Переработка энергии - Energy recycling

Переработка энергии это восстановление энергии процесс использования энергии, которая обычно тратится впустую, обычно путем преобразования ее в электричество или термальная энергия. Применяемый на производственных предприятиях, электростанциях и в крупных учреждениях, таких как больницы и университеты, он значительно повышает эффективность, тем самым снижая затраты на энергию и парниковый газ загрязнение одновременно. Этот процесс известен своим потенциалом смягчения последствий глобальное потепление выгодно.[1] Эта работа обычно выполняется в виде комбинированное производство тепла и электроэнергии (также называемый когенерация ) или утилизация отходящего тепла.

Формы утилизации энергии

Рекуперация отходящего тепла

Отработанное тепло Рекуперация - это процесс, который улавливает избыточное тепло, которое обычно выделяется на производственных объектах, и преобразует его в электричество и пар или возвращает энергию производственному процессу в виде нагретого воздуха, воды, гликоля или масла. бойлер »содержит серию заполненных водой трубок, размещенных по всей зоне отвода тепла. Когда высокотемпературное тепло попадает в котел, образуется пар, который, в свою очередь, приводит в действие турбину, вырабатывающую электричество. Этот процесс аналогичен процессу других топочных котлов, но в этом случае отработанное тепло заменяет традиционное пламя. В этом процессе ископаемое топливо не используется. Заводы по производству металлов, стекла, целлюлозы и бумаги, кремния и других материалов являются типичными местами, где утилизация отходящего тепла может быть эффективной.[1]

Смотрите также: Органический цикл Ренкина

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ)

Комбинированное тепло и электроэнергия (CHP), также называемый когенерация, согласно Агентство по охране окружающей среды США, «Эффективный, чистый и надежный подход к производству электроэнергии и тепла из единого источника топлива. Устанавливая систему ТЭЦ, предназначенную для удовлетворения основных тепловых и электрических нагрузок объекта, ТЭЦ может значительно повысить эффективность эксплуатации объекта и снизить затраты на энергию. В то же время ТЭЦ снижает выбросы парниковых газов, которые способствуют глобальному изменению климата ». Когда электричество производится на месте с помощью ТЭЦ, избыточное тепло рециркулируется для производства как обработанного тепла, так и дополнительной энергии.[2][3]

Рекуперация отработанного тепла кондиционеров

Рекуперация отработанного тепла кондиционеров также используется в качестве альтернативы выбрасыванию тепла в атмосферу от холодильных установок. Тепло, рекуперированное летом чиллерами, хранится в термобанках.[4] в земле и перерабатывается зимой в то же здание с помощью теплового насоса для обеспечения отопления без сжигания ископаемого топлива. Этот элегантный подход позволяет экономить энергию - и углерод - в оба сезона за счет утилизации летнего тепла для использования зимой.

Тепловые насосы

Тепловые насосы и накопитель тепловой энергии представляют собой классы технологий, которые могут обеспечить рециркуляцию энергии, которая в противном случае была бы недоступна из-за слишком низкой температуры для использования или временной задержки между тем, когда энергия доступна, и когда она необходима. Повышая температуру доступной возобновляемой тепловой энергии, тепловые насосы обладают дополнительным свойством использования электроэнергии (или, в некоторых случаях, механической или тепловой энергии), используя ее для извлечения дополнительной энергии из источника низкого качества (такого как морская вода, озерная вода, земля, воздух или отходящее тепло от процесса).

Тепловое хранение

Технологии хранения тепла позволяют сохранять тепло или холод в течение периодов времени от часов или в течение ночи до межсезонный, и может включать в себя хранение разумная энергия (т.е. изменяя температуру среды) или скрытая энергия (то есть через фазовые изменения среды, например, между водой и слякотью или льдом). Кратковременные тепловые накопители можно использовать для уменьшения пиковых нагрузок в системах централизованного теплоснабжения или распределения электроэнергии. Виды возобновляемых или альтернативных источников энергии, которые могут быть задействованы, включают природную энергию (например, собранную через солнечно-тепловые коллекторы или сухие градирни, используемые для сбора зимнего холода), отходы энергии (например, от оборудования HVAC, промышленных процессов или электростанций) или избыточная энергия (например, сезонно от гидроэнергетических проектов или периодически от ветряных электростанций). В Солнечное сообщество Drake Landing (Альберта, Канада) является показательным. скважинный накопитель тепловой энергии позволяет общине получать 97% круглогодичного тепла от солнечных коллекторов на крышах гаражей, которые собирают большую часть тепла летом.[5][6] Типы хранилищ разумной энергии включают изолированные резервуары, группы скважин в субстратах от гравия до коренных пород, глубокие водоносные горизонты или неглубокие ямы с футеровкой, которые изолированы сверху. Некоторые типы хранилищ способны хранить тепло или холод. между противоположными сезонами (особенно если они очень большие), а некоторые приложения хранения требуют включения Тепловой насос. Скрытое тепло обычно хранится в резервуарах для льда или в так называемых емкостях. материалы с фазовым переходом (ПКМ).

Текущая система

Как рекуперация отходящего тепла, так и ТЭЦ представляют собой «децентрализованное» производство энергии, которое отличается от традиционной «централизованной» электроэнергии, вырабатываемой на крупных электростанциях, находящихся в ведении региональных коммунальных предприятий.[3] «Централизованная» система имеет средний КПД 34 процента, требуя около трех единиц топлива для производства одной единицы энергии.[7] Благодаря улавливанию тепла и электроэнергии проекты ТЭЦ и рекуперации отработанного тепла имеют более высокий КПД.

