Problémy s úsporou energie sa stávajú naliehavejšími, keďže potenciál energie moderných spotrebiteľov rastie. Ako v domácej sfére, tak aj v priemysle si technické prostriedky, jednotky a komunikačné siete vyžadujú čoraz väčšie množstvo energetických zdrojov. To nás núti hľadať nové, alternatívne zdroje tepla, elektriny a iných foriem výroby energie. Napriek aktívnemu rozvoju prírodných nosičov energie tento segment stále neumožňuje počítať s úplnou výmenou tradičných elektrocentrál. Zároveň je značný záujem o druhotné energetické zdroje (SER), ktoré sú z veľkej časti bezplatné, no vyžadujú menšie investície do vytvorenia infraštruktúry služieb. Tým však vlastnosti sekundárneho energetického produktu nekončia.
Definícia VER
Existujú dva zásadne odlišné spôsoby výroby energie – prírodný a priemyselný(umelé). V prvom prípade sa využíva energia prírodných javov a procesov - napríklad prúdenie vody, slnečné žiarenie, vietor a pod.. Náročnosť využívania takýchto zdrojov je spôsobená technickými problémami organizačného charakteru - najmä, nestabilita akumulácie energie. Priemyselná výroba energie je v tomto zmysle lepšie kontrolovateľná, vyžaduje však suroviny na zabezpečenie reakcií, pri ktorých vzniká teplo, elektrina, plyn atď.. Kombinácia primárnych a sekundárnych energetických zdrojov prebieha práve v rámci prevádzkového cyklu generátorových staníc.. Faktom je, že hlavné zdroje nie sú plne využité a ich zvyšky sa následne likvidujú alebo recyklujú. Stanice sekundárnej výroby elektriny fungujú na rovnakom základe.
Pri zvažovaní princípov používania VER nebude zbytočné odvolávať sa na koncept energetického potenciálu. Ide o množstvo energie, ktoré môže teoreticky vzniknúť pri spracovaní odpadu, vedľajších produktov výroby a medziproduktov nespotrebovaných v primárnom cykle. V tomto prípade môže byť vyjadrenie potenciálu vo forme energie rôzne. Zásoby rôznych odpadov sú reprezentované ako fyzikálne alebo chemicky viazané teplo, pretlak, kinetická energia alebo tlak tekutiny.
Definícia druhotných zdrojov pre prevádzku elektrární je teda nasledovná: ide o energetický potenciál, ktorý môže vzniknúť ako výsledok technologického procesu spracovania nevyužitého odpadu alebo produktov hlavnej výroby. Zároveň môže byť odlišný ako samotný odpad, tak aj spôsoby ich ďalšieho spracovania.
vlastnosti VER
Stojí za zmienku, že tento koncept výroby energie dlho nezvažovali veľkí spotrebitelia kvôli nedostatku presných metód na výpočet účinnosti a energetického potenciálu. Dnes je recyklácia zdrojov založená na komplexnej analýze širokej škály ukazovateľov, čo umožňuje vyťažiť maximálny úžitok z rovnakého priemyselného odpadu. Medzi najbežnejšie konštrukčné charakteristiky tohto typu zdrojov patria:
- Koeficient výstupnej energie - pomer potenciálu výroby k tepelnému objemu, ktorý vstúpil do generátora s primárnymi zdrojmi.
- Koeficient spotreby energie - pomer množstva tepla spotrebovaného z druhotnej výroby k energii prijatej v agregáte. Tento ukazovateľ odráža efektívnosť využívania konkrétnej energetickej schémy podniku. Okrem toho existujú rôzne spôsoby hodnotenia optimálnych objemov spotreby – s dôrazom na ekonomicky realizovateľné hodnoty, skutočné a plánované ukazovatele spotreby.
