Ilmajäähdytteiset lauhduttimet vähentävät laitoksen vedenkäyttöä

Monien voimalaitosten on pakko muuttuvien ympäristölainsäädäntöjen ja julkisen painostuksen vuoksi jälkiasentaa olemassa olevat voimalaitokset suljetuille jäähdytysvesijärjestelmille tai jopa kuivajäähdytysvaihtoehdoille sen sijaan, että ne jatkaisivat kertaalleen joen tai valtameren läpi johdettavan jäähdytysveden käyttöä. Erityisesti kuivilla alueilla vettä ei yksinkertaisesti ole riittävästi, jotta voimaloiden ja ihmisten tarpeet voitaisiin tyydyttää samanaikaisesti. (Ks. POWER, tammikuu 2008, ”Costlier, scarcer supplies dictate making thermal plants less thirsty.”)

Pragmaattinen rakennuttaja voi myös valita kuivajäähdytyksen hankkeen alkuvaiheessa, koska se lisää voimaloiden sijoituspaikkavaihtoehtoja ja sen käyttö voi nopeuttaa huomattavasti rakennuslupien hyväksymistä, koska vedenkäyttöön liittyvät kysymykset ovat poissa pelistä. Hankkeen aikataulun lyhentäminen jopa kuudella kuukaudella voi muuttaa hankkeen talouden täysin ja tasapainottaa helposti kuivajäähdytysvaihtoehtojen lisääntyneet pääomakustannukset.

Kuivajäähdytyssovellukset Yhdysvalloissa eivät ole rajoittuneet vain kuiville alueille, vaan ne on määritetty myös laitoksille, jotka on sijoitettu itäisille, pohjoisille ja vuoristoisille alueille, joissa vettä on yleensä runsaammin (kuva 1). Miksi näin on? Viime vuosina kuivajäähdytyksen ja erityisesti ilmajäähdytteisen lauhduttimen (ACC) harkitsemiseen on ollut paljon muitakin syitä kuin vain käytettävissä olevan veden puute (ks. sivupalkki). On esimerkiksi vahvoja merkkejä siitä, että kuivajäähdytyssovelluksista on tulossa tavanomainen voimalaitosten suunnitteluvaihtoehto. Jopa alueilla, joilla on runsaasti vesivaroja, kuten Englannissa, Irlannissa, Belgiassa, Luxemburgissa ja Pohjois-Italiassa (kuva 2), otetaan käyttöön tätä tekniikkaa. Euroopan suurin yhdistetyn kierron voimalaitos on nimellisteholtaan 1 200 MW, ja siinä käytetään ilmajäähdytteistä lauhdutinta.

Kiina on hyvin huolissaan vesivarantojensa kuormittumisesta entisestään ja on ottanut käyttöön kuivajäähdytyksen monissa uusissa voimaloissaan. Kiina on itse asiassa asentanut ilmajäähdytteisiä lauhduttimia yli 35 000 MW:n kasvavaan uuteen voimalaitoskantaansa, ja se on hallinnut asennusten markkinoita viime vuosina (kuva 3). Kahden viime vuoden aikana Kiina on ostanut keskimäärin yhden uuden ACC:n kuukaudessa uusiin hiilivoimaloihin, joiden tyypillinen kapasiteetti on 2 x 300 MW tai 2 x 600 MW (kuva 4).

Kiinassa, kuten myös muualla maailmassa, laitospaikan ei enää tarvitse sijaita lähellä vesilähdettä, jos ACC valitaan. Sen sijaan sijainti voidaan optimoida siirtolinjojen ja joko kaasunjakelulinjojen (kombivoimalaitokset) tai rautatielinjojen (hiilivoimalat) suhteen. Kiinassa kiinteän polttoaineen voimalaitokset sijaitsevat yleensä hiilikaivosten läheisyydessä, mikä selittää maan viimeaikaisen kiinnostuksen ilmajäähdytystä kohtaan.

