Переработка энергии
Переработка энергии — это процесс восстановления энергии , при котором используется энергия, которая обычно теряется впустую, обычно путем преобразования ее в электричество или тепловую энергию . Применяемый на производственных предприятиях, электростанциях и в крупных учреждениях, таких как больницы и университеты, он значительно повышает эффективность, тем самым одновременно снижая затраты на электроэнергию и загрязнение парниковыми газами . Этот процесс известен своим потенциалом по смягчению последствий глобального потепления . [1] [2] Эта работа обычно выполняется в форме комбинированного производства тепла и электроэнергии (также называемого когенерацией ) или рекуперации отходящего тепла .
Формы переработки энергии [ править ]
Рекуперация отходящего тепла [ править ]
Рекуперация отходящего тепла — это процесс, который улавливает избыточное тепло, которое обычно сбрасывается на производственных объектах, и преобразует его в электричество и пар или возвращает энергию в производственный процесс в виде нагретого воздуха, воды, гликоля или масла. «Котел-утилизатор тепла» содержит ряд заполненных водой труб, расположенных по всей площади, где выделяется тепло. Когда высокотемпературное тепло попадает в котел, образуется пар, который, в свою очередь, приводит в действие турбину, вырабатывающую электричество. Этот процесс аналогичен процессу в других котлах с пламенем, но в этом случае отходящее тепло заменяет традиционное пламя. В этом процессе не используется ископаемое топливо. Металлургические, стекольные, целлюлозно-бумажные, кремниевые и другие производственные предприятия являются типичными местами, где рекуперация отходящего тепла может быть эффективной. [1]
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) [ править ]
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), также называемое когенерацией , по данным Агентства по охране окружающей среды США , представляет собой «эффективный, чистый и надежный подход к производству электроэнергии и тепловой энергии из одного источника топлива». Установив систему ТЭЦ, предназначенную для удовлетворения основных тепловых и электрических нагрузок объекта, ТЭЦ может значительно повысить эффективность работы объекта и снизить затраты на электроэнергию. В то же время ТЭЦ сокращает выбросы парниковых газов, которые способствуют глобальному изменению климата». Когда электроэнергия производится на месте с помощью ТЭЦ, избыточное тепло перерабатывается для производства как переработанного тепла, так и дополнительной энергии. [3] [4]
Рекуперация отходящего тепла от кондиционирования воздуха [ править ]
Рекуперация отходящего тепла от кондиционирования воздуха также используется в качестве альтернативы потере тепла в атмосферу от холодильных установок. Тепло, полученное летом от холодильных установок, хранится в термобанках. [5] в земле и зимой перерабатывается обратно в то же здание с помощью теплового насоса для обеспечения отопления без сжигания ископаемого топлива. Этот элегантный подход экономит энергию и выбросы углерода в оба сезона, перерабатывая летнее тепло для использования зимой.
Некоторые компании предлагают продукты для установки на конденсаторный блок HVAC для сбора отработанного тепла, которое конденсатор должен отводить в воздух, для нагрева тепловыделяющих устройств, таких как водонагреватели. Эти устройства называются установками рекуперации тепла (HRU). Для жилых помещений доступны следующие устройства: Установка рекуперации тепла HotSpot Energy. [6] или установки рекуперации тепла LG [7]
Для промышленного применения эти установки обычно называют установкой рекуперации отходящего тепла (WHRU).
Тепловые насосы [ править ]
Тепловые насосы и накопители тепловой энергии представляют собой классы технологий, которые могут обеспечить переработку энергии, которая в противном случае была бы недоступна из-за слишком низкой для использования температуры или временной задержки между моментом доступности энергии и моментом ее необходимости. Повышая температуру доступной возобновляемой тепловой энергии, тепловые насосы обладают дополнительным свойством использования электрической энергии (или, в некоторых случаях, механической или тепловой энергии) путем использования ее для извлечения дополнительной энергии из источника низкого качества (например, морской воды, озерной воды, землю, воздух или отходящее тепло процесса). В настоящее время предпринимаются инновационные усилия по полной электрификации промышленности, в том числе с помощью промышленных тепловых насосов. [8] на уровнях эффективности между COP 5 и 9 с использованием многоступенчатой термической рециркуляции с помощью модулей теплового насоса, настроенных на хладагент.
