A hőerőművek hűtővize olyan ellátás, amely lehetővé teszi a hőerőművek számára, hogy bezárják az általuk üzemeltetett hőátadó kört . Ez az ipari víz az elsődleges és esetleg a szekunder körök termodinamikai ciklusának hideg forrását jelenti .
Egyes hűtőrendszerek vizet vesznek egy tóból, patakból, víztartó rétegből vagy óceánból, és részleges párolgás után nagyobb részét magasabb hőmérsékleten visszavezetik a forrásba. Az ilyen nyitott áramkörű (vagy egyszer átjárható) hűtőrendszerek nagy kihúzásúak, de alacsony fogyasztásúak, és a vízbevitel és a visszatérő víz között néhány fokos hőmérséklet-különbséget generálnak.
Más üzemek zárt körű hűtőrendszereket (vagy recirkulációt, vagy zárt hurkot) használnak, amelyekhez sokkal alacsonyabb kihúzásokra van szükség, mint a nyitott körű erőműveknél.
A hűtésre szánt kivonások jelentik: Franciaországban az ország összes édesvízkivételének közel 60% -át (OECD 2012), az Egyesült Államokban csaknem 40% -át, Belgiumban 57% -át, Németországban 65,3% -át és az Egyesült Királyságban - az Egyesült Államok 21,2% -át. Az elsődleges energiatermelés és a villamosenergia-termelés a világ összes vízfogyasztásának körülbelül 10% -át, és a teljes vízfogyasztás körülbelül 3% -át teszi ki. A hőerőművek vízfogyasztása egyre nagyobb problémává válik azokban a régiókban, ahol a víz korlátozott, és ahol a felhasználók között nagy a verseny. Ez olyan tényező, figyelembe kell venni annak biztosítása érdekében, az energiabiztonság és a vízellátás biztonságát az elkövetkező évtizedekben.
Az erőműben felhasznált víz látható megnyilvánulása az a folyó vagy tenger, amelynek szélén a lángot vagy az atomerőművet hűtés céljából építik, vagy a hűtőtornyokból kiszökő gőz. A hűtés az erőművek messze legnagyobb vízfelhasználása, amely lehűti a turbinából távozó áramlást.
A gőzüzem különböző vízköröket foglal magában, amelyeknek különböző fel- és lefelé irányuló kezeléseken kell átesniük. A külső hűtővizet szűrni és kémiailag meg kell kezelni, hogy elkerülhetők legyenek a forró vízben (legionella és amőba) fejlődő biológiai szennyeződések , hámlás , korrózió és kórokozó mikroorganizmusok által okozott különféle zavarások; a gőzkörben lévő vizet kémiailag kezelik a pikkelyesedés, a korrózió és a kórokozó mikroorganizmusok ellen. Ezeket a kémiai kezeléseket a folyóban találják meg, és az ilyen típusú kibocsátásokat szabályozások szabályozzák.
Az atomerőművekben és a fosszilis üzemanyagokban használt vizek többnyire azonosak. A legnagyobb különbséget a láng és az atomerőművek között a nukleáris üzemanyaggal érintkező víz jelenti . A nukleáris szektor vízügyi terminológiájában ezt a vizet könnyűvizes reaktorban könnyűvíznek nevezik - nagyon tiszta víz hűtőközegként és moderátorként szolgál - és nehézvízként egy túlnyomásos nehézvizes reaktorban . A nyomottvizes reaktorban (PWR) használt (könnyű) vizet bórsavval egészítik ki , amelynek célja a víz moderáló szerepének megerősítése . Ezt a vizet, amikor az elsődleges szektorból kirakják, radioaktív hulladéknak tekintik, és a folyó vizébe kerülő bármilyen kibocsátást szigorúan ellenőrzik.
A víz használata a hőerőművek két összetevője van: visszavonás és a fogyasztás. A víz eltávolításával a vizet eltávolítják a helyi vízforrásból. A kivett vizet visszavezethetik a forráshoz, vagy nem, vagy másutt felhasználásra bocsátják. A fogyasztása a víz megfelel a víz mennyisége párolgását a hűtési folyamat alatt.