- Možnosti úspory paliva predstavujú množstvo primárnych zdrojov, ktoré sa nespotrebúvajú využívaním priemyselného odpadu. Úspory je navyše možné vypočítať aj podľa obrátenej schémy, kedy sa primárne a sekundárne zdroje nahrádzajú v závislosti od aktuálnych podmienok na výrobu tepla alebo elektriny.
- Koeficient využitia - pomer objemu vyrobeného tepla k energetickému potenciálu zdroja dodávaného do spracovateľského kotla.
- Faktor výroby energie – množstvo energie, ktoré sa priamo generuje použitím recyklovaných materiálov v recyklačnej jednotke. Treba poznamenať, že koeficient výroby sa líši od výstupnej energie o množstvo tepelných strát v pracovnom zariadení.
- Služobný faktor je hodnota, ktorá určuje rozdiel medzi plánovaným energetickým výstupom a skutočným výstupom generovaným prostredníctvom pomeru.
Výber optimálneho modelu VER
V každom prípade sa pri vývoji projektu zásobovania energiou prostredníctvom druhotných zdrojov dostáva do popredia ekonomická úloha, ktorej podstatou je využívať čo najefektívnejšie suroviny. Na tento účel sa vykonáva predbežná certifikácia všetkých dostupných zdrojov sekundárnych zdrojov s uvedením ich rezerv, znečistenia, teploty a spôsobu príjmu. Definuje tiež požiadavky na zabezpečenie technologických procesov využívania VER. V závislosti od prevádzkových podmienok podniku a spôsobu spracovania surovín to môžu byť systémy vykurovania, vetrania, plynu a vody.
V záverečnej fáze vytvárania projektu sa vykonávajú aj nasledujúce postupy:
- Pre jeden vybraný alebo viacero zdrojov druhotných surovín je zvolený cenovo najefektívnejší spôsob likvidácie.
- Je určený ekonomický efekt každej udalosti spracovania zdrojov.
- Prevádzková schéma recyklačného závodu sa vyvíja v súlade s potrebami podniku. Hlavný technologický proces môže byť doplnený aj o pomocné operácie, akými sú kogeneračné zariadenia – napríklad ak je potrebná konverzia viacerých druhov paliva.
Zdroje sekundárnych zdrojov
Vo všeobecnom zmysle sú zdroje SER chápané ako súbor technologických procesov a spracovávaných surovín v rámci prevádzky generátorov primárnej energie. Rôzne výrobné oblasti môžu tiež pôsobiť ako zdroje materiálu na následnú výrobu a premenu tepla alebo elektriny. Čo sú sekundárne zdroje energie? Konkrétne druhy materiálov sú určené rozsahom prvovýroby surovín. Napríklad hutnícke podniky poskytujú šrot, odpad z neželezných a železných kovov, gumené zmesi a nepoužité legovacie prísady.
Ak hovoríme o spotrebiteľoch dodávok tepla, potom sa do popredia dostanú nábytkárske a papierenské závody, ako aj stavebné drevospracujúce podniky, ktoré poskytujú palivové horľavé materiály. Možno uviesť nasledujúce príklady druhotných energetických zdrojov tohto typu:
- Rašelinové brikety.
- Drevené triesky a kôra.
- Popol z vysokoteplotných sušiacich kotlov.
- Lignin.
- Odpadový papier.
- Odpad z tuhého dreva.
- Nevyzdvihnuté výrobky z lepenky a papiera.
Podľa mierySo zložitejšími technologickými postupmi výroby sa mení aj štruktúra odpadov s emisiami. Spolu s tradičnými surovinami sa v sekundárnych cykloch spracovania stále viac využívajú aj vysokokvalitné a komplexné viaczložkové odpady. Patria sem nasledujúce materiály:
- Polymérové termoplastické prvky.
- Aglomeráty syntetických zliatin.
- Priemyselné gumové produkty a regeneruje.
- Halite odpad.
- Vysokopecná troska.
- Phosphogypsum.