Loppujen lopuksi tonttikustannuksia voidaan alentaa, kun laitospaikkaa ei tarvita järven, joen tai valtameren rannalla.

Markkinoiden kehityssuuntaukset myönteisiä

Euroopassa oli 1960-1990-lukujen välisenä aikana hyvin pienet markkinat suurille tai keskikokoisille voimaloille. Sen sijaan se tukeutui suuriin hiilikäyttöisiin keskusvoimaloihin ja ydinvoimaloihin. Kuivajäähdytysmallien suosio sen sijaan kasvoi Lähi-idässä, Kiinassa, Etelä-Afrikassa ja Yhdysvalloissa, mikä johtui veden puutteesta (hiilikaivoksissa, aavikkoalueilla tai muista vastaavista syistä). Vuoden 1990 jälkeen kuivajäähdytyksen maailmanmarkkinat alkoivat kasvaa räjähdysmäisesti ja ovat noin 20-kertaistuneet pelkästään viimeisten 13 vuoden aikana (kuva 5).

Kuivajäähdytyslaitteiden markkinat pysyvät todennäköisesti hyvin aktiivisina Kiinassa hyvin lyhyellä aikavälillä, kun otetaan huomioon tämän nopeasti kasvavan maan valtava sähkötarve. Myös Euroopassa odotetaan kohtuullista kasvua, sillä monet Euroopan unionin maat ovat jälleen kiinnostuneita tulevaisuuden vesivarojensa hallinnasta. Lähi-idästä (Arabiemiraattien alue) ja Intiasta tulee lähitulevaisuudessa varmasti myös kaksi erittäin tärkeää markkina-aluetta. Yhdysvalloissa markkinat ovat kasvaneet tasaisesti vuoden 2005 puolivälistä lähtien.

Tapaustutkimus: Astoria Energyn voimalaitos, New York City

Ehkä yksi kaikkien aikojen haastavimmista kombivoimalaitoshankkeista oli Astoria Energyn 550 MW:n voimalaitoshanke, joka rakennettiin 23 hehtaarin suuruiselle tontille East Riverin varrelle Astoriaan, Queensin osavaltioon New York Cityssä (NYC). ACC:n suunnittelussa käytettiin halkaisijaltaan 36 jalkaa olevia puhaltimia, jotka oli suunniteltu hiljaisiksi, koska maailmankuulun Steinwayn pianotehtaan virityshuoneet sijaitsevat suoraan vastapäätä laitosta. Hanke otettiin kaupalliseen käyttöön toukokuussa 2006.

565 miljoonaa dollaria maksanut Astoria Energy oli suurin NYC:hen rakennettu laitos yli 25 vuoteen. Laitos on 2 x 1-kokoonpano, jossa on kaksi GE 7FA -kaasuturbiinia, kaksi Alstomin lämmöntalteenottohöyrygeneraattoria (HRSG), Alstomin höyryturbiini ja SPX Cooling Technologiesin ilmajäähdytteinen höyrylauhdutin.

Hanke valmistui alle 24 kuukautta sen jälkeen, kun ensimmäinen lapio multaa oli käännetty. Tämä aikataulu saattaa tuntua kokeneesta laitosrakentajasta kävelyltä Central Parkissa – jos sinulla on viheralue Keskilännessä. Toisin on NYC:ssä, jossa kuorma-autoilla on rajoitettu pääsy tälle pienelle teollisuusalueelle, jolla ei ole merkittävää seisonta-aluetta. Tämä tarkoittaa, että rakennusjärjestystä oli tuettava päivittäisillä, oikea-aikaisilla materiaalitoimituksilla, joten kyseessä oli ”just-in-time”-rakennusprojekti. Tehdasalueella oli kuitenkin syvä vesiliikenneyhteys, joka mahdollisti laitetoimitukset proomuilla. Astoria Energyn hanke koetteli laitteiston modulaarisuuden rajoja, ja hankkeen kahden vuoden aikataulu on osoitus sen onnistumisesta.