Исследование Министерства энергетики 2007 года показало, что потенциал ТЭЦ в США составляет 135 000 мегаватт.[8] и исследование Национальной лаборатории Лоуренса Беркли выявило около 64 000 мегаватт, которые могут быть получены из промышленных отходов энергии, не считая ТЭЦ.[9] Эти исследования показывают, что около 200000 мегаватт - или 20% - общей мощности, которая может быть получена за счет рециркуляции энергии в США, поэтому повсеместное использование рециркуляции энергии может сократить выбросы глобального потепления примерно на 20 процентов.[10] Действительно, по состоянию на 2005 год около 42 процентов выбросов парниковых газов в США было связано с производством электроэнергии и 27 процентов - с производством тепла.[11][12]

Защитники утверждают, что переработанная энергия стоит меньше и имеет более низкие выбросы, чем большинство других вариантов энергии, используемых в настоящее время.[13]

В настоящее время RecyclingEnergy Int. Corp. использует переработку энергии в вентиляция с рекуперацией тепла и скрытый тепловой насос и CHCP.[14]

История

Возможно, первое современное использование утилизации энергии было сделано Томас Эдисон. Его первая в мире коммерческая электростанция на Перл-стрит 1882 года была ТЭЦ, производившей как электрическую, так и тепловую энергию, а отходящее тепло использовалось для обогрева соседних зданий.[15] Переработка позволила заводу Эдисона достичь примерно 50-процентной эффективности.

К началу 1900-х годов появились правила, способствующие электрификации сельских районов путем строительства централизованных электростанций, управляемых региональными коммунальными предприятиями. Эти правила не только способствовали электрификации по всей сельской местности, но и препятствовали децентрализации производства электроэнергии, такой как ТЭЦ. Они даже зашли так далеко, что объявили незаконной продажу электроэнергии некоммунальными предприятиями.[16]

К 1978 году Конгресс признал, что эффективность на центральных электростанциях осталась на прежнем уровне, и попытался стимулировать повышение эффективности с помощью Закон о нормативной политике в сфере коммунальных услуг (PURPA), который поощрял коммунальные предприятия покупать электроэнергию у других производителей энергии. Разрасталось количество ТЭЦ, которые вскоре производили около 8% всей энергии в США.[17] Однако законопроект оставил реализацию и обеспечение соблюдения на усмотрение отдельных штатов, в результате чего во многих частях страны практически ничего не было сделано.

В 2008 Том Кастен, Председатель Переработка энергии, сказал, что "Мы думаем, что могли бы производить от 19 до 20 процентов электроэнергии в США за счет тепла, которое в настоящее время выбрасывается промышленностью."[18]

За пределами США рециркуляция энергии более распространена. Дания, вероятно, является самым активным переработчиком энергии, получая около 55% энергии от ТЭЦ и рекуперации отработанного тепла. Другие крупные страны, включая Германию, Россию и Индию, также получают гораздо большую долю своей энергии из децентрализованных источников.[17][18]

Рекомендации

  1. ^ а б «Неизвестное решение: что рифмуется с рекуперацией отработанного тепла?». Журнал Orion, ноябрь / декабрь 2007 г..
  2. ^ «Партнерство по комбинированному производству тепла и электроэнергии». Агентство по охране окружающей среды США.
  3. ^ а б «Ассоциация чистого тепла и энергии». Архивировано из оригинал на 2007-07-01.
  4. ^ 'Термобанки'
  5. ^ Вонг, Билл (28 июня 2011 г.), "Солнечное сообщество посадки Дрейка" В архиве 2016-03-04 в Wayback Machine, Конференция IDEA / CDEA District Energy / CHP 2011, Торонто, стр. 1–30, получено 21 апреля 2013 г.
  6. ^ Вонг Б., Торнтон Дж. (2013). Интеграция солнечных и тепловых насосов. Цех возобновляемого тепла.
  7. ^ "Электричество". Министерство энергетики США.
  8. ^ Брюс Хедман, Энергетический и экологический анализ / USCHPA, «Комбинированное производство тепла и электроэнергии и рекуперация тепла как варианты повышения энергоэффективности», брифинг для сенатского собрания по возобновляемым источникам энергии, 10 сентября 2007 г., Вашингтон, округ Колумбия.
  9. ^ «Чистые энергетические технологии: предварительная инвентаризация потенциала производства электроэнергии, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, 4/05» (PDF).
  10. ^ "Управление энергетической информации, Существующие мощности по источникам энергии, 2006 г.".
  11. ^ «Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США». Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинал на 2011-12-18.
  12. ^ «Выбросы парниковых газов в США, 2005 г.». Управление энергетической информации США.
  13. ^ «Развитие вторичной энергии», что делает RED"". Архивировано из оригинал на 2009-09-13. Получено 2009-09-21.
  14. ^ Переработка энергии
  15. ^ «Первая в мире коммерческая электростанция была когенерационной». Когенерационные технологии. Архивировано из оригинал на 2008-04-25. Получено 2008-02-02.
  16. ^ «Свидетельство Шона Кастена перед подкомитетом Сената по энергетике, природным ресурсам и инфраструктуре, 27.05.07» (PDF).
  17. ^ а б «Мировой обзор децентрализованной энергетики, 5/06».
  18. ^ а б "Переработка" энергии: компании экономят деньги. Дэвид Шапер. 22 мая 2008 г. Утренний выпуск. Национальное общественное радио.