Атомна енергетика

Зміна клімату ставить під загрозу роботу АЕС та електростанцій, що працюють на викопному паливі, через потенційний брак води

Дослідники та експерти у галузі енергетики вважають, що глобальне потепління та збільшення споживання води людством ставлять під загрозу роботу атомних електростанцій та електростанцій, що працюють на викопному паливі, оскільки ті потребують прісну воду для охолодження. Може трапитися так, що ці об’єкти будуть не в змозі працювати на піковій потужності або будуть змушені взагалі тимчасово припинити роботу, навіть за умов, коли попит на їхні послуги (для охолодження приміщень і для інших сфер використання) збільшуватиметься.

Проблеми дефіциту води, що посилюються через зміну клімату, створюють короткостроковий та довгостроковий ризики для ГЕС та АЕС у всьому світі. Наприклад, у США (за виключенням Аляски та Гаваїв) більше як половина електростанцій, що працюють на викопному паливі, та атомних електростанцій розташовані в районах, які за прогнозами компанії S&P Global Market Intelligence вже до кінця цього десятиліття стикнуться з браком води.

Утім, загальний рівень залежності підприємств з вироблення електроенергії від пов’язаних з водою ризиків може зменшитися, оскільки у галузі дотримуються стратегій відходу від вугільної енергетики та заміни водозалежних електростанцій на вітрові та сонячні, потреби яких у воді незначні або взагалі відсутні. Деякі компанії також впроваджують управління водними ресурсами та відповідні інвестиційні стратегії для зменшення дії подібних ризиків.

З часом проблеми з водою стають все важливішими для комунальних підприємств, говорить Алекс Бонд, заступник генерального радника з питань енергетики та навколишнього середовища компанії Edison Electric Institute’s (EEI) — асоціації американських комунальних підприємств, що належать інвесторам. Бонд зазначає, що нестача води є одним із компонентів стійкості, який наразі контролюють та аналізують комунальні підприємства. «Наші компанії дуже серйозно ставляться до стійкості електричного сектору», — заявив він.

Згідно з прогнозами «Атласу ризику нестачі води» Всесвітнього інституту ресурсів, брак води (ситуація, коли конкуренція людства за воду перевищить швидкість, з якою природа може поповнювати запаси) може істотно зрости до 2030 року в схильних до посухи районах через зміну клімату. Згідно з даними цього Атласу та даними дослідження S&P Global Market Intelligence близько 61,8 % існуючих електростанцій у США (крім Аляски та Гаваїв), що працюють на викопному паливі, та атомних електростанціях, загальною експлуатаційною потужністю 535 ГВт, знаходяться в районах, які можуть зіткнутися із дефіцитом води від середнього до надзвичайно високого рівня у 2030 році. Ба більше, 68,6 % електростанцій, що працюють на природному газі, 73,3 % електростанцій, що працюють на нафті, 61,0 % АЕС та 44,6 % електростанцій, що працюють на вугіллі, цієї самої території перебувають в регіонах, де очікується нестача води від середньо-високого до надзвичайно високого рівня.

«Оскільки ми спостерігаємо зменшення снігового покриву, який є природним водосховищем у горах, і оскільки на Заході США взагалі спостерігається зменшення загальної кількості опадів й обсягу доступної води, енергетичний сектор дійсно зіштовхнеться із серйозними проблемами», — зауважує Бетсі Отто, директорка Глобальної водної програми Всесвітнього інституту ресурсів. Вчені також стверджують, що у західній частині США вже розпочинається мегапосуха, яка може тривати понад 20 років.

Отто також зазначила, що деякі інші регіони США, які не вважають проблемними з точки зору забезпечення водними ресурсами, вже стикаються з хронічними викликами з водою. І якщо цю тенденцію не зупинити, ці виклики можуть перетворитися на справжні проблеми у разі тривалої посухи, спеки та інших значних екстремальних погодних явищ.

Ряд комунальних підприємств використовує «Атлас» Всесвітнього інституту ресурсів для оцінки власних водних ризиків у щорічних звітах до CDP (Проєкту з розкриття інформації щодо викидів вуглецю) та інших організацій. Але ці звіти, як правило, зосереджені на поточних моделях нестачі води Атласу, а не на майбутніх прогнозах щодо клімату. Поточні моделі нестачі води від Всесвітнього інституту ресурсів свідчать, що низка регіонів, які стикаються із дефіцитом води зараз, перебуватимуть у такій самій, якщо не гіршій, ситуації і наприкінці десятиліття.

Подібну інформації надала в серпні і корпорація Moody’s Investors Service, повідомивши, що близько 48 ГВт атомних потужностей у США стикаються з підвищеним рівнем впливу комбінованого водного та теплового стресу.

