火力発電所

3発電のための間接的な水の使用:熱電発電所

直接発電に加えて、水は蒸気サイクル(ランキンサイクルとも呼ばれる)で動作する熱電発電所を提供する冷却を通じて間接的に発電を可能にする。 熱電発電所は、電力を作るために熱を使用し、米国で発電された電力の90%以上を担当しています(毎年発生する約3500万MWhの4000万MWh)。 電力ニーズの75%を満たすこれらの発電所のほとんどは、広範な冷却を必要とする蒸気サイクルを使用しています。 発電所はまた、鉱山や採掘地点での燃料生産や発電所での排出抑制のために水を使用します。 燃料生産のための抽出産業を含む鉱業部門は、一日あたり4億ガロンを必要とし、燃料をアップグレードするための製油所やその他の施設を含む産業部門は、米国での引き出しの一日あたり14億ガロンを担当している(USGS、2014)。

先に述べたように、電力部門は水の引き出しの最大の原因ですが、農業部門は水の最大の消費者です。 このような現象は、発電所のために引き出された水のほとんどが、(主に異なる温度で)異なる品質ではあるが、供給源に戻されるためである。 電力部門は主に地表水を回収しますが、一部の場所では地下水も回収します。 地表水のうち、約三分の一は生理食塩水である。 回収された塩水のほとんどは、海岸にある発電所を冷却するためのものです(ただし、一部の発電所では汽水の地下水を冷却に使用しています)。

全国の熱電発電部門では、約15ガロンの水が回収され、生成される電気のキロワット時ごとに1ガロン未満が消費されます。 水力発電ダムは、主に名目上の河川の流れを超えた人工貯水池の表面積の増加が河川流域からの蒸発速度を加速させるため、キロワット時に消費される水のほぼ20ガロンに関連している(Torcellini et al., 2003).

火力発電所によって撤回され、消費される水の量は、主に要因のミックスによって駆動されます。

燃料:石炭、天然ガス、バイオマス、石油、核、太陽熱;

;

冷却技術:オープンループウェット冷却、池冷却、クローズドループ(再循環)ウェット冷却、ハイブリッド湿式冷却、乾式冷却;

気象条件:温度、湿度、風速。

*

気象条件:温度、湿度、風速。

*

気象条件:温度、湿度、風速。

*

気象条件:温度、湿度、風速。

*

気象条件:

ランキンサイクルは、有名な熱力学学者William Rankineにちなんで命名され、蒸気サイクルとしても知られています。 それは電気を作るために発電機を回転させるタービンを駆動する蒸気を作成するために熱を使用しています。 蒸気周期が米国のすべての力のおよそ75%を発生させるのに使用されている。 蒸気周期の主ステップは連続的なループで再度使用することができるように液体水に蒸気を凝縮させるために冷却しています。 この冷却は、様々な流体で達成することができますが、水の高い熱容量、相対的な存在量、および広範な分布のために、それは世界で最も一般的な冷却剤で

他のパワーサイクルには、オープンサイクル、単純サイクル、または燃焼タービンとしても知られているブレイトンサイクルが含まれます。 これらのシステムは、飛行機の推進に使用されるタービンとの系統のために”aeroderivatives”として請求されるタービンを使用することが多い。 コンバインドサイクルは、ランキンサイクルとブレイトンサイクルを組み合わせて高効率で動作するため、その名前が付けられています。

最も一般的な三つの冷却方法は、開ループ、閉ループ、および空冷です(図。 4). ハイブリッド湿式ドライシステムも存在するが、広く実装されていない。 優勢な温度、湿気、風速、等のような気象条件。 それらが大気およびwater-based脱熱器の全面的な植物の効率そして冷却の有効性に影響を与えるのでまた重要である。 発電所による取水および消費量の値については、電力サイクル、燃料、および冷却タイプ別の典型的な内訳については、表1を参照してください。 燃料の生産には水も必要です。P>

図4。 3つの基本的な冷却方法があります:開ループ、閉ループ、および空冷。

スティルウェル、A.S.、2010年の礼儀。 テキサス州のエネルギー-水ネクサス(修士論文)。 テキサス大学オースティン校。

表1. 発電所での水の使用量は、燃料、電力サイクル、および冷却技術によって異なります(典型的な値が記載されています)(Stillwell et al. 2011)

燃料と電力サイクル 冷却技術
閉ループ(冷却塔)

