Chladící vody pro tepelné elektrárny je dodávka, která umožňuje tepelné elektrárny uzavřít svůj přestup tepla obvod, který působí. Tato průmyslová voda představuje studený zdroj termodynamického cyklu jejich primárních a případně sekundárních okruhů .
Některé chladicí systémy odebírají vodu z jezera, potoka, vodonosné vrstvy nebo oceánu a po částečném odpaření většinu z nich vracejí ke zdroji při vyšší teplotě. Takovéto chladicí systémy s otevřeným okruhem (nebo průchozí) mají vysoké odběry, ale nízkou spotřebu a vytvářejí teplotní rozdíl mezi přívodem vody a vratnou vodou o několik stupňů.
Jiná zařízení používají chladicí systémy s uzavřeným okruhem (nebo recirkulaci nebo uzavřenou smyčku), které vyžadují mnohem nižší odběry než systémy s otevřeným okruhem.
Odběry určené k chlazení představují: ve Francii téměř 60% celkových odběrů sladké vody v zemi (OECD 2012), ve Spojených státech téměř 40%, v Belgii 57%, v Německu 65,3% a ve Spojeném království - Spojené království 21,2%. Výroba primární energie a výroba elektřiny představují přibližně 10% celkového světového příjmu vody a přibližně 3% celkové spotřeby vody. Spotřeba vody v tepelných elektrárnách se stává hlavním problémem v regionech, kde je voda omezená a kde je vysoká konkurence mezi uživateli. Je to faktor, který je třeba vzít v úvahu při zajišťování energetické a vodní bezpečnosti v nadcházejících desetiletích.
Viditelným projevem vody používané v elektrárně je řeka nebo moře, na jehož okraji jsou plamenové nebo jaderné elektrárny postaveny pro jejich chlazení, nebo oblak páry unikající z chladicích věží. Chlazení je zdaleka největším využitím vody v elektrárnách, které ochlazují tok opouštějící turbínu.
Parní zařízení zahrnuje různé vodní okruhy, které musí projít odlišným zpracováním před a za. Vnější chladicí voda musí být filtrována a chemicky upravována, aby se zabránilo různým obtížím způsobeným biologickým znečištěním , usazováním vodního kamene , korozí a patogenními mikroorganismy, které se vyvíjejí v horké vodě (legionella a améba); voda v parním okruhu je chemicky ošetřena proti usazování vodního kamene, korozi a patogenním mikroorganismům. Tato chemická ošetření se vyskytují v řece a vypouštění tohoto typu je regulováno předpisy.
Vody používané v jaderných elektrárnách a elektrárnách na fosilní paliva jsou většinou totožné. Největší rozdíl mezi plamenem a jadernými elektrárnami je voda ve styku s jaderným palivem . V terminologii vody v jaderném sektoru se tato voda označuje jako lehká voda v lehkovodním reaktoru - velmi čistá voda sloužící jako chladivo a moderátor - a těžká voda v tlakovodním těžkovodním reaktoru . (Lehká) voda používaná v tlakovodním reaktoru (PWR) je doplněna kyselinou boritou, jejímž cílem je posílit moderátorskou roli vody. Tato voda je při vypouštění z primárního sektoru považována za radioaktivní odpad a veškeré vypouštění do vod řeky je přísně kontrolováno.
Použití vody v tepelných elektrárnách má dvě složky: stažení a spotřeby. Odstranění vody se provádí za účelem odstranění vody z místního zdroje vody. Odčerpaná voda může, ale nemusí být vrácena ke zdroji nebo dána k dispozici jinde. Spotřeba vody , která odpovídá množství vody ztrácí odpařováním během procesu ochlazování.
Některé elektrárny, zvané „ otevřený okruh “, používají chladicí systémy, které odebírají vodu z jezera, potoka, vodonosné vrstvy nebo oceánu a po odpaření části této vody ji při teplotách několika stupně vyšší. Takové systémy, známé také jako „ průchozí chladicí systémy “, mají vysoké výběry, ale relativně nízkou spotřebu. Naopak rostliny využívající recirkulační systémy nebo systémy s uzavřenou smyčkou odstraňují podstatně méně vody, ale spotřebovávají většinu nebo celou vodu. Zařízení s otevřeným okruhem o výkonu 1300 MW tedy čerpá 50 m 3 / s , zatímco pro zařízení s uzavřeným okruhem postačují 2 m 3 / s .