Термическое хранилище [ править ]
Технологии термоаккумулирования позволяют сохранять тепло или холод в течение периодов времени от часов или ночи до межсезонных периодов и могут включать в себя хранение явной энергии (т. е. путем изменения температуры среды) или скрытой энергии (т. е. посредством фазовых изменений среды). , типа между водой и слякотью или льдом). Кратковременные аккумуляторы тепла можно использовать для снижения пиковых нагрузок в системах централизованного теплоснабжения или распределения электроэнергии. Виды возобновляемых или альтернативных источников энергии, которые могут быть задействованы, включают природную энергию (например, собранную с помощью солнечно-тепловых коллекторов или сухих градирен, используемых для сбора зимнего холода), энергию отходов (например, от оборудования HVAC, промышленных процессов или электростанций) или избыток энергии (например, сезонно от гидроэнергетических проектов или периодически от ветряных электростанций). Показательным является Солнечное сообщество Drake Landing (Альберта, Канада). Скважинное хранилище тепловой энергии позволяет населению круглый год получать 97% тепла от солнечных коллекторов на крышах гаражей, причем большая часть тепла собирается летом. [9] [10] Типы хранилищ разумной энергии включают изолированные резервуары, группы скважин в грунтах от гравия до коренных пород, глубокие водоносные горизонты или неглубокие ямы с облицовкой, изолированные сверху. Некоторые типы хранилищ способны хранить тепло или холод между противоположными сезонами (особенно если они очень большие), а некоторые системы хранения требуют включения теплового насоса . Скрытое тепло обычно хранится в резервуарах со льдом или в так называемых материалах с фазовым переходом (PCM).
Текущая система [ править ]
И утилизация отработанного тепла, и ТЭЦ представляют собой «децентрализованное» производство энергии, которое отличается от традиционной «централизованной» электроэнергии, вырабатываемой на крупных электростанциях, находящихся в ведении региональных коммунальных предприятий. [4] «Централизованная» система имеет средний КПД 34 процента, при этом для производства одной единицы мощности требуется около трех единиц топлива. [11] Улавливая как тепло, так и электроэнергию, проекты ТЭЦ и утилизации отработанного тепла имеют более высокую эффективность.
Исследование Министерства энергетики, проведенное в 2007 году, выявило потенциал ТЭЦ в США мощностью 135 000 мегаватт. [12] а исследование Национальной лаборатории Лоуренса Беркли выявило около 64 000 мегаватт, которые можно получить из промышленных отходов, не считая ТЭЦ. [13] Эти исследования предполагают, что около 200 000 мегаватт (или 20%) от общей мощности электроэнергии могут быть получены за счет переработки энергии в США. Таким образом, широкое использование переработки энергии может сократить выбросы, вызывающие глобальное потепление, примерно на 20 процентов. [14] Действительно, по состоянию на 2005 год около 42 процентов выбросов парниковых газов в США приходилось на производство электроэнергии и 27 процентов на производство тепла. [15] [16]
Защитники утверждают, что переработанная энергия стоит меньше и имеет более низкие выбросы, чем большинство других вариантов энергии, используемых в настоящее время. [17]
В настоящее время RecyclingEnergy Int. Corp. использует преимущества рециркуляции энергии в системах вентиляции с рекуперацией тепла , насосах скрытого тепла и CHCP. [18]
История [ править ]
Возможно, первое современное использование переработки энергии было осуществлено Томасом Эдисоном . Его станция Перл-Стрит 1882 года, первая в мире коммерческая электростанция, представляла собой ТЭЦ, производившую как электроэнергию, так и тепловую энергию, используя при этом отходящее тепло для обогрева соседних зданий. [19] Переработка позволила заводу Эдисона достичь эффективности примерно 50 процентов.