Egyes " nyílt áramkörű " erőművek olyan hűtőrendszereket használnak, amelyek vizet vesznek egy tóból, egy patakból, egy víztartóból vagy egy óceánból, és miután ennek a víznek egy részét elpárologtatják, néhány fokos hőmérsékleten visszavezetik a forráshoz. magasabb. Az ilyen rendszerek, más néven „ egyszeri hűtőrendszerek ”, nagy kihasználtsággal, de viszonylag alacsony fogyasztással rendelkeznek. Éppen ellenkezőleg, a recirkulációs vagy zárt hurkú rendszereket használó üzemek lényegesen kevesebb vizet távolítanak el, de ennek nagy részét vagy egészét elfogyasztják. Így egy 1300 MW - os nyílt áramkörű erőmű 50 m 3 / s-ot húz , míg 2 m 3 / s elegendő egy zárt körű erőműhöz.
A vízkivétel és a nettó villamosenergia - termelés kilowattóránkénti fogyasztása nagy eltéréseket mutat az azonos típusú hűtőrendszereket használó különböző erőművek között. Például a vízfogyasztás nagyobb a használati csúcsok idején, amikor az erőmű alacsony kapacitáskihasználtsági fokon működik. A fogyasztást befolyásolhatják az éghajlat, az évszak és egyéb tényezők is, mint például a növény kora, hőhatásfoka, a hűtőrendszer és a vízforrás kora.
A recirkulációs rendszerek által kínált vízkivétel csökkenése, de ennek megfelelő fogyasztásnövekedés előnyös lehet a vízválasztó számára, de aggodalmat okozhat egy olyan területen, ahol már nincs víz.
Néhány ábra kiemeli egyes erőművek vízkivételét és fogyasztását:
A hagyományos egyszeri vagy recirkulációs nedves hűtőrendszerek lehetnek természetes huzat vagy indukált huzat és keresztáram vagy ellenáram. (Angolul ellenáram ). Vagy fröccsöntéseket, vagy filmtöltéseket használnak . A száraz hűtési rendszerek viszont közvetettek vagy közvetlenek.
Hűtőtornyokkal ellátott zárt hurkú rendszerekben nagy mennyiségű vizet vezetnek vissza a hűtőrendszerbe. A legfőbb gond vízminőség, hogy elkerüljék méretezés a hűtőrendszer és a permetsodródáson a hűtőtornyok .
A nedves hűtőtorony kialakításának számos módja van. Mechanikus merülésű tornyokkal a ventilátorok a levegőt a toronyon keresztül vonják be. A természetes merülésű tornyok nagy hiperbolikus szerkezetek, amelyek kéményhatással vezetik át a levegőt a toronyon azzal az előnnyel, hogy csökkentik az üzemeltetési és karbantartási költségeket. Használatukat az Egyesült Államokban nagyon nagy szén- és nukleáris egységekre korlátozták.
A hűtővíz körülbelül 2% -a veszít el a mechanikus huzatcella típusú léghűtő torony párolgása miatt , amely folyamatos utánpótló víz hozzáadását igényli. Ez a párolgás a szilárd anyagok felhalmozódását idézi elő a keringő vízben, a víz egy részét "öblítés" formájában ürítik ki, hogy korlátozzák ezen szilárd anyagok koncentrációját, és megakadályozzák a hámlást és a korróziót, amely akadályozhatja a hőátadást.
A működő nyomás alatt álló vízreaktor gőz- és hűtőrendszereiben használt vegyi anyagok nagy részét pontosan ugyanarra a célra és hasonló mennyiségben használják, mint a fosszilis tüzelőanyaggal működő erőművekben. A kezelések főleg a következőkből állnak: hűtővíz mechanikus szűrése, biocid kezelések és korróziógátlók . A hűtőkörben lévő víznek olyan tulajdonságokkal kell rendelkeznie, amelyek megakadályozzák a kondenzátor és a léghűtő tornyok méretarányos kialakulását. A másodlagos gőzkörben használt vegyi anyagok általában a hidrazin (az oxigén eltávolításához a vízből) és az ammónia / aminok (a pH szabályozásához); a fő külső hűtőkör igényelhet biocid, általában klór adagolást. Vannak más kisebb rendszerek is, például a víz- és szennyvíztisztító telepek, amelyek különféle vegyszereket használnak fel, és végül elsősorban a vízbe engednek. A Sizewell B (Sizewelli Atomerőmű) az egyetlen PWR erőmű, amely jelenleg működik az Egyesült Királyságban. A kibocsátási adatok azt mutatják, hogy a fő hűtővíz-áramlás kimeneténél csak maradék klór van jelen a beömlőnyílásnál folyamatosan magasabb koncentrációban, de a kibocsátási engedély határain belül. A vízzel kapcsolatos erőművi kibocsátások különböző típusúak: termikus kibocsátások - egyszeri erőművek melegítik a folyó vizét - kémiai kibocsátások - biocidek, és a korróziógátlók a folyóba kerülnek -; a patogén mikroorganizmusok, az amőba és a legionella elleni kezelések által kiváltott kémiai kibocsátások.