Odběry vody a spotřeba na kilowatthodinu čisté výroby elektřiny ukazují velkou variabilitu mezi různými elektrárnami používajícími stejný typ chladicích systémů. Například spotřeba vody je vyšší během špiček používání, když zařízení pracuje na nízké úrovni využití kapacity. Spotřebu lze ovlivnit také podnebím, ročním obdobím a dalšími faktory, jako je stáří zařízení, jeho tepelná účinnost, stáří chladicího systému a zdroje vody.
Snížení odběru nabízené recirkulačními systémy, ale odpovídající zvýšení spotřeby, může být pro povodí prospěšné, ale může způsobit znepokojení v oblasti, kde již chybí voda.
Několik čísel zdůrazňuje odběry vody a spotřebu určitých elektráren:
Konvenční jednosměrné nebo recirkulační mokré chladicí systémy mohou být přirozený tah nebo indukovaný tah a křížový nebo protiproud. (V angličtině protiproud ). Používají buď stříkající nebo filmové výplně . Suché chladicí systémy jsou naproti tomu nepřímé nebo přímé.
V uzavřených smyčkových systémech s chladicími věžemi se do chladicího systému recykluje velké množství vody. Hlavním problémem je kvalita vody, aby se zabránilo tvorbě vodního kamene z chladicího systému a úniku par z chladicích věží .
Existuje několik způsobů, jak navrhnout mokrou chladicí věž. U mechanických tažných věží je vzduch věží tažen velkými ventilátory. Věže s přirozeným tahem jsou velké hyperbolické struktury, které čerpají vzduch skrz věž komínovým efektem s výhodou snížení nákladů na provoz a údržbu. Jejich použití ve Spojených státech bylo omezeno na velmi velké uhelné a jaderné jednotky.
Asi 2% chladicí vody se ztrácí v důsledku odpařování ve vzduchové chladicí věži typu s mechanickým tahem, což vyžaduje nepřetržité doplňování doplňovací vody. Toto odpařování vede k akumulaci pevných látek v cirkulační vodě, část vody je evakuována ve formě „čištění“, aby se omezila koncentrace těchto pevných látek a zabránilo se tvorbě vodního kamene a korozi, která by mohla bránit přenosu tepla.
Většina chemikálií používaných v parních a chladicích systémech provozovaného tlakovodního reaktoru se používá přesně ke stejným účelům a v podobných množstvích jako v elektrárnách na fosilní paliva. Úpravy se skládají hlavně z: mechanické filtrace chladicí vody, ošetření biocidy a inhibitorů koroze . Voda v chladicím okruhu musí mít specifické vlastnosti, které zabrání usazování kondenzátoru a vzduchových chladicích věží. Chemikálie používané v sekundárním okruhu par jsou obvykle hydrazin (k odstranění kyslíku z vody) a amoniak / aminy (ke kontrole pH); hlavní vnější chladicí okruh může vyžadovat dávku biocidů, obvykle chloru. Existují také další menší systémy, jako jsou čistírny vody a čistírny odpadních vod, které používají a případně uvolňují řadu chemikálií, především do vody. Sizewell B (Sizewell Nuclear Power Plant) je jediný závod PWR, který je v současné době v provozu ve Velké Británii. Údaje o vypouštění ukazují, že na výstupu z hlavního proudu chladicí vody je přítomen pouze zbytkový chlór v koncentracích trvale vyšších než na vstupu, ale v mezích povolení vypouštění. Vypouštění z vodních elektráren je různých typů: tepelné vypouštění - průtočné elektrárny ohřívají říční vodu - chemické vypouštění - biocidy a do řeky jsou vypouštěny inhibitory koroze -; chemické uvolňování vyvolané ošetřením proti patogenním mikroorganismům, amébám a legionelám.
