Wytwarzanie energii elektrycznej bez uszczuplania europejskich zasobów wody
Woda jest dla ludzkości bezcennym zasobem, którego ochrona w miarę postępowania globalnych zmian klimatu będzie miała coraz większe znaczenie. Energetyka to jedna z najbardziej uzależnionych od wody gałęzi przemysłu, która do chłodzenia systemów wytwarzających energię elektryczną wymaga ogromnych jej ilości. Wytwarzanie energii elektrycznej pochłania w Europie 45 % całej wody pozyskiwanej z naturalnych źródeł. Nawet jeśli powraca ona do środowiska, nadal jest to tylko jedna piąta wykorzystanego surowca. Zmniejszenie wpływu tej branży na rezerwy wody jest zatem prostą i obiecującą drogą w kierunku zrównoważonej przyszłości. Finansowany w ramach programu Horyzont 2020 projekt MATChING, w którym bierze udział konsorcjum reprezentujące sześć krajów UE, stoi na czele europejskich starań na rzecz zmniejszenia zapotrzebowania na wodę na potrzeby chłodzenia poprzez zastosowanie najnowocześniejszych technologii w elektrowniach cieplnych i geotermalnych. „Projekt MATChING ma na celu zmniejszenie zapotrzebowania na wodę i poprawę efektywności energetycznej systemów chłodzenia w sektorze energetycznym poprzez zastosowanie zaawansowanych i opartych na nanotechnologii materiałów oraz innowacyjnych konfiguracji stosowanych zarówno w elektrowniach geotermalnych, jak i zasilanych paliwami kopalnymi” – komentuje Daniela Galla, koordynatorka programu MATChING w firmie Enel. Wyniki badań przeprowadzonych w wysokotemperaturowych źródłach geotermalnych wykazały średnie zmniejszenie ilości odparowanej wody podczas operacji hybrydowych o około 10 % względem tradycyjnych operacji mokrych, przy poniesieniu jedynie niewielkiego kosztu energetycznego. Galla twierdzi, że jest to „jeden z najlepszych wyników uzyskanych w ramach projektu”.
Przyszłość chłodzenia
W ramach projektu MATChING wypróbowano szereg rozwiązań technologicznych obejmujących wszystkie obszary systemów chłodzenia elektrowni, w tym chłodnie kominowe, obiegi wody chłodzącej, systemy uzdatniania wody, chłodzenia wodami gruntowymi i skraplacze pary wodnej. Testom poddano innowacyjne membrany – w tym rozwiązania oparte na nanotechnologii – oraz zaawansowane materiały w celu sprawdzenia, w jaki sposób mogą usprawnić proces uzdatniania i odzyskiwania wody. Pozwala to na zwiększenie zaopatrzenia w wodę poprzez wykorzystanie wody gorszej jakości – ścieków z elektrowni lub odsolin z chłodni kominowych. Wyniki sugerują, że w elektrowniach cieplnych z mokrym systemem chłodzenia pobór wody można zmniejszyć o ponad 30 %. „Wartości zmniejszenia poboru są konkretne dla danego obiektu, zależne od klimatu i jakości wody, a łączny wpływ na koszty chłodzenia różni się w zależności od użytej technologii” – mówi Galla. W celu przyspieszenia procesu skraplania na zewnątrz rurek skraplacza, co zwiększa efektywność chłodzenia, wykorzystano nowo opracowane techniki teksturowania laserowego i nanopowłoki. Podczas wytwarzania energii geotermalnej w ramach projektu w celu zwiększenia efektywności chłodzenia w źródłach wysokotemperaturowych wykorzystano hybrydowe systemy chłodzenia oparte na zaawansowanych wkładach, natomiast w źródłach niskotemperaturowych – zamknięty obieg wód gruntowych. W celu zapewnienia opłacalnych finansowo technik i zrównoważonej produkcji na lata opracowano nowe materiały antykorozyjne. „W wielu testach uzyskano zaskakujące wyniki”, podsumowuje Galla. „W innych przypadkach potencjalny roczny zysk w pewnych elektrowniach geotermalnych, które zamiast powietrza do chłodzenia wykorzystują wody gruntowe, wynosił od 4 % do 14 %. W tym przypadku wyższe zapotrzebowanie na ciepło skutkuje większymi względnymi przyrostami sprawności elektrowni”.
Włączanie rozwiązań
Opracowane technologie i techniki zostały przetestowane w sześciu obiektach badawczych na terenie całej UE – w Belgii, Francji, Włoszech i Hiszpanii. Zespół projektu MATChING analizuje teraz rezultaty przeprowadzonych prac, wykorzystując je do dalszego udoskonalania systemów. Niektóre z nich wcielane są do innych projektów badawczych lub propozycji dotyczących przyszłego rozwoju. „Opracowane w ramach projektu rozwiązania są obecnie w fazie eksploatacji, która obejmuje analizy wykonalności technicznej oraz kosztów i korzyści względem konkretnych zastosowań”, mówi Galla.
Słowa kluczowe
MATChING, chłodzenie, nanotechnologia, woda, termalna, elektrownia, sprawność