Súčasne sa zvyšuje aj úroveň environmentálnych hrozieb. Ak je jednou z najdôležitejších výhod prírodných zdrojov energie ekologická čistota výrobných procesov, potom vysokú účinnosť VER do značnej miery zabezpečujú znečistené a chemicky agresívne látky, ktoré nie sú vhodné na prvotné spracovanie. Patria sem ropné produkty, usadeniny a kal, opotrebované pneumatiky, odpad obsahujúci ortuť atď.
Klasifikácia podľa návodu na použitie
Jedna z kľúčových klasifikácií druhotných zdrojov, ktorá určuje rozsah energeticky cenných surovín. Spravidla sa rozlišujú tieto oblasti použitia VER:
- Spaľovanie paliva v jednotkách využívajúcich suroviny pripravené na tepelné spracovanie. Jednoduchá schéma výroby tepla je implementovaná bez medzistupňov spracovania a konverzie.
- Tepelné využitie. Výroba v jednotkách s tepelnou rekuperáciou. Na rozdiel od doterajšieho spôsobu využívania zdrojov možno kogeneračný princíp výroby energie realizovať, ale aj bez prevádzky.transformácií. Napríklad na rôznych linkách elektrární umožňuje využitie sekundárnych zdrojov energie získať teplo, horúcu vodu alebo paru.
- Tepelné a kombinované použitie. Spolu s výrobou tepla dochádza aj k premene na elektrickú energiu. Napríklad turbínové jednotky vyrábajú elektrinu kogeneráciou alebo kondenzačnou formou energie.
- Elektrina. Elektrina sa vyrába pomocou jednotky s plynovou turbínou.
Klasifikácia podľa typu média
Nosičom sa rozumie forma energetického zdroja, ako aj jeho agrotechnický stav, podľa ktorého sa bude zariadenie na využitie vyberať. Na tomto základe sa rozlišujú tieto recyklované zdroje:
- Kvapalné, pevné a plynné odpady.
- Páry – fungujúce a prechádzajúce.
- Výfukové plyny.
- Medziprodukty a hotové výrobky.
- Technická chladiaca voda.
- Plyny so zvýšeným tlakom.
Klasifikácia podľa hlavných typov OZE
Najbežnejšie sú horľavé a tepelné sekundárne zdroje na spracovanie vo využívajúcich energetických rozvodniach. Napríklad horľavé SER sú typicky priemyselný odpad používaný ako hotové palivo na iné priemyselné účely. V tomto prípade platí nasledujúca klasifikácia druhotných energetických zdrojov:
- Metalurgické vysokopecné plyny.
- Drevný odpad vo forme triesok, pilín a hoblín.
- Tekutý alebo pevný odpad používaný v rafinácii ropy a chemickom priemysle.
Termálne VER poskytujú fyzické teplo bez premeny. V tejto kapacite sa dajú využiť odpadové plyny z procesov, vedľajšie produkty výroby, troska a popol, priame teplo z prevádzkových jednotiek a aparátov, para a horúca voda. Je dôležité zdôrazniť, že tepelné zdroje je možné využiť jednak priamo ako zdroj tepla a jednak ako suroviny, ktorých spracovanie prispeje k výrobe elektriny.
Menej často sa využívajú zdroje, ktorých potenciálna energia vzniká zo zdrojov nadmerného tlaku. Ide o emitované druhy sekundárnych energetických zdrojov, ktorými môžu byť zmesi pary a plynov, ktoré opúšťajú pracovné zariadenia do atmosféry. Takéto zdroje sú rozdelené podľa úrovne koncentrácie energie a teplotných ukazovateľov. Teraz môžete zvážiť každý z uvedených typov VER samostatne.
