A léghűtéses kondenzátorok kiküszöbölik az erőművek vízfelhasználását

A változó környezetvédelmi jogszabályok és a közvélemény nyomása miatt számos erőművet arra kényszerítenek, hogy a meglévő energiatermelő létesítményeket zártkörű hűtővízrendszerekre vagy akár száraz hűtési lehetőségekre állítsák át ahelyett, hogy továbbra is az egyszeri folyami vagy tengeri hűtővizet használnák. Különösen a száraz régiókban nem áll rendelkezésre elegendő víz az erőművek és az emberek igényeinek egyidejű kielégítésére. (Lásd POWER, 2008. január, “Costlier, scarcer supplies dictate making thermal plants making less thirsty.”)

A pragmatikus fejlesztő azért is választhatja a száraz hűtést a projekt korai szakaszában, mert ez növeli az erőművek elhelyezési lehetőségeit, és alkalmazása jelentősen felgyorsíthatja az építési engedélyek jóváhagyását, mivel a vízhasználattal kapcsolatos kérdések lekerülnek az asztalról. A projekt ütemtervének akár hat hónappal történő lerövidítése teljesen megváltoztathatja a projekt gazdaságosságát, és könnyen ellensúlyozhatja a száraz hűtési lehetőségek megnövekedett tőkeköltségét.

A száraz hűtés alkalmazása az Egyesült Államokban nem korlátozódik a száraz régiókra, hanem a keleti, északi és hegyvidéki területeken elhelyezkedő erőműveknél is alkalmazzák, ahol a víz jellemzően bőségesebb (1. ábra). Miért van ez így? Az utóbbi években a rendelkezésre álló víz hiányán kívül sokkal több ok is indokolja, hogy általában véve a száraz hűtést, és különösen a léghűtéses kondenzátort (ACC) fontolóra vegyék (lásd az oldalsávot). Erős jelek mutatnak például arra, hogy a száraz hűtési alkalmazások egyre inkább az erőművek szokásos tervezési lehetőségévé válnak. Valójában még a bőséges vízkészletekkel rendelkező területek – mint Anglia, Írország, Belgium, Luxemburg és Észak-Olaszország (2. ábra) – is átveszik ezt a technológiát. Valójában Európa legnagyobb kombinált ciklusú erőműve 1200 MW teljesítményű, és léghűtéses kondenzátort használ.

Kína nagyon aggódik a vízkészleteinek további terhelése miatt, ezért számos új erőművében száraz hűtést alkalmaz. Valójában Kína az új erőművek növekvő flottájának több mint 35 000 MW-jára telepített léghűtéses kondenzátorokat, és az elmúlt néhány évben uralta a piacot a telepítések terén (3. ábra). Az elmúlt két évben Kína havonta átlagosan egy új ACC-t vásárolt új széntüzelésű erőművekhez, jellemzően 2 x 300 MW vagy 2 x 600 MW kapacitással (4. ábra).

Kínában, valamint a világ más pontjain is, egy erőmű telephelyének már nem kell vízforrás közelében lennie, ha az ACC-t választják. Ehelyett a helyszín optimalizálható a távvezetékek és a gázelosztó vezetékek (kombinált ciklusú erőművek esetében) vagy a vasútvonalak (széntüzelésű erőművek esetében) tekintetében. Kínában a szilárd tüzelőanyaggal működő erőművek általában szénbányák közelében találhatók, ami megmagyarázza az ország közelmúltbeli érdeklődését a léghűtés iránt.

Végül a telekköltségek is csökkenthetők, ha nincs szükség tó-, folyó- vagy óceánparti telephelyre.

A piaci trendek pozitívak

Az 1960-as és 1990-es évek között Európában nagyon kicsi volt a nagy vagy közepes méretű erőművek piaca. Ehelyett a nagy széntüzelésű központi erőművekre és atomerőművekre támaszkodott. Ezzel szemben a szárazhűtéses konstrukciók népszerűsége nőtt a Közel-Keleten, Kínában, Dél-Afrikában és az Egyesült Államokban, a vízhiány miatt (szénbányáknál, sivatagi környezetben vagy más hasonló okokból). 1990 után a száraz hűtés világpiaca robbanásszerű növekedésnek indult, és csak az elmúlt 13 évben mintegy hússzorosára nőtt (5. ábra).

Nagyon rövid távon a szárazhűtő berendezések piaca valószínűleg továbbra is igen aktív lesz Kínában, figyelembe véve a gyorsan növekvő ország hatalmas elektromos igényeit. Európában is ésszerű növekedés várható, mivel az Európai Unió számos országa megújult érdeklődést mutat a jövőbeli vízellátásuk kezelése iránt. A Közel-Kelet (az Emirátusok területe) és India minden bizonnyal szintén két nagyon fontos piaccá válik a közeljövőben. Az Egyesült Államokban a piac 2005 közepe óta folyamatosan növekszik.