Az alábbiakban említett vegyi anyagok azok, amelyekre egy fosszilis tüzelőanyaggal működő erőmű kisütése esetén ugyanúgy számítani lehet, mint a vízreaktor gőzköreiben (szekunder) vagy külső hűtőkörében .
Hűtővíz szűrésSzitákat és más mechanikus eszközöket használnak a nagyobb bióta kizárására a hűtőrendszerekből. A kisebb élőlények vagy a planktonikus anyagok túl kicsiek ahhoz, hogy mechanikusan ki lehessen őket zárni, de miután belépnek a rendszerbe, kolonizálódhatnak, és egész sor üzemeltetési problémát okozhatnak. Ezért úgy szabályozzák őket, hogy a hűtővizet kémiai biocidokkal adagolják.
A problémát jól ismerik a svéd erőművek, de a világ más erőművei is, amelyeknek a medúza inváziója miatt le kellett állítaniuk tevékenységüket. Szeptember 29-én 2013-ban elterjedése medúza teljes virágzás szükséges a leállás a reaktor n o 3. Oskarshamn atomerőmű Svédország 3 napig, a probléma már felmerült más növények világszerte.
A tengervízben a sótartalom szintje meglehetősen magas, de ezeket kompenzálja a vízkőért felelős alacsony karbonát-, szulfát- és szilícium-dioxid-szint.
Kémiai kezelésA gőz- és hűtőkörök vízkezelései a következők:
A szokásos biocid a klór minden üzemben, egyszeri tengervíz- hűtéssel . A hűtővíz klórozása egy sor halogénezett mellékterméket képez, amelyek a helyszín adott körülményeitől függően változnak. Az Egyesült Államok egyes gyáraiban néha specifikus vagy idegen fajok metabolikus inhibitorait alkalmazzák. Több különálló reaktorral rendelkező telephelyek esetében össze kell hangolni a klórozás időzítését mindegyikben, hogy a maradék klór kibocsátása a befogadó vizekbe ne haladja meg az irányértékeket. Minden hűtőtornyot használó létesítménynél összetettebb, helyspecifikus biológiai szennyeződési kérdésekkel kell foglalkozni. A francia helyszínek monokloramint (ammónia és klór kombinációját) használnak. A jövőbeni lehetőségek között szerepel az ultraibolya fény használata elsősorban a Legionella elleni küzdelemben . A hűtőtornyokkal rendelkező amerikai gyárak klórt és más oxidáló biocidokat, például brómot használnak , de a sajátos rendszerek szélesebb körét is felsorolják a helyspecifikus problémák megoldására.
Az áramtermelő gőz hűtésére használt víz lényegesen magasabb hőmérsékleten hagyja el az üzemet. Az egyszer átjárható erőműveknél (ezeknek a rendszereknek nagyobb a hőterhelésük, és a legnagyobb valószínűséggel ütköznek a hőkibocsátásokra vonatkozó szabályozási határértékekkel) a nyári időszakban legfeljebb 37 ° C hőmérsékletet regisztráltak. A kibocsátott víz általában 9.5, hogy 10 ° C melegebb, mint a hőmérsékletek általában rögzítik a nyáron. Ez a hőszennyezés károsíthatja a helyi vízi ökoszisztémákat . A vízi élőlények nagymértékben függnek a vízi környezetek sajátos hőállapotától. Az optimális termikus rezsim fölötti vagy alatti vízhőmérséklet ezért stresszt vagy akár halált okozhat az organizmusoknak. A magas hőmérséklet tovább növelheti a vegyi anyagok toxicitását és gátolhatja a biológiai folyamatokat.
Az Egyesült Államokban a termikus szennyvízkibocsátásokat a tiszta vízről szóló törvény 316a . Franciaországban a 2003. Évi rendelet 31. Cikke a kibocsátások hőmérsékletét általában 30 ° C - ra korlátozza1998. február 02. Az atomerőművek esetében a küszöbértékeket eseti alapon állapítják meg abban a sorrendben, amely meghatározza az egyes létesítményekből származó folyékony és gáznemű szennyvíz környezetbe történő kibocsátásának határértékeit.
Kémiai kibocsátásokEz a szakasz kiemeli az engedélyekben és a vegyi anyagok kibocsátásában feltüntetett főbb kérdéseket fontossági sorrendben:
A fent felsorolt vegyi anyagok közül sokan képesek saját tulajdonú rendszerekké válni, amelyek számos egyéb adalékot tartalmaznak.
