Zmniejszenie zużycia wody do chłodzenia elektrociepłowni

Zaangażowanie zainteresowanych stron jest ważną częścią procesu udzielania zezwoleń dla elektrowni, ale trudno jest ekstrapolować konsekwencje dla konkretnego elementu elektrowni. Wieże chłodnicze, które mogą mieć ponad 50 m wysokości, są prawdopodobnie jednym z najbardziej widocznych elementów zakładu, a zatem może istnieć lokalna opozycja wobec negatywnego wpływu estetycznego imponującej wieży na krajobraz. Można jednak wprowadzić środki łagodzące i kompensujące, na przykład poprzez zaprojektowanie i rozmieszczenie zakładu w celu zminimalizowania widoczności jego najważniejszej infrastruktury z pobliskich zamieszkałych obszarów lub poprzez przesiewanie go poprzez sadzenie drzew wokół zakładu lub budowanie sztucznych wzgórz (nasypów gleby), które wtapiają się w naturalny krajobraz i blokują widok zakładu. Społeczności lokalne mogą otrzymać bezpośrednią rekompensatę finansową za utratę dobrobytu spowodowaną skutkami estetycznymi lub można podjąć inne działania kompensacyjne, takie jak budowa infrastruktury użytecznej społecznie, takiej jak parki, szkoły itp.

Ponieważ warianty te ograniczają pobór wody z basenu, oczekuje się, że zainteresowane strony będą postrzegać je pozytywnie, opierając się na tych samych zasobach wodnych, co elektrownie wdrażające te środki. Wynikające z tego zmiany w prawach do korzystania z wód powinny zostać omówione przez wszystkie zainteresowane strony i odpowiednio uzgodnione z nimi oraz z organami zarządzającymi basenami wodnymi.

Chłodzenie wieży recyrkulacyjnej jest o około 40% droższe (USDOE, 2009) niż jednorazowe chłodzenie na mokro i może być stosowane tam, gdzie dostępność wody jest ograniczona lub należy zmniejszyć wpływ uwięzienia i uderzenia oraz wyładowań termicznych.

Obie opcje chłodzenia na sucho zapewniają znacznie większą elastyczność w lokalizacji nowych elektrowni, ponieważ stają się niezależne od dostępności dużej części wody. Główną wadą tej opcji są jej koszty ekonomiczne. W przypadku obu rodzajów chłodzenia na sucho wymiana ciepła jest znacznie mniej wydajna niż w przypadku opcji chłodzenia na mokro, a zatem wymaga bardzo dużych i złożonych mechanicznie instalacji chłodzących. Skutkuje to wyższymi kosztami. Działanie suchego systemu chłodzenia wymaga w rzeczywistości 1-1,5% mocy generowanej przez zakład, w porównaniu do 0,5% układu recyrkulacyjnego i praktycznie zera raz na przelot. Fizyka parowania zastosowana w mokrych wieżach chłodniczych pozwala w rzeczywistości na wydajniejszy transfer ciepła niż ten z pary lub wody do powietrza przez metalowe płetwy, a tym samym zwiększa całą wydajność techniczną i ekonomiczną zakładu. Należy zauważyć, że sprawność cieplna, a tym samym ekonomiczne warunki eksploatacji, różnią się w zależności od warunków klimatycznych lokalizacji elektrowni i mogą się znacznie różnić w całej Europie.

Wskazuje to na drugie, techniczne ograniczenie chłodzenia na sucho: w gorącym klimacie powietrze otoczenia o temperaturze powyżej 40 °C znacznie zmniejsza potencjał chłodzenia suchego systemu chłodzenia w porównaniu z systemem „mokrym”, który opiera swój potencjał na znacznie niższych temperaturach mokrej żarówki.

Możliwym wyjściem może być hybrydowy system suchy / recyrkulacyjny. Suche chłodzenie może być stosowane w warunkach niedoboru wody i może być połączone z ograniczonym wykorzystaniem recyrkulacyjnego systemu wieży chłodniczej w szczytowych temperaturach. System chłodzenia wieży recyrkulacyjnej może być również stosowany w okresach, w których występuje obfitość wody.

Dane liczbowe dotyczące kosztów różnią się oczywiście w zależności od specyficznych warunków każdego zakładu. Jednak ogólnie rzecz biorąc, US DOE (2009) donosi, że mokre recyrkulacyjne systemy chłodzenia są o 40% droższe niż systemy przelotowe, podczas gdy suche systemy chłodzenia są trzy do czterech razy droższe niż recyrkulacyjny mokry system chłodzenia. Obecnie systemy recyrkulacji na mokro są uważane za najlepszą dostępną technologię chłodzenia termicznego przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA), ponieważ minimalizują wpływ na ekosystemy wodne, jednocześnie utrzymując wzrost kosztów w przystępnej cenie.

Z drugiej strony zarówno systemy recyrkulacyjne, jak i suche praktycznie nie pobierają wody i nie mają wpływu na ekosystemy wodne, co może przynajmniej częściowo zrekompensować dodatkowe koszty kapitałowe i operacyjne, w szczególności w warunkach niedoboru wody spowodowanego zmianą klimatu.

Wybór systemu chłodzenia jest ważną częścią projektu elektrowni. Podlega procesom autoryzacji stosowanym w celu udzielenia pozwolenia na budowę i eksploatację elektrowni, które różnią się w zależności od kraju. Ponieważ suche systemy chłodzenia są mniej energooszczędne niż inne systemy chłodzenia, obecnie zajmują ostatnie miejsce w rankingu najlepszych dostępnych technologii chłodzenia w UE i są przewyższane przez recyrkulacyjne chłodzenie wieżowe. Chociaż nie wyklucza się stosowania chłodzenia na sucho, ogranicza się ono do miejsc o bardzo ograniczonych zasobach wodnych lub ze szczególnymi problemami środowiskowymi związanymi z wykorzystaniem wody.

W przypadku dużych jednostek należy również wziąć pod uwagę skutki dla bezpieczeństwa związane z usuwaniem ciepła rozpadu po awaryjnym wyłączeniu z utratą zasilania.

Zmiany umów o korzystanie z wód wynikające ze zmniejszonego zapotrzebowania na wodę w zakładach wdrażających te warianty powinny zostać formalnie uzgodnione z organami ds. basenów wodnych w oparciu o konsultacje ze wszystkimi zainteresowanymi stronami, których to dotyczy.

W przypadku nowych zakładów czas wdrożenia jest taki sam jak w przypadku zakładów, do których należą. W przypadku modernizacji różni się w zależności od technologii. Aby zastąpić system przejściowy, w badaniu dotyczącym modernizacji kalifornijskich elektrowni przybrzeżnych (TetraTech, 2008 r.) wskazano,że przestój elektrowni (aby umożliwić instalację i podłączenie nowego systemu chłodzenia) wynosi sześć tygodni, co jest ostrożnym szacunkiem dla elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi, podczas gdy modernizacja systemu chłodzenia elektrowni jądrowych może wymagać do 12 miesięcy ze względu na ich złożoność techniczną.

Okres eksploatacji jest taki sam jak w przypadku elektrowni, do której należy dany środek. Żywotność elektrowni cieplnych różni się w zależności od technologii: elektrownie jądrowe, chociaż ich projektowany okres eksploatacji wynosi zazwyczaj 40 lat, mogą funkcjonować do 70 lat (Scientific American, 2009), podczas gdy elektrownie wykorzystujące paliwa kopalne wahają się od 25 do 50 lat (odpowiednio elektrownie gazowe i węglowe).