Реки действуют как «горизонтальные градирни», выяснили исследователи

Ученые из Университета Нью-Гэмпшира, запустив две компьютерные модели параллельно, впервые детально показали, как тепловые электростанции взаимодействуют с климатом, гидрологией и водными экосистемами на северо-востоке США. Исследование демонстрирует, что реки служат «горизонтальными градирнями», предоставляя важную экосистемную услугу региональному энергетическому сектору, но ценой для окружающей среды.

Анализ, проведенный в сотрудничестве с коллегами из Городского колледжа Нью-Йорка (CCNY) и опубликованный в журнале Environmental Research Letters, освещает взаимодействие между производством электроэнергии, технологиями охлаждения, гидрологическими условиями, воздействием на водные экосистемы и экосистемными услугами. Этот подход можно использовать для оценки полных издержек и компромиссов производства электроэнергии на региональном уровне в условиях меняющегося климата.

Тепловые электростанции обеспечивают 90% электроэнергии, потребляемой в стране, и еще большую долю на Северо-Востоке — регионе с высокой плотностью таких объектов. Для охлаждения отработанного тепла в процессе производства требуются огромные объемы воды, что делает теплоэнергетику крупнейшим потребителем пресной воды в США. Реки помогают смягчить тепловую нагрузку за счет экосистемных услуг по транспортировке, разбавлению и рассеиванию тепла, действуя как горизонтальные градирни по мере течения.

«Наше моделирование показывает, что из отработанного тепла, производимого при выработке электроэнергии, примерно половина отводится в вертикальные испарительные градирни, а другая половина передается рекам», — говорит Роберт Стюарт, ведущий автор исследования. При этом из тепла, переданного рекам, лишь немногим более 11% рассеивается в атмосферу, а остальное поступает в прибрежные воды и океан.

«Мы были удивлены, обнаружив, что относительно небольшая часть тепла от рек возвращается в атмосферу», — отмечает соавтор Уилфред Вуллхайм. Он добавляет: «Зависимость от речных экосистемных услуг для рассеивания отработанного тепла изменяет температурный режим, что влияет на среду обитания рыб и другие водные экосистемные услуги».

Исследователи использовали связанные модели: гидрологическую модель FrAMES, разработанную в UNH, и модель теплового загрязнения от электростанций (TP2M) от CCNY. Совместное моделирование показало, что в регионе потенциально подвержены воздействию электростанций около 4700 речных миль. В целом, влияние на температуру рек и, следовательно, на среду обитания рыб является «значительным», а нарушения речного стока — «минимальными», отчасти потому, что многие электростанции расположены в низовьях рек, близко к побережью.

Исследование подчеркивает, что в условиях меняющегося климата и растущего спроса на энергию необходимо оценивать возможности и связанные с ними экологические компромиссы экосистемных услуг по регулированию тепла. «Интегративные региональные подходы потребуются для планирования, поскольку общество адаптируется к меняющимся климату и гидрологии, а спрос на электроэнергию продолжает расти», — заключает Вуллхайм.