Minska vattenförbrukningen för kylning av värmekraftverk

Berörda parters deltagande är en viktig del av tillståndsförfarandet för elproduktionsanläggningar, men det är svårt att extrapolera konsekvenserna för en viss del av anläggningen. Kyltorn, som kan vara över 50 m höga, är utan tvekan en av de mest synliga komponenterna i en anläggning, och därmed kan det mycket väl finnas lokalt motstånd mot de negativa estetiska effekterna av ett imponerande torn på ett landskap. Begränsnings- och kompensationsåtgärder kan dock vidtas, till exempel genom att utforma och placera anläggningen för att minimera synligheten för dess mest framträdande infrastruktur från närliggande bebodda områden, eller genom att sålla den genom att plantera träd runt anläggningen och/eller genom att bygga konstgjorda kullar (jordbjälkar) som smälter in i det naturliga landskapet och blockerar anläggningens utsikt. Lokalsamhällen kan få direkt ekonomisk ersättning för den välfärdsförlust som orsakas av de estetiska effekterna, eller så kan andra kompensationsåtgärder vidtas, såsom att bygga socialt användbar infrastruktur som parker, skolor osv.

Eftersom dessa alternativ minskar vattenuttagen från ett avrinningsområde förväntas de ses positivt av de berörda parter som är beroende av samma vattenresurser som de kraftverk som genomför dessa åtgärder. De ändringar av vattenanvändningsrättigheterna som blir följden bör diskuteras mellan alla berörda parter och överenskommas med dem och med myndigheterna för avrinningsområden i enlighet med detta.

Återcirkulerande tornkylning är cirka 40% dyrare (USDOE, 2009) än en gång genom våtkylning och kan tillämpas där vattentillgången är begränsad eller effekten av inblandning och impingement och termiska utsläpp måste minskas.

Båda torrkylningsalternativen ger mycket större flexibilitet i placeringen av nya kraftverk, eftersom det blir oberoende av tillgången på en stor vattenförekomst. Den största nackdelen med detta alternativ ligger i dess ekonomiska kostnader. Med båda typerna av torrkylning är värmeöverföringen betydligt mindre effektiv än med ”våta” kylalternativ, och därför krävs mycket stora och mekaniskt komplexa kylanläggningar. Detta leder till högre kostnader. Driften av ett torrt kylsystem kräver i själva verket 1–1,5 % av den kraft som genereras av anläggningen, jämfört med 0,5 % av ett återcirkulerande system och praktiskt taget noll för en gång genom. Fysiken för avdunstning som tillämpas i våta kyltorn möjliggör faktiskt en effektivare överföring av värme än den från ånga eller vatten till luft via metallfenor, och därmed ökar hela anläggningens tekniska och ekonomiska effektivitet. Observera att värmeeffektiviteten och därmed de ekonomiska driftsförhållandena varierar med klimatförhållandena där anläggningarna är belägna och kan variera avsevärt mellan olika delar av Europa.

Detta pekar på en andra teknisk begränsning av torrkylning: I ett varmt klimat minskar omgivningsluft med temperaturer över 40 °C avsevärt kylpotentialen hos ett torrt kylsystem jämfört med ett ”vått” system, som baserar sin potential på mycket lägre våttemperaturer.

En möjlig väg ut kan vara en hybrid torr / recirkulerande system. Torrkylning kan användas vid vattenbrist och kan kombineras med en begränsad användning av ett recirkulerande kyltornssystem när temperaturen är som högst. Det recirkulerande tornkylsystemet kan också användas under perioder där det finns ett överflöd av vatten.

Kostnadssiffrorna varierar naturligtvis med de specifika förhållandena för varje anläggning. Men i allmänhet US DOE (2009) rapporterar att våta recirkulerande kylsystem är 40% dyrare än pass-through system, medan torra kylsystem är tre till fyra gånger dyrare än ett recirkulerande vått kylsystem. För närvarande anses våta recirkulerande system vara den bästa tillgängliga tekniken för kylning av termiska anläggningar av US Environmental Protection Agency (EPA), eftersom de minimerar påverkan på vattenekosystem samtidigt som kostnadsökningen hålls överkomlig.

På plussidan har både recirkulerande och torra system praktiskt taget inget vattenintag och ingen inverkan på vattenekosystemen, vilket åtminstone delvis kan kompensera för de extra kapital- och driftskostnaderna, särskilt under förhållanden med vattenbrist till följd av klimatförändringarna.

Valet av kylsystem är en viktig del av ett kraftverks utformning. Det är föremål för de tillståndsförfaranden som tillämpas för att bevilja tillstånd att bygga och driva kraftverk, vilket varierar från land till land. Eftersom torra kylsystem är mindre energieffektiva än andra kylsystem rankas de för närvarande sist i rangordningen av EU:s bästa tillgängliga teknik för kylning, och rankas överlägset av återcirkulerande tornkylning. Användningen av torrkylning är inte utesluten, men den är begränsad till platser med mycket begränsade vattenresurser eller med särskilda miljöproblem i samband med vattenanvändning.

För stora enheter bör säkerhetskonsekvenserna när det gäller avlägsnande av sönderfallsvärme efter en nödavstängning med strömavbrott också beaktas.

Ändringar av avtal om vattenanvändning till följd av de minskade vattenbehoven hos anläggningar som genomför dessa alternativ bör formellt överenskommas med vattendistriktsmyndigheterna, på grundval av samråd med alla berörda parter.

För nya anläggningar är genomförandetiden densamma som för de anläggningar som de tillhör. För retrofits varierar det med tekniken. För att ersätta ett genomströmningssystem visar en studie om eftermontering av kaliforniska kustkraftverk (TetraTech, 2008)en nedtid på sex veckor för anläggningen (för att möjliggöra installation och anslutning av det nya kylsystemet) som en försiktig uppskattning för fossila anläggningar, medan eftermontering av kärnkraftverkens kylsystem kan ta upp till 12 månader på grund av deras tekniska komplexitet.

Livslängden är densamma som för den elproduktionsanläggning som den specifika åtgärden tillhör. Livslängden för termiska anläggningar varierar med tekniken: Kärnkraftverk, även om deras konstruktionslivslängd normalt är 40 år, kan fortsätta att fungera i upp till 70 år (Scientific American, 2009), medan anläggningar för fossila bränslen varierar mellan 25 och 50 år (naturgas- respektive kolkraftverk).