Жылуды суытуға арналған жасанды тоғандар

Кіріспе

Электр станциялары мен зауыттарды салқындату үшін сумен қамтамасыз ететін жасанды ашық тоғандар. Салқындату тоғаны – негізінен жылы суды салқындату және/немесе жақын орналасқан электр станциясына немесе мұнай өңдеу зауыты, қағаз және целлюлоза фабрикасы, химия зауыты, болат зауыты немесе қорыту зауыты сияқты өнеркәсіптік объектіге салқындату суын сақтау және беру мақсатымен жасалған су қоймасы.

Шолу

Салқындату тоғандары жеткілікті жер болған жағдайда, салқындату мұнараларына немесе жақын жердегі өзенге немесе жағалаудың шығанағына жылы суды тастауға балама ретінде қолданылады, бұл процеске «бір реттік салқындату» дейді. Соңғы процеске су қабылдау орындарында жылулық ластану тудыруы мүмкін. Ірі ғимараттарда салқындату мұнараларына балама ретінде салқындату тоғандары кейде кондиционерлік жүйелермен де қолданылады. Тоған энергия өндірісі кезінде өсімдіктің конденсаторларынан судағы жылу энергиясын қабылдайды, ал жылу энергиясы негізінен булану және конвекция арқылы таралады. Су тоғанда салқындағаннан кейін өсімдік оны қайта пайдаланады. Жүйеге жаңа су қосылады («толықтыру» суы) булану арқылы жоғалған суды толықтыру үшін. 1970 жылы АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі жариялаған зерттеуге сәйкес, салқындату тоғандарының жалпы электрлік құны салқындату мұнараларынан төмен, бірақ бірдей тиімділік береді. Зерттеуде салқындату тоғаны табиғи су температурасынан 5 градус Фаренгейтке дейін тиімді жұмыс істейтіні, ал әр мегаватт таратылған жылу энергиясына шамамен 4 акр аумақ қажет екені көрсетілді. Чернобыль атом электр стансасының (Припять, Украина) салқындату тоғанында, аймақтағы радиацияға қарамастан, көптеген жануарлар бар. Аймақтағы шабақ балығының (Silurus glanis) салмағы 350 фунтқа дейін жететіні және өмір сүру ұзақтығы 50 жылға дейін созылатыны туралы мәліметтер бар. Висконсин штатының Тынық мұхитындағы Колумбия энергия орталығы – 1000 МВт қуаттылығы бар көмірмен жұмыс істейтін электр стансасы. Жылуды шығару үшін салқындату тоғаны мен екі салқындату мұнарасынан тұратын екі еселі салқындату жүйесі қолданылады. Тоған мен мұнаралар жылу энергиясын жылдам таратуға көмектесетін параллель схемада байланысқан. 1994 жылы Солтүстік Кореяның Йонгбён ядролық ғылыми зерттеу орталығындағы реактор АҚШ-тың қадағалауында болды, оның ядролық отын таяқшалары реактордан алынып, осы нысанның салқындату тоғанына орналастырылды. Отын таяқшалары кейін алынып тасталды. 2,05 МВт Ashford A электр стансасында (Кент, Ұлыбритания) мұнаймен жұмыс істейтін қозғалтқыштарға салқындату суы салқындату су тоғандарынан алынып, қайта оралды. Тоғандағы негізгі салқындату механизмі су бетінен конвекция арқылы болды. 89 МВт Back o’ the’ Bank электр стансасының салқындату суы 4 су шашырату тоғаны арқылы салқындатылды. Шашыратылған тамшылардың кіші өлшемі жылу алмасуды жақсартты, булануды арттырды және тиімді салқындатуға әкелді. Әрбір салқындату тоғанының сыйымдылығы сағатына 0,75 миллион галлон (0,95 м3/с) құрады. 1963 жылы Ұлыбританияның Электр энергиясын өндіру жөніндегі орталық кеңесі (CEGB) электр стансаларынан жылы суды балық шаруашылығын қолдау үшін, демалыс мақсатында да, тағамдық мақсатта да пайдалану мүмкіндігін зерттеді. Лондондағы Гроув Роуд электр стансасында су ағаштан жасалған табиғи желдеткішті салқындату мұнараларында салқындатылып, салқындату су тоғандарына құйылды. CEGB салқындату су тоғандарына карп (Cyprinus carpio), шөп карпы, күміс карп және тилапия енгізді; балықтар жылы суда тез өсті (27 °C дейін). Украинадағы Запорожье атом электр стансасында қосымша су шашыратумен бірге үлкен салқындату тоғандары бар.

Cooling ponds are used where sufficient land is available, as an alternative to cooling towers or discharging of heated water to a nearby river or coastal bay, a process known as “once through cooling.” The latter process can cause thermal pollution of the receiving waters. Cooling ponds are also sometimes used with air conditioning systems in large buildings as an alternative to cooling towers. The pond receives thermal energy in the water from the plant’s condensers during the process of energy production and the thermal energy is then dissipated mainly through evaporation and convection. Once the water has cooled in the pond, it is reused by the plant. New water is added to the system (“make up” water) to replace the water lost through evaporation. A 1970 research study published by the U. S. Environmental Protection Agency reported that cooling ponds have a lower overall electrical cost than cooling towers while providing the same benefits. The study concluded that a cooling pond will work optimally within 5 degrees Fahrenheit of natural water temperature with an area encompassing approximately 4 acres per megawatt of dissipated thermal energy. The cooling pond at the Chernobyl Nuclear Power Plant (Pripyat, Ukraine) has abundant wildlife, despite the radiation present in the area. There are some accounts of wels catfish (Silurus glanis) growing up to 350 pounds and having a lifespan of up to 50 years in the area. The Columbia Energy Center in Pacific, Wisconsin is a coal fired power plant with a capacity of 1000 MW. A dual cooling system is used for heat rejection that consists of a cooling pond and two cooling towers. The pond and towers are connected in a parallel arrangement to help dissipate thermal energy at expedited rates. In 1994 the reactor at Yongbyon Nuclear Scientific Research Center, North Korea, was under U. S scrutiny and its nuclear fuel rods were taken out of the reactor and placed in the facility's cooling pond. The fuel rods have since been removed. At the 2.05 MW Ashford A power station Kent, UK, cooling water for the oil fired engines was obtained from, and returned to, cooling water ponds. The principal cooling mechanism in the ponds was by convection from the water surface. At the 89 MW Back o’ the’ Bank power station in Bolton UK the cooling water was cooled in 4 spray ponds. The small size of the spray droplets improved the heat transfer, increased evaporation, and led to more effective cooling. Each cooling pond had a capacity of 0.75 million gallons per hour (0.95 m3/s). In 1963 the UK’s Central Electricity Generating Board (CEGB) was researching the possibility of using warmed cooling water from power stations to support fish farming both for recreational use and for food. At Grove Road power station in London water was cooled in wooden natural draft cooling towers and fell into cooling water ponds. The CEGB introduced carp (Cyprinus carpio), grass carp, silver carp and Tilapia into the cooling water ponds; the fish grew rapidly in the warm water (up to 27 °C). Zaporizhzhia nuclear power plant, Ukraine, has massive cooling ponds with additional water spray.