راه‌اندازی اولین نیروگاه زغالسنگسوز فوق بحرانی در هند
هنگامی که بحث احداث این نیروگاه در سال ۱۹۹۰ توسط دولت هند به عنوان یک نیروگاه حرارتی مطرح شد، طرح اولیه این نیروگاه نیاز به یک کندانسور معمولی سیکل بسته داشت که سالانه به ۵۵ میلیون مترمکعب آب نیاز داشت. برنامه‌‌‌های اولیه ساخت سدی به ارتفاع ۵/ ۲۲ متر در رودخانه گرهی، یکی از شاخه‌‌‌های رودخانه دامودر، به منظور اطمینان از منبع دائمی آب برای برآورده کردن نیازهای آبی در طول عمر نیروگاه بود. با این حال، ساخت این سد نیازمند تصاحب منطقهای حدود ۵هزار هکتاری بود و احداث این سد همچنین مستلزم زیر آب بردن زمین‌های حاصلخیز یا جنگلی و بازسازی ۱۰ روستا بود.
در سال ۲۰۱۴، دولت هند طرحهای خود را بررسی کرد و یک فناوری ACC را در نظر گرفت که به طور بالقوه می‌تواند نیاز سالانه آب را نزدیک به یک‌سوم تا ۲۰ میلیون مترمکعب کاهش دهد. شرکت NTPC در نهایت یک طرح مدیریت یکپارچه آب را ایجاد کرد که شامل ادغام چند کندانسور هوا خنک، همراه با رگبار کم‌ارتفاع و یک مخزن آب در محدوده نیروگاه بود. طرح جدید وعده کاهش هزینهها را به نصف می‌داد. در ۱ مارس، ۹ سال پس از آغاز ساخت‌وساز در نیروگاه، این تلاش با راه‌اندازی پروژه شمالی کاناپورا به واقعیت تبدیل شد.
با این حال، توسعه این سیستم بسیار قابل‌توجه است زیرا در حالی که استفاده از فناوری ACC در سراسر جهان نسبتا رایج است، یک الگوی بالقوه جدید برای تولید برق مبتنی بر زغال‌سنگ در هند را نشان می‌دهد. کندانسور هوا خنک، یک مبدل حرارتی است که در آن بخار در داخل لوله‌های پره‌دار با هوا خنک می‌شود. این یک سیستم خنککننده مستقیم خشک است. جریان یافتن هوای خنک محیط در خارج از لوله‌های پره‌ای، عاملی است که گرما را حذف و عملکرد مطلوب ACC را تضمین می‌کند. در نیروگاههای حرارتی، بخار خروجی از اگزوز توربین به ACC جریان مییابد و در آن متراکم می‌شود. سپس میعانات در یک حلقه بسته به دیگ بازمی‌گردد. از آنجا که بخار خروجی از توربین در فشار کمی قرار دارد، ACC با فشاری نزدیک به خلأ کار می‌کند و گازهای غیر‌قابل تراکم به طور مداوم توسط یک واحد تخلیه هوا حذف می‌شوند.
تا سال ۲۰۰۸، خنک‌‌‌سازی خشک به یک روش استاندارد در بسیاری از نیروگاههای حرارتی در ایالات متحده، اروپا و چین تبدیل شده بود، حتی در مکان‌‌‌هایی که تحت تنش آبی نیستند. اما در حالی که هند تقریبا ۵۰درصد از کل تولید برق خود را تا ژانویه ۲۰۲۳ به ۱۷۹ نیروگاه زغالسنگسوز متکی بود (مجموعا ۲۰۴ گیگاوات) به دلیل هزینه‌های سرمایه‌ای بالا و استفاده از انرژی کمکی و همچنین کاهش نسبتا کم ردپای آب در مقایسه با خنککننده مرطوب، تاکنون از جذب فناوری ACC خودداری کرده است. دلیل دیگری که هند از نصب ACC اجتناب کرده است این است که کندانسورهای هوا خنک و اجزای آن - از جمله بسته‌‌‌های لوله، گیربکس و پمپ‌‌‌های خلأ - معمولا نیاز به واردات دارند که مانع رقابت هزینهها می‌شود.