Hankkeen pääurakoitsijat, joihin kuuluivat The Shaw Group, Alstom Power ja SPX Cooling Technologies, muuttivat tyypillisiä rakentamiskäytäntöjä kokoamalla suurimmat moduulit, mukaan lukien valmiiksi kootut HRSG-yksiköt ja ilmalauhduttimet, muualla kuin osavaltiossa sijaitsevissa osavaltioissa ja kuljettamalla ne sitten proomuilla työmaalle. Yksi mielenkiintoinen käytännön syy siihen, että hanke hyväksyttiin: NYC vaatii, että 80 prosenttia kaikesta sähköstä tuotetaan viidessä kaupunginosassa, koska siirtokapasiteetti kaupunkiin on rajallinen.

Yksi tärkeimmistä NYC:n lupaesteistä oli suunnitella laitos, jossa ei käytettäisi East Riveriä jäähdytykseen. Itse asiassa lopullisessa luvassa täsmennetään, että ACC ei kuluta vettä eikä hylkää sitä ympäristöön.

Lähetetään tehdasvalmisteisia kokoonpanoja. Tämän hankkeen ACC-järjestelmä koostui 24 moduulista/tuulettimesta, ja se koottiin valmiiksi 300 mailia New Yorkista etelään Norfolkin lähellä Virginiassa sijaitsevalla telakalla. Tämä tuotantolaitoksen ulkopuolella sijaitseva laitos tarjosi tilaa ja aikaa ACC-moduulien esirakentamiseen hyvissä ajoin ennen kuin niitä tarvittiin Astorian työmaalla. Lauhkeampi ilmasto lisäsi työvoiman tuottavuutta Virginiassa, ja yhtä tärkeää oli se, että työmaalla oli enemmän kuin riittävästi tilaa materiaalin asettelulle ja nostolaitteille (kuva 6).

24 moduulin ACC rakennettiin 12 vierekkäiseen moduuliosaan (kuva 7). Kukin 12 ACC-osiosta oli kooltaan lähes 43 jalkaa leveä x 85 jalkaa pitkä x 49 jalkaa korkea, ja kukin niistä painoi noin 300 tonnia. Kaksi ACC:n osiota nostettiin proomulle, ja sitten kaksi proomua kuljetettiin yhdessä Virginiasta työmaalle hinaajalla (kuva 8).

Nopea kokoonpano ja käynnistys. Vain yhdeksän kuukautta sopimuksen myöntämisen jälkeen ACC-osat alkoivat saapua Astoriaan loppukokoonpanoa varten. Kun proomut saapuivat työmaalle, ne purettiin välittömästi matalaprofiiliselle teollisuuskäyttöön tarkoitetulle moottoroidulle kuljetuskalustolle ja rullattiin paikalleen ACC:n teräksisen tukirakenteen viereen, joka oli jo pystytetty työmaalle (kuva 9). Tuhannen tonnin nosturi nosti jokaisen 12 moduulin paikalleen, noin kaksi moduulia viikossa (kuva 10).

Höyrykanava, joka myös koottiin valmiiksi muualla kuin työmaalla, saapui loppukokoonpanoa varten työmaalle pituuksina, jotka määräytyivät pitkän proomun mitan mukaan. Kaiken kaikkiaan 80 prosenttia ACC:n kokoamiseen tarvittavista työtunneista tehtiin Virginiassa, mikä johti merkittäviin kustannussäästöihin verrattuna työmaalla tapahtuvaan valmistukseen (kuva 11). Lisäksi verrattuna muihin alueella toteutettuihin ACC-yhdistelmäkondensaattorihankkeisiin modulaarinen lähestymistapa lyhensi ACC:n asennukseen tarvittavaa aikaa helposti 50 %.

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

varatoimitusjohtaja ja Amerikan kuivajäähdytyksen pääjohtaja.