Vzduchem chlazené kondenzátory eliminují spotřebu vody v elektrárně

Mnoho elektráren je v důsledku měnících se zákonů na ochranu životního prostředí a tlaku veřejnosti nuceno modernizovat stávající zařízení na výrobu elektřiny na systémy s uzavřeným okruhem chladicí vody nebo dokonce na suché chlazení namísto toho, aby nadále používaly jednorázově průtočnou říční nebo oceánskou chladicí vodu. Zejména v suchých oblastech prostě není k dispozici dostatek vody k současnému uspokojení potřeb elektráren a lidí. (Viz POWER, leden 2008, „Costlier, scarcer supplies diictate making thermal plants less thirsty.“)

Pragmatický developer může také zvolit suché chlazení již na počátku projektu, protože zvyšuje možnosti umístění elektrárny a jeho použití může výrazně urychlit schvalování stavebních povolení, protože otázky využití vody jsou smeteny ze stolu. Zkrácení harmonogramu projektu i o šest měsíců může zcela změnit ekonomiku projektu a snadno vyvážit zvýšené investiční náklady na možnosti suchého chlazení.

Použití suchého chlazení v USA se neomezuje pouze na suché oblasti, ale bylo specifikováno i pro elektrárny umístěné ve východních, severních a horských oblastech, kde je obvykle větší množství vody (obr. 1). Proč tomu tak je? V posledních letech existuje mnohem více důvodů, proč uvažovat o suchém chlazení obecně a o vzduchem chlazeném kondenzátoru (ACC) zvláště, než jen nedostatek dostupné vody (viz postranní panel). Existují například silné ukazatele toho, že aplikace suchého chlazení se stávají standardní konstrukční variantou elektrárny. Ve skutečnosti tuto technologii zavádějí i oblasti s bohatými vodními zdroji – například Anglie, Irsko, Belgie, Lucembursko a severní Itálie (obr. 2). Ve skutečnosti největší elektrárna s kombinovaným cyklem v Evropě má výkon 1 200 MW a používá vzduchem chlazený kondenzátor.

Čína se velmi obává dalšího zatěžování svých zásob vody a u mnoha svých nových elektráren zavedla suché chlazení. Ve skutečnosti Čína instalovala vzduchem chlazené kondenzátory na více než 35 000 MW své rostoucí flotily nových elektráren a v posledních několika letech dominuje na trhu instalací (obr. 3). V posledních dvou letech Čína nakoupila v průměru jeden nový ACC měsíčně pro nové uhelné elektrárny s typickým výkonem 2 x 300 MW nebo 2 x 600 MW (Obrázek 4).

V Číně, stejně jako v dalších lokalitách po celém světě, již není nutné, aby se elektrárna nacházela v blízkosti vodního zdroje, pokud je zvolena technologie ACC. Místo toho lze umístění optimalizovat s ohledem na přenosové vedení a buď rozvody plynu (pro elektrárny s kombinovaným cyklem), nebo železniční tratě (pro uhelné elektrárny). V Číně jsou elektrárny na pevná paliva obvykle umístěny v blízkosti uhelných dolů, což vysvětluje nedávný zájem této země o chlazení vzduchem.

Nakonec lze snížit náklady na pozemek, pokud není požadováno umístění elektrárny na břehu jezera, řeky nebo oceánu.

Tržní trendy jsou pozitivní

Mezi 60. a 90. lety 20. století měla Evropa velmi malý trh pro velké nebo středně velké elektrárny. Místo toho se spoléhala na velké uhelné centrální elektrárny a jaderné elektrárny. Naopak na Blízkém východě, v Číně, Jižní Africe a USA rostla obliba konstrukcí se suchým chlazením, což bylo způsobeno nedostatkem vody (v lokalitách uhelných dolů, v pouštním prostředí nebo z jiných podobných důvodů). Po roce 1990 začal světový trh se suchým chlazením prudce růst a jen za posledních 13 let se znásobil přibližně 20krát (Obrázek 5).

Ve velmi krátkém časovém horizontu bude trh se suchými chladicími zařízeními pravděpodobně i nadále poměrně aktivní v Číně, vzhledem k obrovským elektrickým požadavkům této rychle rostoucí země. Přiměřený růst se očekává také v Evropě, protože mnoho zemí Evropské unie má obnovený zájem o řízení svých budoucích zásob vody. Blízký východ (oblast Emirátů) a Indie se v blízké budoucnosti jistě také stanou dvěma velmi důležitými trhy. V USA trh od poloviny roku 2005 stabilně roste.

