Hybridkühlturm
Ein Hybridkühlturm ist die Bauform eines Kühlturms, welche die Vorteile von Nass- und Trockenkühltürmen in sich vereint. Die Kondensationswärme wird über einen Kreislauf durch den Kühlturm an die Umgebung abgeführt. Durch die Trockenkühlung werden die austretenden Schwaden stark minimiert. Zwei Etagen mit Ventilatoren die Untere ist im Betrieb im Nassbetrieb, und wenn die obere noch dazu kommt ist der Hybridbetrieb (Trockenbetrieb) aktiv.
Auslegung des Hybridkühlturms
Vorteile
- Optimierung der Kaltwassertemperatur und des Kondensatordruckes für reine Nassfahrweise
- Kühlturm in Rundbauweise, zur Erzeugung einer kompakten Schwadensäule mit hoher Austrittsgeschwindigkeit liegt je nach größe ca. 6m/s bei Nassbetrieb, 11m/s bei Hybridbetrieb
- Anteil der Trockenkühlleistung: 20%
- Kraftschlusssystem für den Trockenteil zur Minimierung der Pumpenenergie
- gute Durchmischung beider Kühlströme
- Schallschutz des Kühlturms für 28 dB in 550 m Entfernung bei Nassbetrieb
Nachteile
- Hoher Energiebedarf. Ein Hybridkühlturm für ein 1300-MW-Kernkraftwerk, als Beispiel sei das Kernkraftwerk Neckarwestheim Block 2 genannt, benötigt rund 25 MWe Leistung.
- Platzbedarf; ein Hybridkühlturm für ein 1300-MW-Kernkraftwerk hat einen Basisdurchmesser von rund 160 Metern. Dies sind gegenüber einem Naturzug-Nasskühlturm rund 40 Meter mehr Basisdurchmesser.
Aufbau
Der Hybridkühlturm ist zweigeschossig in einer zylindrischen Form mit kegelstumpfförmigen Schlot aufgebaut. Jede Etage ist mit Ventilatoren versehen in der oberen sind hinter den Ventilatoren Kühlerelemente, die mit dem zu kühlenden Kühlwasser durchströmt werden. Der Kühlturm hat mehrere Seiten, in jeder Etage sind je nach Typ mehrere Ventilatoren verbaut (ca. 19 bis 40). In einer Seite sitzen die Hauptkühlwasser Pumpen.
Betrieb
Die polumschaltbaren Antriebe der Ventilatoren ermöglichen eine Zweistufenschaltung für den Luftdurchsatz durch den Nass- und Trockenteil. Die reduzierte Ventilatorleistung (2/3 Drehzahl) wird bei thermischer Schwachlast, insbesondere im Winter, eingesetzt. Neuere Antriebe werden mit Frequqnzumrichter angesteuert. Unter Beachtung des Außenluftzustandes und verschiedener Kühlwassertemperaturen führt das Automatikprogramm den Kühlturm über verschiedene Zwischenstufen in den angewählten Betriebszustand. Abhängig davon, ob die Umgebungstemperatur ober- und unterhalb von 5°C liegt, unterscheidet das Automatikprogramm Sommer- und Winterbetrieb. Es besteht ferner die Möglichkeit, die Ventilatorlaufrinne bei Bedarf abzutauen. Dies geschieht durch gezielte Außerbetriebnahme des betreffenden Ventilators, der warme Luftstrom des Kühlturms drückt nun am Laufring nach außen. Meist wird bei Dunkelheit nass, am Tage bzw. bei Einbruch der Morgendämmerung trocken zu fahren.
Nassteil
Der Nassteil des Hybridkühlturms besteht aus Wasserverteilung, Kühleinbauten und Tropfenfang. Als Einbauplatten wurde asbestfreies Material, so genannte Faserzementplatten, eingesetzt. Bei Nassbetreib gelangt das Kühlwasser über vier am Umfang des Kühlturms angeordnete Steigschächte in die Wasserverteilerebene des Nassteils und rieselt im Gegenstrom zur Kühlluft über die Kühleinbauten in das Kühlturmbecken ab. Bei An- und Abfahrvorgängen, sowie bei Schwachlastbetrieb im Winter kann der Kühleinbau über den 100%-Bypass umfahren werden. Auf der Saugseite wie auch hinter dem Tropfenfang sind Schalldämpfer angebracht um die Geräuschauflagen einzuhalten.
Trockenteil
In Strömungsrichtung der Kühlluft sind folgende Komponenten des Trockenteils angeordnet:
- die Schallkulissen auf der Lufteintrittsseite zur Dämpfung der Ventilator- und Antriebmaschinengeräusche.
- die Wärmetauscher, einschließlich der zu- und abführenden Kühlwasserleitungen mit Absperramaturen
- Rolltore zwischen Wärmetauscher und Ventilatoren, die bei Nassbetrieb zur Vermeidung von Rezirkultion geschlossen werden.
- Am Umfang angeordnete Trockenventilatoren mit Getriebe und polumschaltbarem Motor, die die Kühlluft durch die Wärmetauscher saugen.
Die Hauptkomponente des Trockenteils sind die Wärmetauscher angeordnet. Ein Element besteht aus einer Rahmenkonstruktion mit einer oberen und unteren Wasserkammer, in die die Wärmetauscherrohre eingeschweißt sind. Bei Hybridbetrieb wird das Kühlwasser über Steigschächte in die Vorlaufleitungen des Trockenteils gepumpt. Es durchströmt die Kühlelemente einmal von unten nach oben und gelangt dann über vier Falleitungen in das Kanalsystem des Nassteils. Da die Elemente im Kraftschluss betrieben werden, müssen aus der oberen Wasserkammer Luft und Inertgase von Evakuierungspumpen abgesaugt werden. Um einen guten Wärmeübergang auf der Wasserseite zu gewährleisten, werden die Rohre, wie auch im Kondensator, kontinuierlich durch Schwammgummikugeln (Tabrogeanlage)gereinigt.
Verbreitung
Hybridkühltürme sind bisher nur sehr wenig verbreitet. Als erste Kraftwerke in Deutschland wurden das Kraftwerk Altbach/Deizisau sowie der Block 2 des Kernkraftwerks Neckarwestheim mit Hybridkühltürmen ausgerüstet. Auch das geplante schweizerische Kernkraftwerk Niederamt soll einen Hybridkühlturm erhalten.