К началу 1900-х годов появились правила, способствующие электрификации сельских районов посредством строительства централизованных электростанций, управляемых региональными коммунальными предприятиями. Эти правила не только способствовали электрификации всей сельской местности, но и препятствовали децентрализованному производству электроэнергии, например, ТЭЦ. Они даже дошли до того, что объявили незаконной продажу электроэнергии неэнергетическим компаниям. [20]
К 1978 году Конгресс признал, что эффективность центральных электростанций находится в стагнации, и стремился стимулировать повышение эффективности с помощью Закона о политике регулирования коммунальных предприятий (PURPA), который поощрял коммунальные предприятия покупать электроэнергию у других производителей энергии. Распространялись ТЭЦ, вскоре производившие около 8 процентов всей энергии в США. [21] Однако законопроект оставил реализацию и обеспечение соблюдения закона на усмотрение отдельных штатов, в результате чего во многих частях страны практически ничего не делалось.
В 2008 году Том Кастен , председатель Recycled Energy Development , заявил: « Мы думаем, что могли бы производить от 19 до 20 процентов электроэнергии в США за счет тепла, которое в настоящее время выбрасывается промышленностью » . [22]
За пределами США переработка энергии более распространена. Дания, вероятно, является наиболее активным переработчиком энергии, получая около 55% своей энергии за счет ТЭЦ и утилизации отработанного тепла. Другие крупные страны, в том числе Германия, Россия и Индия, также получают гораздо большую долю своей энергии из децентрализованных источников. [21] [22]
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б «Невоспетое решение: что рифмуется с рекуперацией отходящего тепла?» . Журнал «Орион», ноябрь/декабрь 2007 г. Архивировано из оригинала 23 марта 2014 г. Проверено 2 февраля 2008 г.
- ^ «Решение по переработке солнечных панелей» .
- ^ «Комбинированное теплоэнергетическое партнерство» . Агентство по охране окружающей среды США . 11 июня 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Ассоциация чистого тепла и электроэнергии» . Архивировано из оригинала 1 июля 2007 г.
- ^ "Термальные банки"
- ^ «Водонагреватели с рекуперацией тепла для жилых помещений | Бесплатная горячая вода | HotSpot Energy LLC» .
- ^ «Установки рекуперации тепла (УТРУ)» .
- ^ «Примеры высокотемпературных промышленных тепловых насосов» .
- ↑ Вонг, Билл (28 июня 2011 г.), «Солнечное сообщество Drake Landing». Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine , Конференция IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011, Торонто, стр. 1–30, получено 21 апреля 2013 г.
- ^ Вонг Б., Торнтон Дж. (2013). Интеграция солнечных и тепловых насосов. Архивировано 15 октября 2013 г. в мастерской по возобновляемым источникам тепла Wayback Machine .
- ^ "Электричество" . Министерство энергетики США .
- ^ Брюс Хедман, Анализ энергетики и окружающей среды / USCHPA, «Комбинированное производство тепла и электроэнергии и рекуперация тепла как варианты энергоэффективности», Брифинг для сенатского собрания по возобновляемым источникам энергии, 10 сентября 2007 г., Вашингтон, округ Колумбия.
- ^ Бейли, Оуэн; Уоррелл, Эрнст (2005). «Чистые энергетические технологии: предварительная инвентаризация потенциала производства электроэнергии, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, 4/05» (PDF) . дои : 10.2172/843010 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Управление энергетической информации, существующие мощности по источникам энергии, 2006 г.» .
- ^ «Инвентаризация выбросов и поглотителей парниковых газов в США» . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинала 18 декабря 2011 г.
- ^ «Выбросы парниковых газов в США, 2005 г.» . Управление энергетической информации США .
- ^ «Развитие вторичной энергетики, «Что делает RED » . Архивировано из оригинала 13 сентября 2009 г. Проверено 21 сентября 2009 г.
- ^ Переработка энергии
- ^ «Первая в мире коммерческая электростанция была когенерационной станцией» . Когенерационные технологии . Архивировано из оригинала 25 апреля 2008 г. Проверено 2 февраля 2008 г.
- ^ «Показания Шона Кастена перед подкомитетом Сената по энергетике, природным ресурсам и инфраструктуре, 27 мая 2007 г.» (PDF) .
- ^ Перейти обратно: а б «Мировой обзор децентрализованной энергетики, 5/06» .
- ^ Перейти обратно: а б «Переработка» энергии экономит деньги компаний . Дэвид Шапер. 22 мая 2008 г. Утренний выпуск . Национальное общественное радио .
