Tijdens langdurige droogteperiodes moeten thermische elektriciteitscentrales soms stilgelegd worden door schaarste aan koelwater. In het afgeronde Europese Matching-project werden verschillende technologieën onderzocht die dit probleem kunnen verhelpen. De innovatieve membraantechnologie van VITO, zo blijkt uit de projectresultaten, kan alvast lonen in centrales langs rivieren met hogere droogterisico’s.
Tijdens langdurige en extreme droogteperiodes, die door de klimaatopwarming alleen maar frequenter worden, kan het peil van rivieren en ander oppervlaktewater dusdanig zakken dat overheden restricties moeten opleggen aan de inname van water. Niet alleen boeren en drinkwaterbeheerders kunnen daaronder lijden, maar ook energieproducenten. Hun (thermische) centrales nemen immers voortdurende grote hoeveelheden koelwater in: water dat deels verdampt in koeltorens en dat dus niet rechtstreeks terugstroomt naar een rivier.
Ontzouting
Binnen het Europese Horizon 2020-project genaamd Matching werden de voorbije drie jaar duurzame oplossingen bestudeerd voor het dreigende watertekort in de energiesector. VITO was een van de zestien partners binnen het project, uitgevoerd door een consortium van Europese energiebedrijven, technologieleverancers en kennisinstellingen. VITO focuste voornamelijk op het beperken van het waterverbruik in koeltorens – en dus op de optimalisatie van de waterinname en van het gebruik van koelwater – en op het koelen van geothermiecentrales met grondwater.
Het verbruik door koeltorens kan onder andere worden beperkt door het ingenomen water eerst te ontzouten. ‘Door ionen zoals calcium en magnesium te verwijderen, blijft het koelwater langer bruikbaar en moet er minder worden opgepompt’, zeggen Sofie Van Ermen en Wim De Schepper van VITO. Voor de ontzouting kunnen innovatieve elektroden worden gebruikt, een technologie die werd ontwikkeld en tevens gepatenteerd door VITO. Een pilootinstallatie met de ontzoutingstechnologie werd getest bij Engie Lab Laborec in Linkebeek, waar twee koeltorens naast elkaar functioneren. Daardoor kon het verschil in koelwaterverbruik en –efficiëntie nauwgezet worden opgemeten.
De ontzoutingstechnologie werd gedurende drie maanden (op pilootschaal) getest. De resultaten laten zien dat het zeker de moeite loont om ingenomen water eerst te ontzouten, ook al omdat dit weinig extra energie kost. ‘We zagen een significante verlaging van de intake aan koelwater’, zegt Van Ermen. ‘Bovendien waren er ook minder chemicaliën nodig.’
Te vermijden productieverlies
Terwijl het technologische plaatje mooi oogt, plaatst het economische toch enkele vraagtekens bij de potentie van de ontzoutingstechnologie. ‘Ze vereist vooralsnog een forse investering, want het gaat om een nog jonge en prille technologie’, zegt Leo De Nocker van VITO. ‘En die investering kan niet meteen worden terugverdiend voor alle centrales.’ Maar voor energieproducenten langs rivieren met een hogere kans op watertekorten tijdens droogteperiodes kan de technologie wél lonen. ‘Het terugverdieneffect is er groter omdat de installatie de centrales ervoor kan behoeden dat ze worden stilgelegd en bijgevolg geen elektriciteit kunnen produceren’, vervolgt De Nocker. ‘De grootte van de droogterisico’s kunnen we goed inschatten voor enkele Europese rivieren, waaraan centrales liggen – in landen zoals het Bulgarije, Duitsland, Frankrijk, Italië en het Verenigd Koninkrijk. Voor deze centrales schatten we het productieverlies op 2,5 procent, in het huidige klimaat en met de technologie van vandaag. Verwacht wordt dat deze risico’s nog zullen toenemen door de klimaatopwarming en dus door de stijgende watervraag vanuit verschillende sectoren.’ In deze gevallen verdient de investering in waterbesparing zich dus terug, terwijl het goedkoper is dan luchtkoeling. ‘Het terugverdieneffect is ook groter op plaatsen met harder water (water met een hoger mineraalgehalte)’, zegt Van Ermen.
Voor nieuw te bouwen energiecentrales kan de technologie al in het basisontwerp worden geïntegreerd, waadoor deze centrales ‘klimaatbestendiger’ worden en op gevoeligere plaatsen kunnen worden ingezet. Want ja, ook de komende decennia zullen naar verwachting nog nieuwe thermische centrales worden gebouwd, ook in Europa. ‘En die worden dan maar beter op plekken neergezet waar ze het meest renderen’, zegt Van Ermen. ‘De resultaten van het Matching-project kunnen helpen bij die sitekeuze, een aspect dat bij thermische centrales trouwens totnogtoe onderbelicht is gebleven.’
Achtergrond
Koelen met grondwater
Bij lage-enthalpie geothermische centrales wordt heet water uit de ondergrond gebruikt om bovengronds zowel elektriciteit als warmte te leveren. Daarbij moet de ORC-installatie (die geothermische warmte converteert naar elektriciteit) worden gekoeld. In bestaande geothermiecentrales gebeurt dat voornamelijk met (adiabatische) luchtkoeling, maar door de relatief hoge buitentemperaturen in de zomer weegt dit op het elektrische rendement van de ORC.
Daarom werd binnen het MATChING-project bekeken of ORC’s met grondwater kunnen worden gekoeld – vanuit een andere, minder diepe ondergrondse watervoerende laag. ‘Door te putten uit een specifieke aquifer kunnen we koelwater met een constante temperatuur van 11 °C bekomen’, zegt Johan Van Bael van VITO/EnergyVille. ‘En dit zowel in de zomer als in de winter.’
De koeling met grondwater verloopt via een gesloten circuit, waarbij het gebruikte koelwater weer in de ondergrond wordt geïnjecteerd. Dit blijkt inderdaad een productiewinst op te leveren, zo blijkt uit de simulatieresultaten van het MATChING-project. ‘Door in de zomer te koelen met grondwater wordt zeven procent meer stroom opgewekt dan met luchtkoeling’, zegt Van Bael. Dat is echter wel buiten de energiekost gerekend van het terugkoelen van het grondwater in de winter. ‘Maar dan nog blijft er vier procent energiewinst over.’
Intussen wordt binnen het recent opgestarte onderzoeksproject (eveneens H2020) GeoSmart bekeken of en hoe de efficiëntie en de flexibiliteit van geothermiecentrales en hybride koelmethoden nog kan worden verbeterd.