Spaliteľné sekundárne zdroje
V podiele svetového využitia VER zaberá horľavé palivo asi 70 – 80 %. Hlavným druhom takéhoto odpadu je drevo a produkty jeho spracovania. Cieľovým zariadením na využitie zdrojov sú spravidla kotolne pece, ktoré zabezpečujú technologické procesy spaľovania s odvodom tepla. V Rusku existujú aj špecializované závody na spracovanie horľavých druhov druhotných zdrojov - napríklad lignín sa spracováva v hydrolýznych zariadeniach, ale kvôli zložitosti údržbytakéto technologické prístupy sú zriedkavé.
Súvisí so sekundárnym horľavým odpadom a pneumatikami automobilov, ktoré sa recyklujú s uvoľnením energie tromi spôsobmi:
- S pripojením kaskády drvičov na predbežné drvenie.
- Používanie kontinuálnych kompresných systémov s uzavretým objemom v špeciálnych extrudéroch.
- S technológiou kryogénneho mletia pomocou tekutého dusíka.
Populárne sú aj kombinované spôsoby spaľovania horľavých produktov. Po roztriedení surovín podľa určitých charakteristík (frakcia, stupeň kontaminácie, chemické a štruktúrne zloženie) sa uskutoční recyklácia zdrojov rovnakého typu. Spolu s drevným odpadom je teda možné spaľovať uhlie a gumovú drvinu, ak to vyhovuje daným technologickým vlastnostiam. Na niektorých recyklačných staniciach sa horľavý odpad pripravuje aj na ďalšiu výrobu. Najmä stavebné materiály ako hadice, tmely, plnivá do rôznych zmesí a farby a laky sa vyrábajú z aktívneho uhlia, rádiotechnických prvkov a kompozitných materiálov po energetickom spracovaní.
Sekundárne tepelné zdroje energie
Energetický potenciál tohto typu VER tiež umožňuje ich široké využitie v rôznych priemyselných odvetviach a odvetviach. Najcennejšími tepelnými zdrojmi z hľadiska produktivity sú odpadové plyny uvoľňované v dôsledku chemických reakcií, pyrolýzy a spaľovania zásadpalivové produkty. Využíva sa aj kondenzátové teplo, aj keď vzhľadom na technologickú náročnosť procesov získavania energie je tento zdroj využívaný len u polyfunkčných veľkých podnikov s kogeneračnými zariadeniami. Teoreticky môže byť teplo generované splodinami vetrania a iných inžinierskych sietí s prúdmi horúceho vzduchu a vody, ale jeho podiel na celkovom objeme spracovania sekundárnej energie je len 2-3 %.
Existujú tiež obmedzenia týkajúce sa využívania zdrojov tepla sekundárnych energetických zdrojov, ktoré sa vzťahujú na vykurovacie systémy privádzaného vzduchu. Najmä nie je povolené technologické použitie nasledujúcich vzduchových médií:
- Toky odstránené z miestností obsahujúcich horľavé alebo výbušné látky. Aj keď je miesto nasávania nepriamo napojené na horľavé plyny alebo pary cez vetracie kanály, tento vzduch nemožno použiť v jednotkách na rekuperáciu tepla.
- Potoky, ktoré sa môžu stať nosičmi škodlivých látok. To sa zvyčajne stáva, keď cirkulujúci vzduch zachytáva kondenzujúce alebo usadzujúce sa častice zo spracovania nebezpečných surovín z výmenníkov tepla.
- Potoky, ktoré môžu obsahovať vírusy, baktérie a huby spôsobujúce choroby. Biologická kontaminácia ovzdušia je daná aj špecifikami konkrétnej výroby alebo prevádzkovými podmienkami inžinierskeho systému.
Charakteristickým znakom využívania druhotných zdrojov na výrobu tepla je sezónny režimprevádzkovanie recyklačných zariadení. Je to spôsobené tým, že značná časť spracovateľských kotolní je aktivovaná v období vykurovania s priamym odberom tepelnej energie. To platí najmä pre verejné služby, ale v podmienkach priemyselnej výroby sa tepelná podpora technologických operácií vykonáva tempom miestneho harmonogramu.
