Äldre kraftverk med genomgående kylsystem genererar ungefär en tredjedel av all el i USA, men deras framtida produktionskapacitet kommer att underskridas av torka och stigande vattentemperaturer kopplade till klimatförändringar. Dessa effekter skulle förvärras av miljöbestämmelser som begränsar vattenanvändning.

Lösningen är att inte skrota regelverket, visar en ny Duke University -studie. Det är att skrota de gamla kylsystemen.

"Om vi ​​vill ha tillförlitlig el och, på samma gång, skydda sjöarna och floderna som ger växterna kylvatten, vi måste eftermontera anläggningarna med recirkulerande kylsystem, "sa Lincoln F. Pratson, Gendell familjeprofessor i energi och miljö vid Duke's Nicholas School of the Environment.

Den nya studien visar att om ytvattnen värms 3 grader Celsius och flodflöden sjunker 20 procent-båda är troliga i slutet av seklet-kommer torka-relaterade effekter att stå för cirka 20 procent av alla kapacitetsminskningar vid termoelektriska kraftverk med en gång, eller öppen slinga, kylsystem. Dessa minskningar inkluderar kapacitetsbegränsningar eller avstängningar som kan uppstå när lokala ytvattennivåer sjunker vid en anläggnings intagsstrukturer.

Miljöbestämmelser som styr en anläggnings vattenanvändning och den maximala temperaturen på använt kylvatten som det kan släppa ut i floder eller sjöar kommer att stå för mycket av de återstående 80 procent av framtida avstängningar och kapacitetsnedskärningar, Sa Pratson.

"Det är förvånande att effekterna av torka kommer att vara så mycket större än de av varmare temperaturer, som vi uppskattar kommer att stå för lite mer än 2 procent av minskningarna, "sa Candise L. Henry, en doktorsexamen 2018 examen från Duke's Nicholas School, som ledde studien som en del av sin doktorsavhandling. "Men det är också förvånande att torkpåverkan kommer att vara så mycket mindre än reglerande effekter."

"Lyckligtvis, nästan alla dessa effekter kan mildras genom att byta till recirkulerande kylsystem, "Sa Henry.

Termoelektriska kraftverk använder ångdrivna turbiner för att generera sin energi. När ångan har passerat genom turbinerna måste den svalna. Enstaka system gör detta genom att dra in kallt vatten från närliggande floder eller sjöar, cirkulera den genom rör för att absorbera ångans värme, och tömmer det uppvärmda vattnet tillbaka i floden eller sjön.

I återcirkulationssystem, vatten från ett kyltorn används för att absorbera ångans värme och leds sedan tillbaka till tornet där värmen släpps ut genom avdunstning. Växter med denna typ av system släpper inte ut uppvärmt vatten till ytvatten och behöver bara ersätta den del av kylvattentillförseln som går förlorad genom avdunstning, gör dem mindre sårbara för torkpåverkan och miljöbestämmelser.

"Just nu, det är ganska vanligt att anläggningar beviljas provisoriska undantag från regler för högsta tillåtna temperatur på utsläppt vatten, men om reglerna blir strängare under framtida förvaltningar, vi kunde se fler inskränkningar eller avstängningar av kraftverk som en gång genomgått, "sa Henry, som nu är postdoktor vid Carnegie Institution for Science vid Stanford University.

Hon och Pratson publicerade sina fackgranskade fynd den 8 mars Miljövetenskap och teknik .

För att genomföra sin studie, de analyserade sju års drifts- och meteorologiska data för 52 östra amerikanska kraftverk med en gång genomgående kylsystem. Med hjälp av en elproduktionsmodell, de kammade data - som sträckte sig över åren 2007 till 2014, när allvarliga torka påverkade stora delar av Sydost - för att spåra hur timförändringar i lokala vattentemperaturer och flödeshastigheter påverkade varje anläggnings maximala effekt.

Genom att köra modellen under sju olika vattentillgänglighets- och temperaturscenarier, de kunde reta isär vilken procentandel av de totala förändringarna i produktionskapaciteten som orsakades av stigande vattentemperaturer, vilken del härrörde från minskat vattenflöde, och hur mycket som var kopplat till regelefterlevnad. Med hjälp av prognoser för uppvärmning och vattenflöde för det kommande århundradet, de uppskattade de troliga framtida effekterna av varje faktor.

"Tidigare studier samlade effekterna av torka, vattentemperaturer och miljöreglering tillsammans, "Noterade Pratson." Genom att dra isär dem, vi får en mycket tydligare bild av vad de stora hoten kommer att vara och vad vi kan göra för att mildra dem. "

Det faktum att torkpåverkan kommer att vara så mycket större än de som orsakas av varmare vatten understryker behovet av att prioritera begränsningsstrategier som fokuserar på vattenflöde, han sa. Förutom att installera recirkulerande kylsystem, dessa strategier inkluderar installation av dammar för att hålla kylvattenreserver; lokalisering av nya växter på större vattendrag; och genomföra strängare förvaltningsplaner för vattendelare för att reglera vattenanvändningen för alla användare som ligger vid en flod eller sjö.