Старые электростанции с прямоточными системами охлаждения вырабатывают около трети всей электроэнергии в США, но их будущие генерирующие мощности будут подорваны засухами и повышением температуры воды, связанным с изменением климата. Эти воздействия будут усугубляться экологическими нормами, ограничивающими использование воды.
Решение состоит в том, чтобы не отменять правила, показывает новое исследование Университета Дьюка. Это списание старых систем охлаждения.
«Если мы хотим иметь надежное электроснабжение и в то же время защищать озера и реки, которые обеспечивают электростанции охлаждающей водой, нам необходимо модернизировать электростанции рециркуляционными системами охлаждения», - сказал Линкольн Ф. Пратсон., семейный профессор энергетики и окружающей среды Генделла в Школе окружающей среды Герцога Николая.
Новое исследование показывает, что если поверхностные воды прогреются на 3 градуса по Цельсию, а сток рек упадет на 20 процентов - и то, и другое вероятно к концу века, - последствия, связанные с засухой, составят около 20 процентов всего сокращения пропускной способности. на тепловых электростанциях с прямоточной или разомкнутой системой охлаждения. Эти сокращения включают сокращение мощностей или остановки, которые могут произойти, когда местный уровень поверхностных вод падает на водозаборных сооружениях завода.
Экологические нормы, которые регулируют использование воды заводом и максимальную температуру использованной охлаждающей воды, которую он может сбрасывать обратно в реки или озера, будут составлять большую часть оставшихся 80 процентов будущих отключений и сокращений мощностей, сказал Пратсон.
«Удивительно, что последствия засухи будут намного сильнее, чем последствия более высоких температур, на которые, по нашим оценкам, будет приходиться немногим более 2 процентов сокращения», - сказала Кэндис Л. Генри, выпускница докторской диссертации 2018 года. Duke's Nicholas School, которая руководила исследованием в рамках своей докторской диссертации. «Но также удивительно, что воздействие засухи будет намного меньше, чем воздействие регулирующих органов».
"К счастью, почти все эти последствия можно смягчить, перейдя на рециркуляционные системы охлаждения", - сказал Генри.
Теплоэлектростанции используют паровые турбины для выработки энергии. После того, как пар прошел через турбины, он должен быть охлажден. Прямоточные системы делают это, забирая холодную воду из близлежащих рек или озер, циркулируя по трубам для поглощения тепла пара и выпуская нагретую воду обратно в реку или озеро..
В рециркуляционных системах вода из градирни используется для поглощения тепла пара, а затем направляется обратно в градирню, где тепло выделяется путем испарения. Заводы с этим типом системы не сбрасывают нагретую воду в поверхностные воды и должны только возмещать часть их охлаждающей воды, которая теряется в результате испарения, что делает их менее уязвимыми для воздействия засухи и экологических норм..
В настоящее время предприятиям довольно часто предоставляется временное освобождение от правил, регулирующих максимально допустимую температуру сбрасываемой воды, но если правила станут более строгими при будущих администрациях, мы можем увидеть больше сокращений или остановов когда- через электростанции», - сказал Генри, который в настоящее время является исследователем с докторской степенью в Научном институте Карнеги при Стэнфордском университете.
Она и Пратсон опубликовали результаты своей экспертной оценки 8 марта в журнале Environmental Science & Technology.
Для проведения своего исследования они проанализировали эксплуатационные и метеорологические данные за семь лет для 52 электростанций в восточной части США с прямоточными системами охлаждения. Используя модель производства электроэнергии, они прочесали данные, охватывающие период с 2007 по 2014 год, когда сильные засухи затронули большую часть юго-востока, чтобы отследить, как почасовые изменения местной температуры воды и расхода воды повлияли на максимальную выходную мощность каждой электростанции.
Запустив модель в семи различных сценариях водообеспеченности и температуры, они смогли определить, какой процент общих изменений в генерирующих мощностях был вызван повышением температуры воды, а какой - снижением расхода воды и насколько это было связано с соблюдением нормативных требований. Используя прогнозы тенденций потепления и стока воды на предстоящее столетие, они оценили вероятное воздействие каждого фактора в будущем.
«Прошлые исследования объединяли воздействие засухи, температуры воды и регулирования окружающей среды», - отметил Пратсон. «Разъединяя их, мы получаем гораздо более четкое представление о том, какими будут большие угрозы и что мы можем сделать, чтобы смягчить их».
Тот факт, что последствия засухи будут намного больше, чем последствия, вызванные более теплой водой, подчеркивает необходимость уделять приоритетное внимание стратегиям смягчения последствий, которые сосредоточены на расходе воды, сказал он. Помимо установки рециркуляционных систем охлаждения, эти стратегии включают установку прудов для хранения запасов охлаждающей воды; размещение новых растений на больших водоемах; и внедрение более строгих планов управления водосборными бассейнами для регулирования использования воды всеми пользователями, расположенными на реке или озере.