Níže uvedené chemikálie jsou ty, které lze očekávat při úniku z elektrárny na fosilní paliva stejným způsobem jako v (sekundárním) parním okruhu nebo vnějším chladicím okruhu vodního reaktoru .
Filtrace chladicí vodySíta a další mechanická zařízení se používají k vyloučení větší bioty z chladicích systémů. Menší organismy nebo planktonické materiály jsou příliš malé na to, aby byly mechanicky vyloučeny, ale jakmile vstoupí do systémů, mohou kolonizovat a způsobit celou řadu provozních problémů. Jsou proto kontrolovány dávkováním chladicí vody chemickými biocidy.
Problém je dobře znám švédským elektrárnám, ale také dalším elektrárnám po celém světě, které musely zastavit svou činnost kvůli invazi medúz. Dne 29. září 2013, množení medúzy v plném květu vyžaduje odstavení reaktoru n o 3 v Oskarshamn jaderné elektrárny ve Švédsku po dobu 3 dnů, problémem již setkali v jiných závodech po celém světě.
V mořské vodě jsou hladiny slanosti poměrně vysoké, ale jsou kompenzovány nízkými hladinami uhličitanu, síranu a oxidu křemičitého, které jsou odpovědné za tvorbu vodního kamene.
Chemické ošetřeníMezi úpravy vody pro parní a chladicí okruhy patří:
Standardním biocidem je chlór ve všech zařízeních využívajících průtočné chlazení mořskou vodou . Chlorace chladicí vody tvoří řadu halogenovaných vedlejších produktů, které se liší v závislosti na konkrétních podmínkách místa. V některých továrnách ve Spojených státech se někdy používají metabolické inhibitory ze specifických nebo cizích druhů. U lokalit s několika samostatnými reaktory je nutné koordinovat načasování chlorace v každém z nich, aby celkové úniky zbytkového chloru do přijímajících vod nepřekročily směrné hodnoty. Ve všech instalacích využívajících chladicí věže musí být řešeny složitější problémy týkající se biologického znečištění specifické pro dané místo. Francouzské stránky používají monochloramin (kombinace amoniaku a chloru). Mezi budoucí možnosti patří použití ultrafialového světla především k boji proti legionelám . Továrny v USA s chladicími věžemi používají chlór a další oxidační biocidy, jako je brom , ale také uvádějí širší škálu proprietárních systémů pro specifické problémy dané lokality.
Voda používaná k ochlazování páry vyrábějící elektřinu opouští rostlinu při výrazně vyšších teplotách. U jednorázových elektráren (tyto systémy mají větší související tepelné zatížení a jsou s největší pravděpodobností v rozporu s regulačními limity pro tepelné výboje) byly v letním období zaznamenány teploty až 37 ° C. Vypouštěná voda je obecně o 9,5 až 10 ° C teplejší než teploty obvykle zaznamenávané v létě. Toto tepelné znečištění může poškodit místní vodní ekosystémy . Vodní organismy jsou vysoce závislé na konkrétních tepelných podmínkách vodního prostředí. Teploty vody nad nebo pod optimálními teplotními režimy proto mohou způsobit stres nebo dokonce smrt organismů. Vysoké teploty mohou dále zvyšovat toxicitu chemických látek a inhibovat biologické procesy.
Ve Spojených státech se na vypouštění tepelných odpadů vztahuje § 316a zákona o čisté vodě . Ve Francii je teplota výpustí obecně omezena na 30 ° C podle článku 31 vyhlášky z2. února 1998. V případě jaderných elektráren jsou mezní hodnoty stanoveny případ od případu v pořadí stanovujícím limity pro vypouštění kapalných a plynných odpadů z každého zařízení do okolí.
Chemické únikyTato část zdůrazňuje hlavní problémy identifikované v povoleních a chemických únicích v pořadí podle důležitosti:
Mnoho z výše uvedených chemikálií má potenciál stát se patentovanými systémy obsahujícími řadu dalších přísad.
