. Sidan tørrkjølesystemar er mindre energieffektive enn andre kjølesystemer, rangerer dei for augneblinken sist i rekkjefølgja av EUs beste tilgjengelege teknologiar for kjøling, og er overgått av resirkulerande tårnkjøling. Sjølv om bruk av tørrkjøling ikkje er utelukka, er det avgrensa til stader med svært avgrensa vassressursar eller med spesielle miljøomsyn knytte til vassbruk.

For store einingar bør tryggingskonsekvensar ved fjerning av forfallsvarme etter ei naudavstenging med tap av straum også vurderast.

Endringar i avtalar om bruk av vatn som følgje av dei reduserte vassbehova til anlegg som gjennomfører desse alternativa, bør formelt avtales med styresmaktene i vassbassenget på grunnlag av samråd med alle råka partar.

For nye anlegg er implementeringstida den same som for plantene dei tilhøyrer. For ettermonteringar varierer det med teknologiane. For å erstatte eit pass-through-system, indikerer ein studie om ettermontering av kaliforniske kystkraftverk (Tetra Tech, 2008) ei nedetid på anlegget (for å tillate installasjon og tilkopling av det nye kjølesystemet) på seks veker som eit konservativt estimat for fossile planter, medan ettermontering av kjølesystemet til kjernekraftverk kan krevje opptil 12 månader på grunn av deira tekniske kompleksitet.

Levetida er den same som for elektrisitetsproduksjonsanlegget som det bestemte tiltaket tilhøyrer. Levetida til termiske anlegg varierer med teknologien: Kjernekraftverk, sjølv om deira designlevetid vanlegvis er 40 år, kan halde fram med å fungere opp til 70 år (Scientific American, 2009), medan fossile brenselsanlegg varierer mellom 25 og 50 år (høvesvis naturgass- og fødekraftverk).