В настоящее время пресная вода стала важнейшим ресурсом с растущим спросом из-за увеличения численности населения и экономической активности. Кроме того необходимы производственные воды тепловых электростанций для энергетической системы. В то же время цели охраны и улучшения состояния окружающей среды требуют улучшения качества воды для поддержания дикой природы и отдыха. Хотя последствия глобального изменения климата являются неопределенными, ожидается что их общее воздействие будет заключаться в дальнейшем сокращении доступности воды.
Есть много стран особенно уязвимых к нехватке воды из-за быстрого роста численности населения и малого количества осадков.
Доступность воды необходима для работы теплоэлектростанций. Кроме того из-за растущих потребностей муниципалитетов, сельского хозяйства и промышленности нужны поставки поверхностных или подземных вод. Дефицит воды может сдерживать развитие в безводных регионах и влияет на топологию электросети, которая передает электроэнергию между регионами.
Фактически, на производство термоэлектрической энергии приходится около 40 процентов всего забора пресной воды в мире.
Около половины электростанций по-прежнему используют технологию однократного охлаждения – воду, отбираемую из окружающей среды.
Вода проходит через систему охлаждения только один раз, прежде чем быть сброшенной обратно в окружающую среду. Если термоэлектрическая электростанция не может удовлетворить свои требования по выводу энергии, ей придется либо снизить выходную мощность, либо остановиться.
Растущее потребление электроэнергии и воды
Конкуренция за ограниченные запасы воды оказала давление на сектор электроэнергетики, вынуждая её использовать меньше жидкости, а региональные власти — более интенсивно управлять водными ресурсами. В водном секторе также уделяется все большее внимание энергосбережению, особенно в районах с низким уровнем воды. Для нормального водообеспечения требуются большие затраты на перекачку, транспортировку и очистку для удовлетворения потребностей.
Рассматриваемая проблема должна поддерживать устойчивый рост уровня жизни, включая электроэнергию. Её должно быть достаточно для поддержания роста, а также удовлетворения потребностям, которые могут быть удовлетворены за счет чистых и обильных водных ресурсов.
Если для удовлетворения текущих потребностей запасы воды истощаются или загрязняются, они становятся недоступными для использования в будущем. В сегодняшнем климате, когда доступность воды уменьшается, устойчивое региональное развитие требует комплексного планирования водных и энергетических инфраструктур.
Нагрузку на водоснабжение можно снизить за счет применения инновационных подходов к водосбережению. Водосбережение включает в себя как инструменты регионального планирования, так и меры по сокращению потребления воды термоэлектрическими станциями.
Выбор технологии охлаждения и другие решения, влияющие на водопотребление, являются частью общего процесса размещения и проектирования установки, в которой местоположение, доступность топлива и инфраструктура передачи исторически были более мощными факторами, чем доступность воды.
В будущем соображения, связанные с водными ресурсами, будут играть важную роль в общем процессе размещения и планирования электростанций.
Где вода менее доступна или более затратна в получении и использовании в системах охлаждения будут использоваться водосберегающие технологии.
Для чего в электростанциях нужна вода
В электростанциях где вырабатывается пар использование воды необходимо для охлаждения. 
В простом паровом цикле существует замкнутый контур потока воды, называемый котельной водой. Тепло преобразует жидкую воду в пар в котле. Тепло обычно создается при сжигании такого топлива, как уголь, атомная энергия или газ, хотя источником тепла также может быть биомасса, солнечная энергия или геотермальная энергия.
Пар под давлением поступает из котла в турбину, где он расширяется и вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, который производит электричество. Пар, выходящий из турбины, направляется в конденсатор, где охлаждающая вода, текущая снаружи водяного контура котла, способствует преобразованию пара обратно в жидкость дополнительно охлаждая её. Охлажденная бойлерная вода поступает обратно в котел и начинает подачу бойлерной воды повторяя паровой цикл заново.
Нагретая охлаждающая вода, выходящая из конденсатора, теперь должна либо отводиться в окружающий водоем и заменяться новым потоком холодной воды (один раз через охлаждение), либо охлаждаться градирней и возвращаться обратно в конденсатор (охлаждение по замкнутому циклу).
