냉각탑 기둥을 활용하여 정제수 제공

원칙적으로 놀랍도록 단순한 새로운 기술은 냉각탑 기둥에서 물을 포집하여 증발식 냉각탑 시스템의 물 소비를 크게 줄일 수 있습니다.

발전소의 냉각탑은 본질적으로 재순환수에서 열을 방출하기 위해 상당한 양의 물을 사용하는 열 제거 시스템입니다. 습식 냉각탑의 경우 순환하는 물의 일부를 증발시켜 공기의 현열과 증발 잠열을 통해 열을 전달하는 과정이 포함됩니다.

전력 산업의 오랜 관심사는 냉각탑에서 발생하는 물 손실량과 관련이 있습니다. 물은 주로 증발을 통해 손실되며, 이는 열 제거 과정에서 주변 공기로 증기가 소실되는 것을 포함합니다. 그러나 이는 오염과 스케일 형성을 방지하기 위해 타워에서 물을 제거하고 교체해야 하는 블로우다운 중에도 발생합니다. 일부 물은 드리프트로 인해 손실되기도 합니다. 이는 작은 물방울이 빠져나가는 공기 또는 증기 흐름과 함께 동반될 때 발생합니다. 그러나 드리프트 손실은 일반적으로 소비량의 1% 미만으로 최소화됩니다.

물 손실이 상당할 수 있습니다. 미국 환경 보호국(EPA)은 냉각탑 운영 효율성에 관계없이 냉각 시간 1톤당 약 1.8갤런의 물이 증발한다고 제안합니다. HDR의 수석 기술 컨설턴트인 Dan Sampson은 "기존의 습식 냉각식 발전소는 냉각탑 증발이나 드리프트를 통해 유입되는 물의 60~90%를 손실합니다."라고 말했습니다.

이러한 손실에는 비용이 많이 드는 것 외에도 다른 부작용이 있습니다. 물 증발에는 수원의 지속적인 보충이 필요하기 때문에 현재와 미래의 물 부족 문제는 발전소의 신뢰성과 생존 가능성에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 2017년 MIT(매사추세츠 공과대학)의 두 박사 과정 학생인 Maher Damak와 Karim Khalil, 그리고 MIT 기계 공학 교수 Kripa Varanasi는 발전소 기둥에 공동으로 초점을 맞춰 이 시급한 문제를 해결하기 시작했습니다.

증기가 냉각탑을 떠날 때 특정 주변 조건(보통 주변 공기가 차갑거나 습한 경우)에서 응축되어 안개 기둥을 형성할 수 있다고 연구원들은 관찰했습니다. 연구원들은 연기가 오랫동안 전력 산업에 또 다른 우려를 제기해 왔다고 지적했습니다. 성가신 일이 될 수도 있고 심지어 위험할 수도 있습니다.

"안전(표류하는 연기는 도로와 공항의 시야를 감소시킬 수 있음) 및 미적 측면과 관련된 규제 요건으로 인해 일부 냉각탑에는 일반적으로 배출되는 증기를 가열하고 열 교환기를 통해 수분 함량을 줄이는 연기 저감 시스템을 장착해야 합니다. 뜨겁고 건조한 공기를 불어서 나오는 증기와 혼합함으로써 타워 출구에서 안개 방울이 형성되는 것을 방지합니다."라고 그들은 말했습니다.

이러한 저감 시스템은 연기의 모양을 제거할 수 있지만 이를 사용하는 발전소는 여전히 동일한 양의 물을 소비하고 냉각탑 배출구로 리디렉션되는 추가 열 요구 사항으로 인해 전반적인 순 에너지 효율성이 낮아질 수 있습니다. 일부 장치는 사이클에서 재사용하기 위해 냉각탑에서 나오는 증기를 수집하도록 설계되었지만 대부분의 방법은 액체 또는 고체 흡착에 의존하므로 상당한 에너지나 값비싼 장비가 필요합니다.

1. Infinite Cooling의 개조 가능한 솔루션의 위치와 사용을 보여주는 개략도. 제공: 무한 냉각/국립에너지기술연구소(NETL)

MIT Varanasi Research Group이 추진한 프로젝트에 따라 연구원들은 워터 패널(Water Panel)을 개발했습니다(그림 1). 안개가 많은 공기에 이온 빔이 닿으면 안개 속의 물방울이 전기를 띠게 됩니다. 그런 다음 이러한 물방울을 와이어 메쉬(창문 방충망 등) 쪽으로 끌어당겨 수집한 후 수집 팬으로 배출할 수 있습니다. 그러면 발전소는 "수집한" 물을 재사용하거나 도시의 물 공급 시스템으로 보낼 수 있습니다.

이 시스템은 본질적으로 600MW 발전소에서 연간 최대 1억 5천만 갤런의 물을 포집할 수 있는 증류 공정입니다. 이는 냉각탑에서 손실되는 물의 약 20~30%에 해당한다고 Infinite Cooling은 말합니다. 연구 및 개발 결과에 따르면 시스템에 포집된 물은 일반적으로 센티미터당 50마이크로시멘스 미만으로 측정됩니다. 이는 물 오염을 측정하는 전기 전도성 측정치입니다. 이는 발전소 냉각 시스템에 사용되는 물이 일반적으로 측정하는 센티미터당 3,000마이크로시멘스와 비교됩니다.