Come funziona un raffreddatore a secco in una centrale elettrica?

Come funziona un dry cooler in una centrale elettrica?

Poiché è necessario evacuare così tanto calore per condensare il vapore utilizzato per alimentare i generatori a turbina, i sistemi di raffreddamento sono spesso il maggior consumatore di acqua nelle centrali elettriche. In precedenza, fiumi e laghi e altre fonti d'acqua fornivano questo raffreddamento, ma ultimamente ci sono state più centrali elettriche che adottano il raffreddamento a secco, una tecnica di raffreddamento che utilizza poca o nessuna acqua. I sistemi di raffreddamento a secco sono più costosi da installare e consumano più energia per funzionare. Queste variabili influenzano l'efficienza delle centrali elettriche nel loro complesso, mentre i sistemi di raffreddamento a secco consumano il 95% in meno di acqua rispetto ai sistemi di raffreddamento a umido.

Numerosi tipi diversi di centrali elettriche fanno bollire l'acqua per creare vapore, che viene poi fatto passare attraverso una turbina per creare elettricità. Questo tipo di sistema è utilizzato da centrali nucleari, impianti a carbone e biomasse, alcuni impianti a gas naturale e persino alcuni impianti solari. In questi impianti il ​​vapore deve essere raffreddato per ricondensarsi in un liquido, che viene poi inviato alla caldaia o al generatore di vapore.

Negli Stati Uniti, la maggior parte degli impianti di generazione di vapore utilizza l'acqua per raffreddare e condensare il vapore. La maggior parte dell'acqua prelevata per la produzione di energia elettrica negli Stati Uniti viene utilizzata per il raffreddamento, rappresentando circa il 40% del totale dei prelievi idrici.

I sistemi di raffreddamento a ricircolo che fanno ricircolare l'acqua di raffreddamento sono utilizzati da oltre il 61% della capacità di generazione termoelettrica negli Stati Uniti. In modo che l'acqua possa essere utilizzata ripetutamente, questi sistemi mantengono l'acqua in tubazioni a circuito chiuso. Il 36 percento della capacità di generazione termoelettrica negli Stati Uniti proviene da impianti che utilizzano sistemi di raffreddamento a passaggio unico. Questi sistemi estraggono un volume considerevole di acqua dalle fonti d'acqua circostanti per raffreddare il condensatore, quindi rilasciano l'acqua più calda nella fonte originale.

Il 3% della capacità di generazione termoelettrica negli Stati Uniti proviene dal raffreddamento a secco e ibrido, la maggior parte dei quali è operativa dal 2000. Il vapore viene raffreddato e condensato utilizzando l'aria ambiente nei sistemi di raffreddamento a secco.

I sistemi diretti e indiretti sono le due categorie in cui rientrano questi sistemi. Nei sistemi di raffreddamento a secco diretto, l'aria ambiente viene utilizzata per condensare il vapore, quindi non viene utilizzata acqua. Nei tipici condensatori raffreddati ad acqua, il vapore viene condensato in sistemi di raffreddamento a secco indiretti, ma l'acqua di raffreddamento viene mantenuta in un sistema chiuso. Di conseguenza, viene utilizzata relativamente poca acqua e nessuna acqua viene sprecata per evaporazione.

I sistemi di raffreddamento ibridi combinano il raffreddamento a secco e a umido e hanno la capacità di condensare il vapore utilizzando sia acqua che aria. Spesso questi sistemi sono progettati per funzionare come sistemi di raffreddamento a secco nei mesi più freddi e come sistemi di raffreddamento a umido nei mesi più caldi, quando i sistemi a secco funzionano in modo meno efficiente.

Il ciclo combinato a gas naturale (NGCC), che rappresenta oltre l'83% della capacità operativa di raffreddamento a secco e ibrida, è la tecnologia di produzione più utilizzata. Poiché gli impianti a ciclo combinato a gas naturale richiedono un raffreddamento significativamente inferiore per megawattora rispetto agli impianti a carbone o nucleari, i sistemi di raffreddamento a secco sono in genere più convenienti.

Una valida alternativa per i sistemi a energia solare concentrata è il raffreddamento a secco. Molti nuovi sistemi di energia solare concentrata ora utilizzano il raffreddamento a secco, inclusi gli impianti Ivanpah e Genesis Solar in California e l'impianto Crescent Dunes Solar in Nevada. Questo perché questi sistemi sono situati in regioni come il sud-ovest degli Stati Uniti, dove le risorse solari sono relativamente alte e le risorse idriche relativamente basse.