A patogén mikroorganizmusok elleni kezelések által kiváltott kémiai kibocsátásokAz amőbák és a legionellák a növény hűtőköreinek forró vizében fejlődhetnek ki. Az amőbák a folyóba engedett vízben, a legionella pedig a hűtőtornyok által szétszórt aeroszolokban találhatók . A magas kockázatú patogén mikroorganizmusok a Naegleria fowleri , a legionella total és a legionella pneumophilia ). Annak biztosítása érdekében, hogy a növény tevékenységének egészsége ne legyen hatással, a klórozást még egyszer, vagy hatékonyabban kloraminnal kezeljük . Ezeknek a kezeléseknek a legfőbb kellemetlensége a kapcsolódó kémiai kibocsátásokban rejlik, amelyek elsősorban klór- és nitrogénvegyületeket tartalmaznak, amelyek nem kívánatosak a folyó számára, ahol kibocsátják őket, mivel a folyónak kell megvédenie az amőba ellen. A Legionella esetében vegyi anyagok is találhatók a folyóban az áramkör dekoncentrációs öblítései miatt.
Az elsődleges energiatermelés és a villamosenergia-termelés a világ összes vízkivételének körülbelül 10% -át és a teljes vízfogyasztás körülbelül 3% -át teszi ki
Az édesvíz- lehűlés hűtésig Franciaországban az édesvíz-elvonások 59,3% -a körül mozog (OECD 2012), az Egyesült Államokban 39,2%, Belgiumban 57%, Németországban 65,3%, Egyesült Királyságban 21,2%.
Svédország csak 3,6% friss vizet vesz fel főként tengervízzel hűtött erőműveinek hűtésére .
Az Egyesült Államokban 2015-ben a hőelektromos erőművekből származó vízkivételt 133 Bgal / d-ra (napi billió gallon / nap) becsülték, vagyis évi mintegy 180 milliárd köbméterre, ez a legalacsonyabb érték 1970 óta. Ezeknek az erőműveknek a vízfogyasztása kb. a kivonások körülbelül 3% -a. Összehasonlítandó az öntözés céljából történő kivonásokkal (118 Bgal / d ), amelyek 62% -át elfogyasztják (nem adják vissza).
A Franciaországban, az EDF termelési egységek 1950 és 1970 között tovább nőtt a teljesítmény: 125 MW egységek megbízásából 1955-ben; 250 MW az 1961-ben és 1968-ban üzembe helyezett egységeknél; - 700 MW (hagyományos termikus) és 900 MW (nukleáris termikus) az 1972 - ben épülő blokkok esetében; Mivel egy 700 MW-os hőkezelő egység kondenzátorát 17 m 3 / s áramlási sebességre tervezték , egy 900 MW-os atomerőműét 40 m 3 / s (nyitott áramkör) áramlási sebességre tervezték , csak nagy csak bizonyos helyeken a folyók vagy a tengeri partok képesek befogadni a jövő erőműveit: a Rajnát, a Rhône-t, a Szajnát és a Loire-t.
Franciaországban 2012-ben a hűtőerőművek édesvízkivétele az ország összes édesvízkivételének 59,3% -át tette ki (OECD 2012). Az Ökológiai és Inkluzív Átmeneti Minisztérium 2013-as adatai 17 milliárd m3 felszíni édesvizet adnak, vagyis a kivont édesvíz teljes mennyiségének 51% -át.
Szinte az összes mintát felszíni vizekből veszik (a központban rendelkezésre álló felszíni vizek legfeljebb 95% -a a Loire-i atomerőművek számára ). A kivont mennyiség nagy részét nem fogyasztják el, hanem felhasználás után ugyanabban a környezetben magasabb hőmérsékleten visszautasítják (90%). A nyílt áramkörű erőművek több vizet vesznek fel, mint a zárt körűek, de a vízfolyáshoz való visszatérési arányuk - 97,5%, illetve 62,5% - magasabb. A hűtőerőművek vízkivétele az 1960-as években alakult ki azzal, hogy a hőerőművekből fosszilis tüzelőanyagokat használó villamos energiát állítottak elő . Az 1980-as években nőtt az atomerőműpark flotta erejének növekedésével . Az 1990-es évek elején a zárt hűtőkörökkel felszerelt erőművek üzembe helyezésével stabilizálódtak.
