Radiatore remoto per sistemi ad energia solare
Sebbene sia necessario rimuovere molto calore per condensare il vapore utilizzato per alimentare i generatori a turbina, i sistemi di raffreddamento sono in genere la principale fornitura di acqua per le centrali elettriche. Fonti d'acqua come fiumi e laghi hanno storicamente fornito questo raffreddamento, ma negli ultimi anni c'è stato un aumento del numero di centrali elettriche che adottano il raffreddamento a secco (un sistema di raffreddamento che utilizza poca o nessuna acqua). I sistemi di raffreddamento a secco richiedono più energia per funzionare e hanno un costo iniziale più elevato. Tutti questi problemi contribuiscono alla riduzione complessiva dell'efficienza delle centrali elettriche, ma i sistemi di raffreddamento a secco consumano il 95% in meno di acqua rispetto ai sistemi di raffreddamento a umido.
Molte centrali elettriche di diverso tipo producono elettricità riscaldando l'acqua per creare vapore, che viene poi forzato attraverso le turbine. Questo tipo di sistema è utilizzato in alcuni impianti solari, nonché in impianti che bruciano carbone e biomasse, centrali nucleari, alcuni impianti a gas naturale e centrali nucleari. Le turbine di questi impianti devono trasformare il vapore, che poi deve essere raffreddato in modo che possa ricondensarsi in liquido ed essere rimandato alla caldaia o al generatore di vapore.
Il vapore viene spesso raffreddato e condensato utilizzando acqua nelle centrali elettriche a vapore. L'US Geological Survey stima che il 40% di tutti i prelievi idrici negli Stati Uniti siano utilizzati per la generazione di energia, la maggior parte dei quali per il raffreddamento.
I sistemi di raffreddamento a ricircolo che riciclano l'acqua di raffreddamento sono utilizzati in oltre il 61% della capacità di produzione termoelettrica degli Stati Uniti. In questi sistemi, l'acqua viene conservata in tubazioni a circuito chiuso in modo che possa essere riciclata. Il 36 percento della capacità termoelettrica negli Stati Uniti proviene da centrali elettriche che utilizzano sistemi di raffreddamento CC. Questi sistemi prelevano abbondanti quantità di acqua dalle fonti d'acqua vicine per raffreddare il condensatore, quindi rilasciano l'acqua più calda nella fonte originale.
La maggior parte della capacità di raffreddamento a secco e ibrida del 3% negli Stati Uniti è operativa dal 2000. L'aria ambiente viene utilizzata dai sistemi di raffreddamento a secco per raffreddare e condensare il vapore. Esistono due tipi di questi sistemi: sistemi diretti e sistemi indiretti. Nei sistemi di raffreddamento a secco diretto non viene utilizzata acqua poiché l'aria ambiente viene utilizzata per condensare il vapore. Nei tipici condensatori raffreddati ad acqua, il vapore nei sistemi di raffreddamento a secco indiretto viene condensato, ma l'acqua di raffreddamento del sistema chiuso viene lasciata indietro. Di conseguenza, l'acqua non viene persa per evaporazione, il che significa che viene consumata pochissima acqua.
Il vapore può essere condensato utilizzando sia acqua che aria nei sistemi di raffreddamento ibridi, che combinano il raffreddamento a secco e a umido. Quando fuori fa più freddo, questi sistemi sono spesso costruiti per funzionare come sistemi di raffreddamento a secco, e quando fuori fa più caldo ei sistemi a secco sono meno efficaci, funzionano come sistemi di raffreddamento a umido.
Negli Stati Uniti sono in funzione 83 impianti con sistemi di raffreddamento a secco e ibridi e circa 20 GW di capacità di generazione di vapore. Il Texas ha la maggiore capacità di raffreddamento a secco (2,8 GW), seguito da vicino dalla Virginia, sebbene la California abbia i sistemi di raffreddamento a secco più numerosi (13). (2,4 GW).
Circa l'83 percento della capacità operativa per il raffreddamento a secco e ibrido è fornito dalla tecnologia di generazione più diffusa, il ciclo combinato a gas naturale (NGCC). Poiché gli impianti a ciclo combinato a gas naturale richiedono molto meno raffreddamento per MWh rispetto ai reattori a carbone o nucleari, i sistemi di raffreddamento a secco sono in genere più convenienti per loro. La tecnica di raffreddamento a secco viene utilizzata negli impianti a ciclo combinato a gas naturale degli Stati Uniti per oltre il 15% della loro capacità di produzione attiva.
Per i sistemi a energia solare a concentrazione, il raffreddamento a secco è un'altra scelta interessante. Numerosi moderni sistemi di energia solare a concentrazione utilizzano il raffreddamento a secco perché sono situati in regioni come il sud-ovest degli Stati Uniti, dove le risorse idriche sono poche e le risorse solari sono abbondanti.