Градирня охлаждается главным образом за счет испарения.
Часть воды, рециркулируемой системой градирни, должна быть сброшена, чтобы предотвратить достижение солями уровня концентрации, который мог бы вызвать значительные проблемы с образованием накипи. Поток сбрасываемой воды называется продувкой. Поток воды, который необходимо принять для восполнения потерь при продувке и испарении, называется подпиточной водой.
Технологические решения проблемы нехватки воды
На электростанциях уже используется широкий спектр процессов для рекуперации, рециркуляции и повторного использования воды.
Очистка воды
Вода обрабатывается для выделения загрязняющих веществ и отправки свежей воды обратно для охлаждения или других целей. Это уменьшает количество пресной воды, необходимого для подпитки. Первым шагом в повторном использовании воды является направление продувки охлаждающей воды в утилизационные пруды, из которых полученная над осадочная жидкость обрабатывается и возвращается обратно в установку.
Процессы очистки воды, обычно используемые для содействия повторному использованию воды и нулевому сбросу жидкости, включают обратный осмос и выпаривание.
Сухое и гибридное охлаждение
Сухое и гибридное охлаждение — это технологии, открывающие широкие возможности для экономии жидкости.
Сухое охлаждение использует воздух вместо воды для отвода тепла и охлаждения конденсаторов. Сухое охлаждение значительно снижает потребление воды и повышает гибкость размещения электростанции, но сопряжено с более высокими капитальными затратами, чем мокрое охлаждение, и снижает производительность электростанции в жаркую погоду. Воздействие ветра также может снизить эффективность систем сухого охлаждения. Гибридные системы — это, по сути, сухие системы с просто достаточным влажным охлаждением для поддержания необходимой эффективности выработки электроэнергии в самые жаркие дни года.
Меньшая, но все же значительная дополнительная экономия воды может быть достигнута на угольных электростанциях за счет использования водосберегающих технологий из дымовых газов и механических систем, которые не используют воду.
Последствия и решения
Использование уже загрязненных источников воды (например, стоки очистных сооружений, соленые или солоноватые грунтовые воды, сельскохозяйственные стоки, дренаж заброшенных шахт и вода, полученная с нефтью и добычей газа) может сохранить пресные поверхностные и подземные источники. В настоящее время утилизируется около 8 процентов городских сточных вод, а остальная часть представляет собой огромный неиспользованный ресурс. Однако важно признать, что этот процент сильно варьируется в зависимости от местности. По мере роста населения количество сточных вод будет расти, и, вероятно, спрос на использование сточных вод будет увеличиваться. Темпы роста будут сдерживаться мерами по сохранению и общественным признанием.
Проблемы, связанные с использованием городских сточных вод для охлаждения, могут включать обработку сточных вод более низкого качества для удовлетворения потребностей в регулировании работы станции и сбросов, большие транспортные расстояния между муниципальными точками сброса и водозаборами электростанции, а также возможные внезапные изменения качества сточных вод муниципальных очистных сооружений.
Водосбережение и эффективное водопользование
Одним из ощутимых преимуществ экономии воды для электрогенераторов является снижение затрат на приобретение, доставку и обработку воды для использования на электростанциях.
Хотя во многих странах запасы воды ограничены, существует большой потенциал для снижения этих ограничений за счет повышения водосбережения и эффективного водопользования. Благодаря научно-техническим исследованиям этот потенциал может быть расширен, а затраты, связанные с его реализацией, снижены.
Относительные преимущества отдельных технологий и практик по сохранению воды и повышению эффективности водопользования зависят от места. Поэтому имеет смысл создать набор инструментов из этих технологий и практик, из которых заинтересованные стороны могли бы выбирать систему водосбережения.
Наконец, крайне важно признать, что повышение энергоэффективности и энергосбережение необходимы, но не достаточные условия для устойчивого развития. Устойчивое развитие требует, чтобы совокупные потребности в воде и энергии были сбалансированы с имеющимися ресурсами и чтобы управление энергетическими и водными активами было комплексным.