У гарячій воді

Розташування електростанції — не єдиний чинник, який визначає її вразливість до водного стресу. За даними науковців, ключовими чинниками також є джерело води заводу, технологія охолодження та температура води при виводі. Аналіз S&P Global Market Intelligence з використанням інструменту Всесвітнього інституту ресурсів не враховує ці три фактори.

Крім того, підвищення температури навколишнього повітря та води може також створити операційні та юридичні проблеми для електростанцій. Оскільки заводи здебільшого використовують воду для охолодження систем, «якщо ця вода гаряча або тепла «на вході», у цьому немає нічого хорошого, адже таким чином продуктивність електростанції падає», а це також означає, що завод ризикує порушити федеральні обмеження температури води при скиданні, пояснює Ауруп Гангулі, директор лабораторії коледжу інженерної стійкості та наук про дані при Північно-Східному університеті.

Гангулі виступив співавтором дослідження, яке показало, що до 2030-х років спричинений зміною клімату водний стрес у вигляді підвищених температур води та обмежених запасів прісної води зашкодить роботі ТЕС. Згідно з дослідженням 2017 року, американські АЕС та електростанції, що працюють на викопному паливі, на той час використовували близько 610 млрд літрів прісної води на день, що становить 45 % щоденного споживання прісної води в країні. 90 % цієї води йде на охолодження.

Технології, що використовуються електростанцією, також можуть суттєво змінити кількість необхідної води. Технологія сухого охолодження використовує дуже мало води, але є дорожчою та менш ефективною, ніж альтернативні варіанти. І хоча прямоточні системи охолодження потребують більше води, ніж оборотні системи, прямоточні системи повертають майже всю воду до джерела, тоді як оборотні споживають більше води через випаровування.

Як може допомогти перехід на «чисту» енергію

Деякі комунальні підприємства, які мають електростанції в районах, схильних до водного стресу, ставлять перед собою амбіційні цілі переходу на відновлювальні джерела електроенергії та досягнення нульових викидів до 2050 року чи навіть раніше. Тож комунальні підприємства пришвидшують інвестиції у вітрові та сонячні енергетичні об’єкти, які практично не використовують воду, та енергоблоки, що працюють на природному газі, які використовують менше води, ніж вугільні та атомні електростанції. Як результат, комунальні підприємства зменшують загальний рівень споживання води.

За три роки компанія Duke Energy, яка ставить за мету досягти нульових викидів, скоротила витрати води для виробництва електроенергії на 12 %: з 20 000 млрд літрів у 2017 році до 17 600 млрд літрів у 2019 році, згідно зі звітом компанії щодо стійкості. Duke Energy виробляє близько 28 000 МВт у районах, які, за прогнозами, стикнуться з нестачею води у 2030 році. У своєму звіті про воду за 2019 рік до CDP компанія зазначила, що, переходячи від прямоточного охолодження до охолодження із закритим циклом та відновлюваних джерел енергії, вона очікує подальшого зменшення використання води.

В електронному листі Duke Energy зазначила, що станом на 2019 рік всі її електростанції знаходяться у районах із низьким або низькосереднім рівнем ризику щодо якості води, і лише три станції мають ризик середнього та середньовисокого рівня.

«Усі три станції розташовані на водосховищах. І ми взаємодіємо з нашими зацікавленими сторонами щодо пов’язаних з водою питань», — повідомила прессекретар компанії Кім Кроуфорд. Вона також зазначила, що деякі електростанції, зокрема дві у Флориді, які, за прогнозом на основі «Атласу» зіткнуться з дефіцитом води у 2030 році, використовують меліоровану воду для охолодження завдяки партнерству з місцевими органами влади.

За словами представниці компанії WEC Energy Group, Inc. Елісон Труї дочірні компанії корпорації — We Energies та Wisconsin Public Service Corp. істотно скоротили комбіноване споживання охолоджувальної та технологічної води та загальний рівень скидання зі своїх електростанцій, перейшовши частково з електрогенерації з використанням вугілля на генерацію на основі газу, а ще додавши відновлювану електроенергію.

Подібним чином, компанія NextEra Energy Inc., яка має найбільші загальні виробничі потужності в районах США, які, за прогнозами, зазнають браку води, у своєму останньому звіті про охорону навколишнього середовища, соціальну сферу й управління зазначила, що уникнула використання понад 53 млрд літрів води у 2019 році завдяки інвестиціям у вітрову й сонячну енергетику.