Případová studie: Astoria Energy, New York

Snad jedním z nejnáročnějších projektů kombinované výroby elektřiny a tepla byl projekt Astoria Energy o výkonu 550 MW, postavený na ploše 23 akrů podél řeky East River v Astorii v Queensu v New Yorku (NYC). V projektu ACC byly použity ventilátory o průměru 36 stop navržené s ohledem na nízkou hlučnost, protože přímo naproti elektrárně se nacházejí ladírny světoznámé továrny na klavíry Steinway. Projekt byl uveden do komerčního provozu v květnu 2006.

Astoria Energy za 565 milionů dolarů byla největší elektrárnou postavenou v New Yorku za posledních 25 let. Elektrárna má konfiguraci 2 x 1 a je ukotvena dvěma plynovými turbínami GE 7FA, dvěma parogenerátory Alstom s rekuperací tepla (HRSG), parní turbínou Alstom a vzduchem chlazeným kondenzátorem páry SPX Cooling Technologies.

Projekt byl dokončen méně než 24 měsíců po otočení první lopaty hlíny. Tento harmonogram může zkušenému staviteli elektrárny připadat jako procházka Central Parkem – pokud máte pozemek na zelené louce na Středozápadě. Ne tak v New Yorku, kde mají kamiony omezený přístup do tohoto malého průmyslového areálu bez významné odstavné plochy. To znamená, že postup výstavby musel být podpořen každodenními a včasnými dodávkami materiálu, takže se jednalo o stavební projekt „just-in-time“. Co však areál závodu poskytoval, byl přístup k hluboké vodě, aby bylo možné dodávat zařízení na bárkách. Projekt Astoria Energy posunul hranice modularizace zařízení mimo staveniště a dvouletý časový rámec projektu svědčí o jeho úspěchu.

Hlavní dodavatelé projektu – mezi něž patřily společnosti The Shaw Group, Alstom Power a SPX Cooling Technologies – změnili typické stavební postupy tím, že hlavní moduly, včetně kompletně sestavených HRSG a vzduchového kondenzátoru, montovali mimo stát a poté je na staveniště dopravili na bárkách. Jeden zajímavý praktický důvod, proč byl projekt schválen:

Jednou z hlavních překážek pro získání newyorského povolení bylo navrhnout elektrárnu, která by vyloučila využití East River pro jednorázové chlazení. V konečném povolení je totiž uvedeno, že ACC nebude spotřebovávat ani odmítat žádnou vodu do životního prostředí.

Přepravovat prefabrikované sestavy. ACC pro tento projekt se skládal z 24 modulů/ventilátorů a byl předem sestaven 300 mil jižně od New Yorku v loděnici nacházející se poblíž Norfolku ve Virginii. Toto zařízení mimo staveniště poskytlo prostor a čas pro předmontáž modulů ACC v dostatečném předstihu před tím, než byly potřeba na staveništi v Astorii. Mírnější podnebí zvýšilo produktivitu práce ve Virginii a stejně tak důležité bylo, že na místě byl více než dostatečný prostor pro odkládání materiálu a zdvihací zařízení (obr. 6).

Dvacetičtyřmodulový ACC byl postaven ve 12 vedle sebe umístěných modulových sekcích (obrázek 7). Každá z 12 sekcí ACC měřila téměř 43 stop na šířku x 85 stop na délku x 49 stop na výšku a každá vážila přibližně 300 tun. Dvě sekce ACC byly zvednuty na bárku a poté byly dvě bárky společně převezeny z Virginie na staveniště remorkérem (Obrázek 8).

Rychlá montáž a uvedení do provozu. Pouhých devět měsíců po zadání zakázky začaly sekce ACC přijíždět na staveniště v Astorii ke konečné montáži. Když bárky dorazily na staveniště, byly okamžitě vyloženy na nízkoprofilový motorizovaný vozík s průmyslovou pevností a navezeny na místo vedle ocelové nosné konstrukce ACC, která již byla na místě postavena (obr. 9). Každý z 12 modulů byl na místo zvednut 1 000tunovým jeřábem, a to rychlostí přibližně dvě sekce týdně (Obrázek 10)

Parní kanál, rovněž předmontovaný mimo staveniště, dorazil ke konečné montáži na staveniště v délkách určených rozměrem dlouhé bárky. Celkem 80 % z celkového počtu člověkohodin potřebných k montáži ACC bylo odpracováno ve Virginii, což vedlo k výrazným úsporám nákladů ve srovnání s výrobou na staveništi (obr. 11). Také ve srovnání s jinými projekty kombinovaných cyklů ACC v této oblasti se díky modulárnímu přístupu snadno zkrátila doba potřebná k instalaci ACC o 50 %.

-William Wurtz ([email protected]) je viceprezidentem a generálním ředitelem divize Dry Cooling, Americas společnosti SPX Cooling Technologies Inc.

.