Termik üretim tesislerinin soğutulması için su tüketiminin azaltılması

Termik santralleri soğutmanın en enerji tasarruflu yolu, "su yakındaki su kütlelerinden çekilir, buhardan ısıyı emdiği bir kondenserden yönlendirilir ve daha sonra daha yüksek sıcaklıklarda orijinal kaynağına geri boşaltılır. Bir kez soğutma sistemleri soğutma suyunu geri dönüştürmediğinden, bu çok yüksek miktarda günlük su çekilmesine yol açar. Bir kez soğutmalı enerji santrallerindeki su emme yapıları yılda birkaç milyon balığı öldürebilir ve akış aşağısındaki termal deşarj da tüm su ekosistemlerini etkileyerek sudaki organizmalara zarar verebilir. * Ek olarak, bir kez soğutma sistemlerini çalıştırmak için gereken büyük hacimli su, enerji santrallerini özellikle kuraklık ve aşırı ısı zamanlarında savunmasız hale getirir” (NDRC 2014).

Devridaim kulesi soğutma ve kuru soğutma, bir kerelik soğutma sistemlerine kıyasla su kullanımını önemli ölçüde azaltan alternatif soğutma seçenekleridir.

Devridaim kulesi soğutması hala dış kaynaklardan su alımını öngörüyor, ancak çekilen miktar, bir kerelik soğutma sistemlerinden% 95 daha düşük ve ekosistemler üzerindeki olumsuz etkilerin karşılaştırılabilir bir şekilde azaltılmasıyla. Su, sistemde dolaşmaya devam eder, bir kondansatör aracılığıyla güç üretmek için kullanılan buhardan gelen ısıyı emer ve bir soğutma kulesi içindeki buharlaşma yoluyla serbest bırakır. Bununla birlikte, soğutma, çekilen suyun bir kısmının buharlaştırılmasıyla gerçekleştiğinden, devridaim ıslak soğutma, ciddi su kıtlığı koşullarında hala sorunlu olabilir.

Kuru soğutma, kondenser devresinden buharlaşma yerine ısı transferi aracı olarak havaya dayanır. Sonuç olarak, su kayıpları minimumdur. İki temel kuru soğutma tekniği vardır. Doğrudan kuru soğutma, bir otomobil radyatöründe olduğu gibi hava soğutmalı bir kondenser kullanır. Buharın içinde dolaştığı kondenserdeki kanatlı tüplerden oluşan bir sistem aracılığıyla yüksek akışlı zorla hava kullanır. * Böylece steam’s ısısını doğrudan ortam havasına aktarır. Bir enerji santralinin bu şekilde soğutulması, eşdeğer bir ıslak soğutmalı tesiste kullanılan suyun% 10'undan daha azını gerektirir. Güç istasyonunun çıkışının yaklaşık% 1-1,5'i büyük fanları itmek için tüketilir. Alternatif bir tasarım, ıslak devridaim soğutmasında olduğu gibi bir kondenser soğutma devresi içerir, ancak kullanılan su, bir soğutma kulesindeki kanatlı tüplerden geçen bir hava akışı ile kapatılır ve soğutulur. Böylece ısı, ıslak soğutmadan daha az verimli bir işlemle havaya aktarılır, ancak enerji kullanımı çıkışın sadece% 0,5'i olduğu için doğrudan kuru soğutmada iyileştirilir. EIA'ya göre, 2012 yılında ABD'de 719 kez geçişli sistem, 819 devridaim sistemi ve sadece 61 kuru soğutma ve hibrit sistem kuruldu. AB için benzer bilgilerin yokluğunda ve gelişmiş ülkelerde elektrik sektörü için kabaca aynı teknoloji olgunluk seviyelerinin geçerli olduğunu varsayarsak, AB'deki termik santrallerde kurulu tüm soğutma sistemlerinin% 4'ünden daha azının kuru / hibrit soğutma olduğunu varsaymak mümkündür.