Sekundárne zdroje pod pretlakom
Predovšetkým ide o odpad z výroby, ktorý vzniká ako výsledok technologických procesov prvotného spracovania. Môžu to byť plyny, kvapaliny a dokonca aj pevné látky. Ich hlavnou črtou je nadmerný tlak pri opustení pracovného zariadenia alebo inžinierskeho systému. Práve požiadavky na reguláciu tlaku sťažujú využitie tohto typu sekundárnych zdrojov, ako aj ich derivátov. Recyklačný cyklus by mal zahŕňať minimálne operáciu odtlakovania pred uvoľnením. Na to sa používajú špeciálne regulátory s prevodovkami, ktoré automaticky normalizujú stav karosérií na optimálny výkon.
VER zariadenie na údržbu
Úžitkové závody sa používajú na získavanie energie z druhotných zdrojov, ktoré môžu zabezpečiť rôzne procesy spracovania a výroby. Existujú špecializované aj univerzálne jednotky. Keďže sekundárne zdroje zahŕňajú médiá ako para s plynom a vodou, univerzálne kotly a kotolne možno považovať za kogeneráciuzariadení. Cieľovým produktom takýchto systémov je zvyčajne elektrina vyrábaná vo veľkých objemoch.
Ak hovoríme o špeciálnych úzko zameraných inštaláciách, potom zahŕňajú nasledujúce:
- Kotly na rekuperáciu vody.
- Ekonomizéry.
- Tepelné čerpadlá.
- Výmenníky tepla.
- Absorpčné chladiace systémy.
- Ohrievače vody.
- Odparovacie chladiace jednotky.
- Turbínové generátory atď.
Pre plnú prevádzku takýchto jednotiek je samozrejme potrebná široká škála pomocných zariadení, vďaka ktorým je systém napojený na zdroje paliva. Takže na obsluhu sekundárnych energetických zdrojov v jednom komplexe s plynovodom môže byť potrebná jednotka rekuperácie tepla so samostatnou kompresorovou stanicou. V závislosti od vlastností samotného zdroja je možné použiť aj systémy chladenia, filtrácie, ohrevu, regulácie tlaku atď.
Využitie OZE na vykurovanie
V mnohých podnikoch je možnosť vykurovania priestorov a vykurovania zariadení s využitím energie generovanej miestnym odpadom priamo začlenená do technologických procesov výroby. Napríklad tepelné kotly a pece počas prevádzky emitujú sekundárne zdroje energie vo forme plynu. Systém likvidácie odpadu funguje pomocou ohrievačov vody, ktoré najskôr nastavia teplotu plynných zmesí na cca 250 °C a následne rozvádzajú energiu cez teplovýmenné okruhy. Potom sa zvyšné procesné výpary odstrániakomín. Ohriata voda sa dá využiť rôznymi spôsobmi. Zvyčajne sa používa v samotnom výrobnom procese ako technická kvapalina alebo ako zdroj teplej vody.
Efektívnosť využívania takýchto vykurovacích technológií je nízka a dosahuje len 10-12 %, ale vzhľadom na absenciu nákladov na suroviny je tento prístup opodstatnený. Ďalšou vecou je, že využívanie druhotných energetických zdrojov samo o sebe vyžaduje prvotnú organizáciu podmienok na výrobu tepla a následnú distribúciu produktov spaľovania cez siete výmenníkov tepla. Môže byť tiež potrebné dodatočne vybaviť výrobné linky jednotkami na odstraňovanie nežiaducich suspenzií a základnými čistiacimi systémami.