Édesvízkivétel hűtési erőművek elsősorban a következőkre vonatkoznak Isère - Drôme (4895 millió m 3 ), Middle Rhone (3668 millió m 3 ), Haut Rhone (2363 millió m 3 ), és a Rhine magasabb (1,752 millió m 3 ); pontosabban azok a helyek, ahol a 4 nyitott hűtőkörrel felszerelt erőmű található. A legnagyobb édesvízkivételek földrajzi elhelyezkedését ezért a nyitott hűtőkörökkel felszerelt atomreaktorok jelenléte magyarázza: csökkenő sorrendben Tricastin (Isère - Drôme), Saint-Alban (Rhône középső), Bugey (Haut Rhône), mindhárom a Rhône-n található , majd Fessenheim ( Felső- Rajna ) következik. Ezek a reaktorok teszik ki a franciaországi erőművek édesvíz-elvezetésének 70% -át. A többi, nyitott hűtőkörrel rendelkező atomerőmű mintát vesz a tengerből ( Gravelines , Penly , Paluel , Flamanville , nyílt áramkörű tengerparti erőmű) vagy a torkolatból ( Blayais nyílt áramkör, Gironde torkolat ). A lánggal működő hőerőművek szintén nagy visszavonások forrása, például Cordemais-ban (a Loire és a Vendée partjainál) vagy kisebb mértékben Blénod-lès-Pont-à-Mousson (Moselle - Sarre). Ez utóbbi részmedence esetében a kivonások jelentősége a zárt hűtőkörökkel felszerelt, de négy nagy teljesítményű reaktorból álló Cattenom atomerőmű jelenlétéből is adódik.
A Center régióban az energiaszektor ( a Loire -en található Belleville , Chinon , Dampierre és Saint-Laurent-des-Eaux atomerőművek veszik a legtöbb vizet (a régió vízkészleteinek 62% -a).) Ezt követi a hazai felhasználás, a mezőgazdaság (öntözés) és az ipar, kisebbség. Az atomerőművek főleg felszíni vizekből (a rendelkezésre álló víz 95% -a) származnak, míg más tevékenységek (öntözés, ivóvízellátás, ipari szükségletek) általában a talajvizet használják.
A " víz-energia kapcsolat " fogalma a víz és az energia kapcsolatának értékelése, egy életciklus-elemzés , amelyet Peter Gleick (in) kezdeményezett 1994-ben. 2014-ben az Egyesült Államok Energetikai Minisztériuma (DOE) kiadta jelentését kapcsolat a víz és az energia között, rámutatva a közös víz-energia politikák szükségességére, valamint a kapcsolat és annak éghajlatváltozással szembeni sebezhetőségének jobb megértésére a nemzeti biztonság szempontjából. A DOE 2014. évi víz-energia jelentésének Sankey hibriddiagramja összefoglalja az Egyesült Államokban a vízáramlást és az energiaáramlást szektoronként, bemutatva az egymásrautaltságot, és kiemelve a hőelektromos energiát, mint a főként hűtésre használt víz legnagyobb felhasználóját.
Az energiaszektor felelős a világ vízkivételének 10% -áért, főleg az erőművek üzemeltetéséért, valamint a fosszilis és bioüzemanyagok előállításáért . A Nemzetközi Energiaügynökség előrejelzései szerint ezeknek az igényeknek 2040-ig növekedniük kell: az energiaszektorban a vízkivételek kevesebb mint 2% -kal növekednek, és elérik a 400 milliárd köbmétert, míg az elfogyasztott (visszavont, de vissza nem adott) vízmennyiség forráshoz) várhatóan közel 60% -kal, több mint 75 milliárd köbméterre nő.
Az erőművek vízkivétele komoly kihívássá válhat aszály vagy vízterhelés idején, amikor a víz egyszerűen nem áll rendelkezésre a szükséges mennyiségben vagy a szükséges hőmérsékleten.
Csatolt hidrológiai - elektromos modellezési keretrendszer segítségével egy tanulmány azt mutatja, hogy a világ 2040-2069 között a vízerőművek 61-74% -kal, a hőelemek 81-86% -kal csökkent a hasznos kapacitás. Míg az alkalmazkodási lehetőségek, mint például az üzem hatékonyságának javítása, a hűtőrendszerek cseréje és az üzemanyag-váltás, hatékony alternatívák az éghajlatváltozás és az édesvízkészletek iránti sérülékenység csökkentésére, a villamosenergia-ágazatban az átállás, amely az enyhítés mellett az alkalmazkodásra is jobban összpontosít, erősen ajánlott a víz fenntartása érdekében. biztonság és az energiabiztonság a következő évtizedekben.
Különböző utakat tárnak fel a jobb vízgazdálkodás érdekében :