NDRC, geleneksel bir kömür yakıtlı enerji santralini referans alarak, alternatif soğutma seçeneklerinin su kullanımını iki şekilde ölçer: su çekme, yani su havzasından ne kadar su alınır ve daha sonra muhtemelen ve kısmen ona geri verilir; ve su tüketimi, yani çekilen suyun ne kadarının buhara dönüştürüldüğü ve dolayısıyla soğuduktan sonra doğrudan su havzasına geri dönmediği. Kuru soğutma sistemleri için her ikisi de 0 l/MWh'dir. * Bir kez soğutma ve kapalı çevrim soğutma sistemleri için su çekme gereksinimleri sırasıyla megawatt-saat (l/MWh) başına yaklaşık 75.710 - 189.270 litre ve 1.890 – 4.540 l/MWh'dir. * Su tüketimi, bir kerede 380 – 1,200 l/MWh ve kapalı çevrim soğutma için 1.820 – 4,169 l/MWh ile sonuçlanır. Bu nedenle, bir kez geçişli sistemler su havzasından daha fazla su çeker, ancak aynı zamanda kapalı çevrim sistemlerden daha fazla su geri getirir. Bununla birlikte, nehir faunasını doğrudan öldürerek ve suyu ekolojik olarak arzu edilen aralıkların üzerindeki bir sıcaklıkta geri döndürerek çevre üzerinde daha ciddi olumsuz etkilere neden olan geri çekilme sürecidir.

Paydaş katılımı, elektrik üretim tesisleri için yetkilendirme sürecinin önemli bir parçasıdır, ancak tesisin belirli bir bileşeni için etkileri tahmin etmek zordur. 50 m'den yüksek olabilen soğutma kuleleri, tartışmasız bir bitkinin en görünür bileşenlerinden biridir ve bu nedenle heybetli bir kulenin bir manzara üzerindeki olumsuz estetik etkisine yerel muhalefet olabilir. Bununla birlikte, örneğin, en önemli altyapılarının yakındaki yerleşim alanlarından görünürlüğünü en aza indirmek için bitkinin tasarlanması ve oturtulması veya bitkinin etrafına ağaç dikerek ve / veya doğal manzaraya karışan yapay tepeler (toprak kenarları) inşa ederek taranması gibi hafifletme ve tazminat önlemleri alınabilir. bitkinin görünümünü engelleyin. Yerel topluluklar, maruz kaldıkları estetik etkilerin neden olduğu refah kaybı için doğrudan finansal olarak telafi edilebilir veya parklar, okullar vb. gibi sosyal açıdan yararlı altyapılar oluşturmak gibi diğer telafi edici eylemler gerçekleştirilebilir.

Bu seçenekler bir havzadan su çekilmesini azalttığından, bu önlemleri uygulayan enerji santralleri ile aynı su kaynaklarına güvenen paydaşlar tarafından olumlu görülmesi beklenmektedir. Su kullanım haklarında ortaya çıkan değişiklikler tüm paydaşlar arasında tartışılmalı ve bu doğrultuda onlarla ve su havzası yetkilileriyle mutabık kalınmalıdır.

Devridaim kulesi soğutması, bir kereye mahsus ıslak soğutmaya göre yaklaşık% 40 daha pahalıdır (US DOE, 2009) ve su mevcudiyetinin sınırlı olduğu veya sürüklenme ve çarpma ve termal deşarjların etkisinin azaltılması gereken yerlerde uygulanabilir.

Her iki kuru soğutma seçeneği de, büyük bir su kütlesinin mevcudiyetinden bağımsız hale geldiğinden, yeni enerji santrallerinin konumunda çok daha fazla esneklik sağlar. Bu seçeneğin en büyük dezavantajı ekonomik maliyetlerinde yatmaktadır. * Her iki tip kuru soğutmada, ısı transferi “wet” soğutma seçeneklerine göre önemli ölçüde daha az verimlidir ve bu nedenle çok büyük ve mekanik olarak karmaşık soğutma tesisleri gerektirir. Bu daha yüksek maliyetlerle sonuçlanır. Kuru bir soğutma sisteminin çalışması, aslında bir devridaim sisteminin% 0,5'ine ve bir kez için neredeyse sıfıra kıyasla, tesis tarafından üretilen gücün% 1-1,5'ini gerektirir. Islak soğutma kulelerinde uygulanan buharlaşma fiziği, aslında ısının buhardan veya sudan metal kanatçıklar yoluyla havaya daha verimli bir şekilde aktarılmasını sağlar ve bu nedenle tesisin tüm teknik ve ekonomik verimliliğini arttırır. Termal verimliliğin ve dolayısıyla ekonomik çalışma koşullarının, tesislerin bulunduğu yerin iklim koşullarına göre değiştiğini ve Avrupa genelinde önemli ölçüde farklı olabileceğini unutmayın.

