Radiateur à distance pour les systèmes d'alimentation solaire
Bien qu'une grande quantité de chaleur doive être évacuée pour condenser la vapeur utilisée pour alimenter les turbogénérateurs, les systèmes de refroidissement constituent généralement la principale source d'eau pour les centrales électriques. Les sources d'eau comme les rivières et les lacs ont toujours fourni ce refroidissement, mais ces dernières années, le nombre de centrales électriques adoptant le refroidissement à sec (un système de refroidissement qui utilise peu ou pas d'eau) a augmenté. Les systèmes de refroidissement à sec nécessitent plus d'énergie pour fonctionner et ont un coût initial plus élevé. Ces problèmes contribuent tous à l'efficacité globale réduite des centrales électriques, mais les systèmes de refroidissement à sec consomment 95 % moins d'eau que les systèmes de refroidissement par voie humide.
De nombreuses centrales électriques de différents types produisent de l'électricité en chauffant l'eau pour créer de la vapeur, qui est ensuite forcée à travers des turbines. Ce type de système est utilisé dans certaines installations solaires ainsi que dans des centrales qui brûlent du charbon et de la biomasse, des centrales nucléaires, certaines centrales au gaz naturel et des centrales nucléaires. Les turbines de ces usines doivent faire tourner la vapeur, qui doit ensuite être refroidie pour pouvoir se condenser en liquide et être renvoyée à la chaudière ou au générateur de vapeur.
La vapeur est souvent refroidie et condensée à l'aide d'eau dans les centrales à vapeur. Le US Geological Survey estime que 40% de tous les prélèvements d'eau aux États-Unis sont utilisés pour la production d'électricité, dont la majorité est destinée au refroidissement.
Les systèmes de refroidissement à recirculation qui recyclent l'eau de refroidissement sont utilisés dans plus de 61 % de la capacité de production thermoélectrique des États-Unis. Dans ces systèmes, l'eau est conservée dans des conduites en boucle fermée afin de pouvoir être recyclée. 36 % de la capacité thermoélectrique aux États-Unis provient de centrales électriques utilisant des systèmes de refroidissement à courant continu. Ces systèmes tirent de grandes quantités d'eau des sources d'eau voisines pour refroidir le condenseur, puis libèrent l'eau plus chaude dans la source d'origine.
La majorité de la capacité de refroidissement sec et hybride de 3 % aux États-Unis est opérationnelle depuis 2000. L'air ambiant est utilisé par les systèmes de refroidissement sec pour refroidir et condenser la vapeur. Il existe deux types de ces systèmes : les systèmes directs et les systèmes indirects. Aucune eau n'est utilisée dans les systèmes de refroidissement sec direct puisque l'air ambiant est utilisé pour condenser la vapeur. Dans les condenseurs typiques refroidis à l'eau, la vapeur des systèmes de refroidissement sec indirect est condensée, mais l'eau de refroidissement du système fermé est laissée derrière. Aucune eau n'est perdue par évaporation, ce qui signifie que très peu d'eau est consommée.
La vapeur peut être condensée en utilisant à la fois de l'eau et de l'air dans des systèmes de refroidissement hybrides, qui combinent un refroidissement sec et humide. Lorsqu'il fait plus frais à l'extérieur, ces systèmes sont souvent conçus pour fonctionner comme des systèmes de refroidissement à sec, et lorsqu'il fait plus chaud à l'extérieur et que les systèmes à sec sont moins efficaces, ils fonctionnent comme des systèmes de refroidissement par voie humide.
Aux États-Unis, 83 installations avec des systèmes de refroidissement secs et hybrides et environ 20 GW de capacité de production de vapeur sont en service. Le Texas a la plus grande capacité de refroidissement à sec (2,8 GW), suivi de près par la Virginie, bien que la Californie ait le plus de systèmes de refroidissement à sec (13). (2,4 GW).
Environ 83 % de la capacité de fonctionnement pour le refroidissement sec et hybride est fournie par la technologie de production la plus populaire, le cycle combiné au gaz naturel (NGCC). Étant donné que les installations à cycle combiné au gaz naturel nécessitent beaucoup moins de refroidissement par MWh que les réacteurs au charbon ou nucléaires, les systèmes de refroidissement à sec sont généralement plus rentables pour elles. La technique de refroidissement à sec est utilisée dans les installations à cycle combiné au gaz naturel aux États-Unis pour plus de 15 % de leur capacité de production active.
Pour les systèmes d'énergie solaire à concentration, le refroidissement à sec est un autre choix attrayant. De nombreux systèmes d'énergie solaire à concentration modernes utilisent le refroidissement sec car ils sont situés dans des régions comme le sud-ouest des États-Unis où les ressources en eau sont rares et les ressources solaires sont abondantes.