Chemické uvolňování vyvolané ošetřením proti patogenním mikroorganismůmV horké vodě chladicích okruhů elektrárny se mohou vyvíjet améby a legionely . Améby lze nalézt ve vodě vypouštěné do řeky a legionelách v aerosolech rozptýlených chladicími věžemi. Vysoce rizikové patogenní mikroorganismy jsou Naegleria fowleri , legionella total a legionella pneumophilia ). Aby se zajistilo, že nebude mít žádný dopad na zdraví činnosti rostliny, provádí se chlorace nebo, efektivněji, léčba chloraminem . Hlavní obtěžování těchto úprav spočívá v přidružených chemických výbojích obsahujících zejména sloučeniny chloru a dusíku, které jsou pro řeku, kde jsou vypouštěny, nežádoucí, protože je to řeka, kterou musí chránit před amébami. U legionel se v řece nacházejí také chemikálie kvůli dekoncentračním čistkám okruhu.
Výroba primární energie a výroba elektřiny tvoří přibližně 10% z celkového globálního odběru vody a přibližně 3% z celkové spotřeby vody
Sklizeň sladkovodní chlazení otáčet ve Francii asi 59,3% sladkovodních výběry celkem zemí (OECD 2012) je Spojené státy 39,2%, Belgie 57%, v Německu 65,3%, Velká Británie 21,2%.
Švédsko bere na chlazení svých elektráren, které jsou převážně chlazeny mořskou vodou, pouze 3,6% čerstvé vody .
Ve Spojených státech se v roce 2015 odhadoval odběr vody z termoelektrických elektráren na 133 Bgal / d (bilion galonů za den) nebo asi 180 miliard kubických metrů ročně, což je nejnižší hodnota před rokem 1970. Spotřeba vody v těchto elektrárnách činila kolem 3% výběrů. Pro srovnání s výběry na zavlažování (118 Bgal / d ), z nichž je 62% spotřebováno (nevráceno).
Ve Francii výrobní jednotky EDF mezi lety 1950 a 1970 nadále zvyšovaly svůj výkon: 125 MW pro jednotky uvedené do provozu v roce 1955; 250 MW pro bloky uvedené do provozu v letech 1961 a 1968; 700 MW (konvenční tepelné) a 900 MW (jaderné tepelné) pro bloky ve výstavbě v roce 1972; Jelikož kondenzátor pro tepelnou jednotku 700 MW je navržen pro průtok 17 m 3 / s, kondenzátor pro jadernou elektrárnu 900 MW , který je navržen pro průtok 40 m 3 / s (otevřený okruh), pouze velký řeky, pouze na určitých místech, nebo námořní pobřeží, budou schopné pojmout elektrárny budoucnosti: Rýn, Rhone, Seina a Loira.
Ve Francii činil v roce 2012 odběr sladké vody pro chladicí tepelné elektrárny 59,3% z celkového odběru sladké vody v zemi (OECD 2012). Údaje Ministerstva pro ekologickou a inkluzivní transformaci za rok 2013 uvádějí 17 miliard m3 povrchové sladké vody, tedy 51% z celkového objemu odebrané čerstvé vody.
Téměř všechny vzorky jsou odebírány z povrchové vody (až 95% povrchové vody dostupné v Centru pro jaderné elektrárny umístěné na Loiře .). Velká část odebraného objemu není po použití spotřebována, ale odmítnuta (90%) při vyšší teplotě ve stejném prostředí. Elektrárny s otevřeným okruhem odebírají více vody než elektrárny s uzavřeným okruhem, ale jejich návratnost - 97,5% a 62,5% - do vodního toku je vyšší. Vodní výběry pro chlazení elektráren vyvinuté v roce 1960 s tím výroby elektřiny z tepelných elektráren využívajících fosilní paliva. Vzrostly v průběhu 80. let s nárůstem výkonu flotily jaderných elektráren . Na počátku 90. let se stabilizovaly uvedením elektráren do provozu s uzavřenými chladicími okruhy.