Bu, kuru soğutmanın ikinci bir teknik sınırlamasına işaret eder: * Sıcak bir iklimde, 40 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklara sahip ortam havası, potansiyelini çok daha düşük ıslak ampul sıcaklıklarına dayandıran bir “wet” sistemine kıyasla, kuru bir soğutma sisteminin soğutma potansiyelini önemli ölçüde azaltır.

Olası bir çıkış yolu melez bir kuru / devridaim sistemi olabilir. Kuru soğutma, su kıtlığı durumunda kullanılabilir ve sıcaklıklar en yüksek olduğunda devridaim soğutma kulesi sisteminin sınırlı bir kullanımı ile birleştirilebilir. Devridaim kulesi soğutma sistemi, suyun bol olduğu dönemlerde de kullanılabilir.

Maliyet rakamları açıkça her tesisin özel koşullarına göre değişir. Bununla birlikte, genel olarak US DOE (2009), ıslak devridaimli soğutma sistemlerinin doğrudan geçişli sistemlerden% 40 daha pahalı olduğunu, kuru soğutma sistemlerinin ise devridaimli bir ıslak soğutma sisteminden üç ila dört kat daha pahalı olduğunu bildirmektedir. Şu anda, ıslak devridaim sistemleri, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından termal tesis soğutması için Mevcut En İyi Teknoloji olarak kabul edilmektedir, çünkü maliyetlerdeki artışı uygun fiyatlı tutarken su ekosistemleri üzerindeki etkiyi en aza indirirler.

Artı tarafta, hem devridaim hem de kuru sistemlerin neredeyse hiç su alımı yoktur ve su ekosistemleri üzerinde hiçbir etkisi yoktur, bu da özellikle iklim değişikliğinin neden olduğu su kıtlığı koşullarında, en azından ekstra sermaye ve işletme maliyetlerini kısmen telafi edebilir.

* Soğutma sisteminin seçimi, bir enerji santrali ’s tasarımının önemli bir parçasıdır. Ülkeden ülkeye değişen enerji santralleri kurma ve işletme izni vermek için uygulanan yetkilendirme süreçlerine tabidir. Kuru soğutma sistemleri diğer soğutma sistemlerinden daha az enerji verimli olduğundan, şu anda soğutma için AB En İyi Mevcut Teknolojiler sıralamasında son sırada yer alıyorlar ve devridaim kulesi soğutması ile geride kalıyorlar. Kuru soğutma kullanımı hariç tutulmamakla birlikte, çok kısıtlı su kaynaklarına sahip veya su kullanımıyla ilgili belirli çevresel endişeleri olan yerler ile sınırlıdır.

Büyük üniteler için, güç kaybı ile acil bir kapanmadan sonra çürüme ısısının giderilmesiyle ilgili güvenlik etkileri de dikkate alınmalıdır.

Bu seçenekleri uygulayan tesislerin su ihtiyaçlarının azaltılmasından kaynaklanan su kullanım anlaşmalarındaki değişiklikler, etkilenen tüm paydaşlarla yapılan istişarelere dayanarak su havzası yetkilileriyle resmi olarak kararlaştırılmalıdır.

Yeni bitkiler için uygulama süresi, ait oldukları bitkilerle aynıdır. Yenilemeler için, teknolojilere göre değişir. Geçmeli bir sistemi değiştirmek için, Kaliforniya kıyı enerji santrallerinin güçlendirilmesi üzerine yapılan bir çalışma (Tetra Tech, 2008), fosil santraller için muhafazakar bir tahmin olarak altı haftalık bir santralin kapalı kalma süresini (yeni soğutma sisteminin kurulmasına ve bağlanmasına izin vermek için) gösterirken, nükleer santrallerin soğutma sisteminin güçlendirilmesi teknik karmaşıklıklarından dolayı 12 aya kadar sürebilir.

Ömür, belirli ölçünün ait olduğu elektrik üretim tesisi ile aynıdır. Termik santrallerin ömrü teknolojiye göre değişir: Nükleer santraller, tasarım ömürleri tipik olarak 40 yıl olmasına rağmen, 70 yıla kadar çalışmaya devam edebilir (Bilimsel Amerikan, 2009), fosil yakıt santralleri ise 25 ila 50 yıl arasında değişir (sırasıyla doğal gaz ve kömür santralleri).