Oudere energiecentrales met doorstroomkoelsystemen wekken ongeveer een derde van alle Amerikaanse elektriciteit op, maar hun toekomstige productiecapaciteit zal worden ondermijnd door droogtes en stijgende watertemperaturen als gevolg van klimaatverandering. Deze effecten zouden worden verergerd door milieuregels die het watergebruik beperken.

De oplossing is niet om de regelgeving te schrappen, blijkt uit een nieuwe studie van Duke University. Het is om de oude koelsystemen af ​​te schaffen.

"Als we betrouwbare elektriciteit willen hebben en, tegelijkertijd, de meren en rivieren beschermen die de planten van koelwater voorzien, we moeten de fabrieken ombouwen met recirculerende koelsystemen, " zei Lincoln F. Pratson, Gendell Family Professor in energie en milieu aan Duke's Nicholas School of the Environment.

De nieuwe studie toont aan dat als het oppervlaktewater 3 graden Celsius warmer wordt en de rivierstromen met 20 procent afnemen - beide waarschijnlijk tegen het einde van de eeuw - de droogtegerelateerde effecten ongeveer 20 procent van alle capaciteitsverminderingen bij thermo-elektrische centrales met eenmaal erdoorheen, of open lus, koelsystemen. Deze verminderingen omvatten capaciteitsbeperkingen of stopzettingen die kunnen optreden wanneer lokale oppervlaktewaterstanden dalen bij de inlaatstructuren van een fabriek.

Milieuvoorschriften die het watergebruik van een fabriek regelen en de maximale temperatuur van het gebruikte koelwater dat het terug in rivieren of meren kan lozen, zullen verantwoordelijk zijn voor een groot deel van de resterende 80 procent van toekomstige sluitingen en capaciteitsverminderingen. zei Pratson.

"Het is verrassend dat de gevolgen van droogte zoveel groter zullen zijn dan die van warmere temperaturen, waarvan we schatten dat ze verantwoordelijk zijn voor iets meer dan 2 procent van de reducties, " zei Candise L. Henry, een 2018 Ph.D. afgestudeerd aan Duke's Nicholas School, die de studie leidde als onderdeel van haar proefschrift. "Maar het is ook verrassend dat de gevolgen van droogte zoveel kleiner zullen zijn dan de gevolgen van regelgeving."

"Gelukkig, bijna al deze effecten kunnen worden verzacht door over te schakelen op recirculerende koelsystemen, ' zei Hendrik.

Thermo-elektrische centrales gebruiken door stoom aangedreven turbines om hun energie op te wekken. Als de stoom eenmaal door de turbines is gegaan, moet deze worden afgekoeld. Eenmalige systemen doen dit door koud water aan te zuigen uit nabijgelegen rivieren of meren, het door pijpen laten circuleren om de warmte van de stoom te absorberen, en het afvoeren van het verwarmde water terug in de rivier of het meer.

In recirculatiesystemen, water uit een koeltoren wordt gebruikt om de warmte van de stoom te absorberen en vervolgens teruggeleid naar de toren waar de warmte door verdamping vrijkomt. Planten met dit type systeem lozen geen verwarmd water op het oppervlaktewater en hoeven alleen het deel van hun koelwatervoorraad te vervangen dat verloren gaat door verdamping, waardoor ze minder kwetsbaar zijn voor de gevolgen van droogte en milieuregelgeving.

"Direct, het komt vrij vaak voor dat installaties voorlopige vrijstellingen krijgen van de regels voor de maximaal toelaatbare temperatuur van geloosd water, maar als de regelgeving onder toekomstige regeringen strenger wordt, we zouden meer inperkingen of sluitingen kunnen zien van elektriciteitscentrales die eenmaal door zijn, " zei Hendrik, die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan de Carnegie Institution for Science aan de Stanford University.

Zij en Pratson publiceerden hun peer-reviewed bevindingen op 8 maart in Milieuwetenschap en -technologie .

Om hun studie uit te voeren, ze analyseerden zeven jaar operationele en meteorologische gegevens voor 52 elektriciteitscentrales in het oosten van de VS met doorstroomkoelsystemen. Met behulp van een elektriciteitsopwekkingsmodel, ze kamden de gegevens uit - die de jaren 2007 tot 2014 overspanden, toen ernstige droogte een groot deel van het zuidoosten trof - om bij te houden hoe uurlijkse veranderingen in lokale watertemperaturen en stroomsnelheden het maximale vermogen van elke plant beïnvloedden.

Door het model uit te voeren onder zeven verschillende scenario's voor waterbeschikbaarheid en temperatuur, ze waren in staat om uit elkaar te halen welk percentage van de totale veranderingen in opwekkingsvermogen werd veroorzaakt door stijgende watertemperaturen, welk deel kwam voort uit een verminderde waterstroom, en hoeveel was gekoppeld aan de naleving van de regelgeving. Met behulp van de verwachte opwarming en waterstroomtrends voor de komende eeuw, ze schatten de waarschijnlijke toekomstige effecten van elke factor.

"Eerdere studies bundelden de effecten van droogte, watertemperaturen en milieuregelgeving samen, " merkte Pratson op. "Door ze uit elkaar te trekken, we krijgen een veel duidelijker beeld van wat de grote bedreigingen zullen zijn en wat we kunnen doen om ze te verminderen."

Het feit dat de gevolgen van droogte zoveel groter zullen zijn dan die veroorzaakt door warmer water, onderstreept de noodzaak om prioriteit te geven aan mitigatiestrategieën die gericht zijn op waterstroming, hij zei. Naast het installeren van recirculerende koelsystemen, deze strategieën omvatten het installeren van vijvers om koelwaterreserves aan te houden; het lokaliseren van nieuwe planten op grotere wateren; en het implementeren van strengere beheersplannen voor stroomgebieden om het watergebruik door alle gebruikers aan een rivier of meer te reguleren.