با این حال، رویدادهای اخیر که آسیب‌‌‌پذیری‌‌‌های منطقهای در برابر کمبود آب را همراه با طرحهای پایداری برجسته می‌کنند، شرکت‌های انرژی مانند NTPC را بر آن داشته است تا امکان‌‌‌سنجی و محدودیت‌های ACC را دوباره بررسی کنند. این تلاش تحت استراتژی زیست‌‌‌محیطی، اجتماعی و حاکمیتی NTPC قرار می‌گیرد که نتیجه پایدارتری را برای ناوگان ۷۰ گیگاواتی این شرکت که شامل ۲۶ نیروگاه زغالسنگسوز با ظرفیت ترکیبی ۵۱ گیگاوات است، پیش‌بینی می‌کند. به عنوان مثال، تحت ابتکار ESG NTPC، این شرکت تلاش گسترده‌‌‌ای را برای تنوع بخشیدن به سوخت خود با افزایش سبد انرژی‌‌‌های تجدیدپذیر از ۱۰ گیگاوات به ۶۰ گیگاوات تا سال ۲۰۳۲ دنبال می‌کند. همراه با برنامه‌هایی برای از کار انداختن ۴/ ۱ گیگاوات از ظرفیت برق زغالسنگسوز خود، قصد دارد تا ۱۰درصد از زیست توده را در نیروگاههای زغال‌سنگ موجود خود مخلوط کند.
اکنون که پروژه کارانپورای شمالی آنلاین است، NTPC بر تکمیل نصب دومین سیستم ACC خود در پروژه ۴/ ۲ گیگاواتی نیروگاه حرارتی پاتراتو که در جارکند در حال ساخت است، تمرکز خواهد کرد. همچنین سازنده تجهیزات غول‌پیکر هندی BHEL یک قرارداد مهندسی، تدارکات و ساخت‌وساز برای این پروژه دارد. به گفته پراکاش، با این حال، هند به تلاش‌های بسیار گسترده‌تری برای کاهش برداشت و مصرف آب در تولید برق حرارتی نیاز دارد. تخمین زده می‌شود که ۴۰درصد از نیروگاههای حرارتی هند در مناطقی با تنش آبی بالا قرار دارند.
چالش‌ها و فرصت‌ها
اگر سطح فعلی مصرف آب توسط نیروگاههای حرارتی ادامه یابد و قوانین مرتبط با آب بدون تغییر باقی بماند، برداشت آب می‌تواند ۳/ ۴ برابر و مصرف ۲/ ۳ برابر تا سال ۲۰۵۰ افزایش یابد. با این حال، این مقاله نتیجه می‌گیرد که استفاده از ACC به دلیل بارهای خنککننده بالا در نیروگاههای حرارتی امکان‌پذیر نیست. در حال حاضر، یک جایگزین بهتر ممکن است استفاده از آب دریا برای خنک کردن نیروگاههای برق حرارتی باشد. یکی از رویکردهایی که محققان توصیف کردند مستلزم کشیدن آب عمیق دریا با دمای حدود ۶ درجه سانتیگراد و سپس پمپاژ آن (با فشار ۳ بار) به محوطه نیروگاه است. ابتدا، این آب خنک دریا برای ایجاد یک اثر خنککننده در نیروگاه تهویه مطبوع با عبور از یک مبدل حرارتی استفاده می‌شود که در آن آب را تا ۱۰ درجه سانتیگراد خنک می‌کند.
محققان پیشنهاد می‌کنند که آب خنککننده کندانسور که در دمای پایین‌‌‌تری نسبت به تجهیزات داخلی در دسترس است، می‌تواند منجر به کاهش فشار متراکم شود. پس از عبور از کندانسور، دمای آب خنککننده کندانسور به حدود ۲۶ درجه سانتیگراد کاهش مییابد و آن را برای نمک‌‌‌زدایی آماده می‌کند تا آب شیرین و نمک را به عنوان محصول جانبی فراهم کند. در مقایسه با نیروگاههای داخلی معمولی، راندمان معادل الکتریکی سیستم پیشنهادی با خنککننده آب دریا ۷/ ۲۷درصد افزایش یافت. این به وضوح مزایای متعدد سیستم پیشنهادی را نشان می‌دهد.