Egy esettanulmány: Az Astoria Energy erőmű, New York City

Talán az egyik legnagyobb kihívást jelentő kombinált ciklusú projekt volt az 550 MW-os Astoria Energy projekt, amely egy 23 hektáros területen épült az East River mentén, Astoriában (Queens, New York City (NYC)). Az ACC tervezése során 36 láb átmérőjű, alacsony zajszintre tervezett ventilátorokat használtak, mivel a világhírű Steinway zongoragyár hangolótermei közvetlenül az erőművel szemben vannak. A projekt 2006 májusában lépett kereskedelmi forgalomba.

Az 565 millió dolláros Astoria Energy volt a legnagyobb erőmű, amely több mint 25 éve épült New Yorkban. Az erőmű egy 2 x 1 konfiguráció, amelyet két GE 7FA gázturbina, két Alstom hővisszanyerő gőzfejlesztő (HRSG), egy Alstom gőzturbina és egy SPX Cooling Technologies léghűtéses gőzkondenzátor horgonyoz le.

A projekt kevesebb mint 24 hónappal az első lapát föld megfordítása után készült el. Ez az ütemterv egy tapasztalt erőműépítő számára úgy tűnhet, mint egy séta a Central Parkban – ha van egy zöldmezős telephelye a Középnyugaton. Nem így van ez New Yorkban, ahol a teherautók csak korlátozottan tudnak behajtani erre a kis ipari területre, ahol nincs jelentős rakodóterület. Ez azt jelenti, hogy az építési folyamatot napi, időben történő anyagszállításokkal kellett támogatni, így ez egy just-in-time építési projekt volt. Az üzem telephelye azonban mélyvízi hozzáférést biztosított a berendezések uszályos szállításához. Az Astoria Energy projekt feszegette a berendezések helyszíni modulosításának határait, és a kétéves projektidőkeret a sikerről tanúskodik.

A projekt fő kivitelezői – köztük a The Shaw Group, az Alstom Power és az SPX Cooling Technologies – átalakították a tipikus építési gyakorlatot azzal, hogy a főbb modulokat, beleértve a teljesen összeszerelt HRSG-ket és a légkondenzátort, az államon kívül szerelték össze, majd uszályon szállították a helyszínre. Az egyik érdekes gyakorlati ok, amiért a projektet jóváhagyták:

A New York-i városvezetés megköveteli, hogy a villamos energia 80%-át az öt kerületben állítsák elő, mivel a városba irányuló átviteli kapacitás korlátozott.

A New York-i engedélyezés egyik fő akadálya az volt, hogy olyan erőművet tervezzenek, amely nem használja az East River-t az egyszeri hűtéshez. Valójában a végleges engedély előírja, hogy az ACC nem fog vizet fogyasztani, és nem bocsát ki vizet a környezetbe.

Szállítás előre gyártott szerelvények. A projekt ACC-je 24 modulból/ventilátorból állt, és a New York-i várostól 300 mérföldre délre, a virginiai Norfolk közelében található hajógyárban szerelték össze. Ez a telephelyen kívüli létesítmény helyet és időt biztosított az ACC modulok előszereléséhez jóval azelőtt, hogy az Astoria telephelyen szükség lett volna rájuk. A mérsékeltebb éghajlat növelte a munka termelékenységét Virginiában, és ugyanilyen fontos, hogy a helyszínen több mint elegendő hely állt rendelkezésre az anyagok lerakásához és az emelőberendezésekhez (6. ábra).

A 24 modulos ACC-t 12 egymás melletti modulrészből építették fel (7. ábra). A 12 ACC-szekció mindegyike közel 43 láb széles x 85 láb hosszú x 49 láb magas volt, és mindegyik körülbelül 300 tonnát nyomott. Az ACC két szekcióját egy uszályra emelték, majd a két uszályt együtt vontatóhajóval szállították Virginiából a munkaterületre (8. ábra).

Gyors összeszerelés és beüzemelés. Mindössze kilenc hónappal a szerződés odaítélése után az ACC szekciók elkezdtek megérkezni az Astoria telephelyre a végső összeszereléshez. Amikor az uszályok megérkeztek a munkaterületre, azonnal lerakták őket egy alacsony profilú, ipari szilárdságú motoros dollira, és a már a helyszínen felállított ACC acél tartószerkezet mellé gurították őket (9. ábra). Egy 1000 tonnás daru emelte a 12 modul mindegyikét a helyére, hetente körülbelül két szekciót (10. ábra).

A szintén a helyszínen kívül előre összeszerelt gőzcsatorna a hosszú uszály mérete által meghatározott hosszúságban érkezett meg a végső összeszereléshez a munkaterületre. Összességében az ACC összeszereléséhez szükséges összes munkaóra 80%-át Virginiában dolgozták le, ami jelentős költségmegtakarítást eredményezett a helyszíni gyártáshoz képest (11. ábra). Emellett a térség más ACC kombinált ciklusú projektjeivel összehasonlítva a moduláris megközelítés könnyedén 50%-kal csökkentette az ACC-k telepítéséhez szükséges időt.

-William Wurtz ([email protected]) az SPX Cooling Technologies Inc.

amerikai száraz hűtés alelnöke és általános igazgatója.