Ба більше, NextEra заявила, що джерелом майже 80% води, яку її електростанції використали у 2019 році, стала морська вода, якій «не загрожують посухи». За даними NextEra, лише дві електростанції компанії знаходяться в районах, які зараз мають високий або надзвичайно високий рівень водного стресу, і ці станції споживають менше ніж 1% від загального рівня споживання води компанією.

Комунальні підприємства вживають заходів для подолання водних ризиків

Однак у минулому компанія NextEra стикалася з проблемами водного стресу. Посуха у 2014 році призвела до підвищення температури води в єдиній у своєму роді системі охолодження атомно-газової електростанції Turkey Point компанії в окрузі Маямі-Дейд, штат Флорида. І комунальному підприємству довелося отримати федеральний дозвіл перевищити температурну межу системи охолодження електростанції, щоб завод продовжував працювати.

NextEra працювала над довгостроковими рішеннями для електростанції. У червні 2020 року комісія округу Маямі-Дейд схвалила пропозицію дочірньої компанії Florida Power & Light Co. щодо проєкту, який щоденно використовуватиме 57 млн літрів рекультивованих стічних вод округу для охолодження блоку 5 електростанції Turkey Point. Наразі для градирень використовується солонувата вода з флоридського водоносного горизонту.

Інше комунальне підприємство, яке використовує технічну місцеву воду, — Salt River Project (SRP). Компанія виробляє електроенергію та забезпечує водою міську агломерацію Фенікса. SRP використовує експертні знання у царині використання води, щоб «забезпечити доступ наших електростанцій до надійних джерел водопостачання, включаючи резервні запаси у періоди посухи», — заявила в електронному листі директорка з питань водних стратегій компанії Кріста Макджункін. Вона зазначила, що багато електростанцій компанії мають доступ до численних джерел води, і що атомна електростанція Palo Verde, у якій SRP належить 17,5 % акцій, повністю покладається на стічні води з великих міст. За словами директорки, до 2035 року SRP також має на меті зменшити споживання води на електростанціях на 20 % у порівнянні з рівнем 2005 року.

Компані Exelon, яка виробляє близько 25 900 МВт в районах, де передбачається нестача води через зміну клімату, володіє рядом ГЕС, АЕС та електростанцій, що працюють на викопному паливі, які сукупно потребують понад 150 млрд літрів води щоденно. Переважна більшість цієї води повертається до джерела.

У щорічному звіті про воду до CDP у серпні 2020 року, Exelon зазначила, що у неї є робоча група з контролю за посухами, яка звітує перед виконавчим комітетом компанії. Компанія також встановлює системи моніторингу в районах, що зазнають водного стресу. Через прогнозовані підвищені температури й посухи в Техасі, Exelon вирішила використовувати технологію сухого охолодження для двох газових електростанцій з комбінованим циклом, які було введено в експлуатацію у 2017 році. За прогнозами ці електростанції (Wolf Hollow II та Colorado Bend Energy Center II) до 2030 року знаходитимуться в районах з високим і середньовисоким рівнем водного стресу.

Контракти на використання водних ресурсів також можуть допомогти комунальним підприємствам пом’якшити водні ризики, заявив Джо Сміт, менеджер з досліджень та комунікацій Інституту енергетичної політики, який написав звіт за липень 2020 року, у якому вивчають вугільні та водні конфлікти у західних штатах США. Ряд комунальних підприємств покладається на ці контракти на використання водних ресурсів, щоб гарантувати забезпечення своїх потреб.

Наприклад, компанія Evergy Inc., яка генерує близько 5 900 МВт у районах, які, як передбачається, зіткнуться з браком стресом, зазначила в електронному листі, що управляє водним ризиком, пов’язаним з її діяльністю, поєднуючи використання прав на водопостачання, контрактів на забезпечення посухи та контрактів на використання водних ресурсів. Evergy Inc. також відстежує власне використання води та, за необхідності, реалізує проєкти за для зменшення використання води, зазначається в електронному листі.

Державні комунальні підприємства також рухаються у напрямку вирішення водних ризиків. Міська комунальна служба Сан-Антоніо, яка генерує близько 5 760 МВт в місцях, де передбачається дефіцит води, має готові плани управління у разі посухи. Як і інші, компанія зменшила споживання води, закривши вугільні електростанції та додавши відновлювані джерела енергії, заявила речниця CPS Energy Нора Кастро.

«Ми не можемо виробляти електроенергію без води. І не можемо забезпечити Сан-Антоніо необхідним об’ємом води без електрики, тому ми цінуємо й поважаємо наш дорогоцінний водний ресурс і регулярно вживаємо заходів для забезпечення його захисту», — заявила Кастро в електронному листі.

 

Автори:Естер Вілдон, Тейлор Куйкендол
Джерело: spglobal.com