Sbírání sladké vody pro chlazení elektráren se týká hlavně Isère - Drôme (4 895 milionů m 3 ), střední Rhôny (3 668 milionů m 3 ), Haut Rhône (2 363 milionů m 3 ) a vyššího Rýna (1 752 milionů m 3 ); konkrétněji místa, kde jsou umístěny 4 elektrárny vybavené otevřenými chladicími okruhy. Zeměpisné umístění největších odběrů sladké vody je proto vysvětleno přítomností jaderných reaktorů vybavených otevřenými chladicími okruhy: v sestupném pořadí, Tricastin (Isère - Drôme), Saint-Alban (střední Rhôna), Bugey (Haut Rhône), všechny tři nacházející se na Rhôně , následovaný Fessenheimem ( Horní Rýn ). Tyto reaktory představují 70% odběru čerstvé vody z elektráren ve Francii. Ostatní jaderné elektrárny s otevřenými chladicími okruhy odebírají vzorky z moře ( Gravelines , Penly , Paluel , Flamanville , přímořská přímořská elektrárna) nebo z ústí ( otevřený okruh Blayais , ústí Gironde ). Tepelné elektrárny s plamenem jsou také zdrojem velkých odběrů, jako je tomu v Cordemais (po pobřeží Loiry a Vendée) nebo v menší míře v Blénod-lès-Pont-à-Mousson (Moselle - Sarre). V případě druhého dílčího povodí význam odběrů vyplývá také z přítomnosti jaderné elektrárny Cattenom vybavené uzavřenými chladicími okruhy, avšak složené ze čtyř vysoce výkonných reaktorů.
V regionu Centre odebírá nejvíce vody energetické odvětví (jaderné elektrárny Belleville , Chinon , Dampierre a Saint-Laurent-des-Eaux na Loiře ) (62% vodních zdrojů regionu).). Následuje domácí použití, zemědělství (zavlažování) a menšinový průmysl. Jaderné elektrárny čerpají hlavně z povrchových vod (95% dostupné vody), zatímco jiné činnosti (zavlažování, zásobování pitnou vodou, průmyslové potřeby) mají tendenci využívat podzemní vodu.
Pojem „ vodní energie spojení “ je zhodnotit vztah mezi vodou a energií, což je analýza životního cyklu zahájeného Peter Gleick (v) v roce 1994. V roce 2014 ministerstvo energetiky uvádí, United (DOE) zveřejnila svou zprávu na propojení mezi vodou a energií, zdůraznění potřeby společných vodoenergetických politik a lepší pochopení vztahu a jeho zranitelnosti vůči změně klimatu z hlediska národní bezpečnosti. Sankey Hybrid Diagram v DOL 2014 Water-Energy Report shrnuje vodní toky a toky energie ve Spojených státech podle odvětví, což dokazuje vzájemnou závislost a zdůraznění teplárny jako největší uživatele vody, který se používá hlavně pro chlazení.
Energetický sektor je zodpovědný za 10% světových odběrů vody, zejména za provoz elektráren a za výrobu fosilních paliv a biopaliv . Podle předpovědí Mezinárodní energetické agentury by se tyto potřeby měly zvyšovat do roku 2040: odběry vody v energetickém sektoru by vzrostly o méně než 2% a dosáhly více než 400 miliard kubických metrů, zatímco množství spotřebované vody (voda odebíraná, ale nevrácená) Očekává se, že vzroste o téměř 60% na více než 75 miliard kubických metrů.
Odběr vody z elektráren se může stát velkou výzvou v době sucha nebo vodního stresu , kdy voda jednoduše není k dispozici v požadovaném množství nebo při požadovaných teplotách.
Studie s využitím sdruženého hydrologicko-elektrického modelového rámce ukazuje snížení využitelné kapacity o 61–74% vodních elektráren a 81–86% termoelektrických elektráren po celém světě pro roky 2040–2069. Zatímco možnosti přizpůsobení, jako je zlepšení účinnosti zařízení, výměna chladicích systémů a přepínání paliv, jsou účinnými alternativami ke snížení zranitelnosti vůči změně klimatu a sladkovodních zdrojů, přechodům v odvětví elektřiny, které se kromě zmírňování zaměřují více na přizpůsobení, se důrazně doporučuje udržovat vodu bezpečnost a energetická bezpečnost v nadcházejících desetiletích.
Pro lepší hospodaření s vodou jsou zkoumány různé cesty :