CWAは、ポイントソースから航行可能な水域への汚染物質の無許可排出を禁止し、排出を制御するためのEPAの国家汚染物質排出除去システム(NPDES)許可プロ ポイントソース(すなわち、パイプや人工溝などの離散的な場所)は、CWAによって規制されています。 家庭は一般的に下水道や浄化槽への排水のためのNPDES許可を必要としませんが、産業、地方自治体、およびその他の施設は、表層水に行く排出のための許 このように、CWAは発電所からの排出を調整する。 それらはまた取入口の条件を調整する。

それ以来建設された発電所は、水生野生生物の巻き込み(魚や水生生物が環境から発電所施設に引き抜かれる)と衝突(魚や水生生物が取水画面に固定される)を大幅に削減することにより、多くの環境利益に役立つ方法として、冷却塔を備えた閉ループ設計をほぼ独占的に使用してきた。 そうすることは、1972年に可決されたCWAの§316(b)に応じて水の引き出しが減少したことを意味しました。

彼らはまた、熱汚染の一形態であり、cwaの§316(a)によって規制されている水生環境の人工加熱を防止します。 従来の知恵は、前述したように、冷却塔がより多くの水を消費するにもかかわらず、冷却塔がより少ない水を引き出すため、冷却塔は開ループ冷却システムよりも影響が少ないと結論づけている。

21世紀の最初の十年では、米国の熱電発電所の43%が100MW以上の発電能力を持つ大電力施設でした。 これらの大規模発電所のうち、42%が湿式再循環冷却塔(すなわち閉ループ)を使用し、14.5%が冷却貯水池を使用した。 これらの大規模発電所の残りの43%は一回通し冷却を使用し、1%以下は乾燥冷却を使用している(King et al., 2013). 一度スルー冷却システムを備えたプラントのほとんどは、CWAが制定される前に建設されたか、法律が可決された後にgrandfatheredされました。 それらの多くは、厳格な排出規制の前に建設されたのと同じ植物でもあります。 これは、それらのほとんどが数十年前であり、同時に汚れて喉が渇いていることを意味し(スクラバーを追加したものを除く)、より新しく、より清潔で、より痩せた植物と引き換えにシャットダウンされているかどうかは、激しく争われた公共政策の議論のままであることを意味します。

今後、新しいハイブリッドシステムとドライシステムは、規制要件と水の競争が迫っているため、より大きな実装が見られるかもしれません。 例えば、カリフォルニア州土地委員会は、開ループ冷却システムを備えた新しい発電所の建設のモラトリアムを提案し、開ループ冷却が海水を使用して内陸の淡水を節約できる沿岸地域に発電所をプッシュするための別々の努力と衝突する(CASLC、2006)。 沿岸水は比較的低い温度にあるため、発電所の効率が向上するため、より高い性能の利点があります。 しかし、海洋野生生物に関する環境上の懸念は、内陸の淡水供給に関する環境上の懸念と直接対立している。

前述したように、より水効率の高い冷却技術が存在しますが、これらのシステムには欠点があります。 乾燥冷却されたシステムはぬれ冷却されたシステムの水の10%以下撤回し、消費します。 しかし、ドライクーリングシステムは資本コストが高く、プラントの全体的な効率を低下させ、発電単位当たりのコストと排出量を増加させます。 空気の熱容量は水よりもはるかに低いため、水と同じ冷却を達成するためには、はるかに多くの空気を移動する必要があります。 これは劇的に資本コストを増加する乾燥冷却装置でより大きい冷却の表面を作成する大いにより大きい設備を意味する。 さらに、乾式冷却を備えた発電所は、凝縮器の1°F増加ごとに効率が1%低下し、周囲の空気温度に基づいて発電を制限することができます(Kutscher et al., 2006).

閉ループの湿式冷却と乾式冷却の両方が含まれているため、ハイブリッドの湿式冷却システムは、湿式冷却システムと乾式冷却システムの間の妥協 従って雑種の乾湿両方冷却装置は乾燥したモードで主に作動によって年の多くのための干潮消費があるが、年の最も熱い時の間にぬれたモードでより効率的に作動する柔軟性があることができる。 残念なことに、水資源は通常、これらのピーク需要時にはあまり利用できません。 乾燥および雑種冷却装置が証明された技術であるが、発電機のための干潮価格そして年長水権利は通常それらが経済的に競争の設計であることを しかし、水が冷却に利用できない水に制約のある地域では、乾式冷却が唯一の代替手段であることがよくあります。 このような場合、先行資本コストと寄生効率負荷がより容易に正当化されます。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。