Vykurovanie vonkajších priestorov pomocou VER
Vytvorenie vonkajších pracovných priestorov s technologickým vybavením podľa rôznych odhadov ušetrí od 10 do 20 % odhadovaných nákladov na organizáciu výrobných procesov. O úplnom výstupe z dielní sa samozrejme nehovorí, no minimalizácia objemu stavebných konštrukcií pri vytváraní takýchto lokalít výrazne znižuje náklady na projekty. Zároveň však bude prevádzka zariadenia sťažená kvôli prítomnosti snehu a ľadu v oblastiach. Preto je potrebné zorganizovať systém zásobovania teplom na otvorenom priestranstve. Výber konkrétneho zariadenia a typu druhotného zdroja energie bude závisieť aj od smerovania podniku a jeho technologického odpadu. Spravidla vako nosič tepla sa používa voda, cirkulujúca v medzikruží so spätným návratom do zdroja vykurovania. Na udržanie optimálnych parametrov kvapaliny sa dodatočne používa nemrznúca zmes a regulácia prietokov prebieha automatizáciou s vyrovnávacími expanznými nádržami.
Prenos tepla bude závisieť od objemu zdroja, konštrukcie potrubia a vonkajších mikroklimatických podmienok. Aby sa zachovala bezpečnosť počas prevádzky systému v zime, odporúča sa usporiadať špeciálne nátery na betónovom základe. V záujme zvýšenia tepelnej vodivosti tiež technológovia odporúčajú pokryť štruktúru riešeniami na báze ťažkého betónu, čadičových triesok a žulových inklúzií. Ak hovoríme o chladných oblastiach so silnými mrazmi, potom je lepšie zvoliť sekundárny zdroj energie na báze vody s pridaním zariadení na topenie snehu do pracovnej infraštruktúry. Odhadované množstvo tepla vytvoreného na topenie snehových más a námrazy by malo byť približne 630 kJ / kg. Ak konštrukcia systému neumožňuje hromadenie snehu v pracovnom priestore, potom spotreba energie na jeho topenie v čase zrážok stúpne na 1250 kJ/kg.
Výhody používania VER
Využívanie alternatívnych zdrojov energie je zvyčajne riadené ekonomickými, technickými a environmentálnymi faktormi. V tomto prípade fungujú všetky tieto faktory, no dominantný je ten ekonomický. S dobre vykonaným projektom na implementáciu užívateľa v podniku môžete počítať so znížením nákladov na dodávku tepla napríklad až o 25-30%. Špecifický ukazovateľ úspor je určený podmienkami výroby a využívania druhotných energetických zdrojov, ale v každom prípade bude prínosom. Najmä ak sa v cieľovom závode používajú miestne a vlastné spracovateľské materiály.
Ďalšou výhodou je vysoký energetický potenciál odpadu. Plyny, technické kvapaliny a výrobné suroviny v tuhom stave sú na začiatku vyberané podľa princípov maximalizácie odberu veľkých objemov tepla. Navyše, na rozdiel od fungovania hlavných tradičných nosičov energie, sekundárne zdroje sú už v čase použitia v optimálnom stave agregácie a teploty na spracovanie.
Nevýhody používania VER
Širokému rozšíreniu tohto konceptu zásobovania energiou bráni viacero faktorov, z ktorých hlavným je zložitosť technologického zariadenia takýchto systémov. Aj keď neberieme do úvahy náklady na vybavenie vo forme užívateľov, technická organizácia procesu si nevyhnutne vyžiada reorganizáciu miesta prevádzky, pretože systém bude fungovať v spojení s rôznymi inžinierskymi jednotkami.
Ďalšou nevýhodou využívania sekundárnych zdrojov je nízka energetická návratnosť. Opäť, berúc do úvahy voľný charakter tejto suroviny, ekonomická realizovateľnosť bude pozitívna, avšak najmä malé percento prenosu tepla v zásade neumožňuje spoliehať sa na usporiadanie výrobných staníc pre komplexné údržba priemyselných odvetví a iných spotrebných zariadení. Spravidla je to len totopomocný zdroj energie.
Záver
Zdroje na spracovanie na účely druhotného energetického zhodnocovania sa zásadne líšia od tradičných aj prírodných zdrojov dodávok energie. Čiastočne sú spôsobené samotným pôvodom tejto suroviny, ale vo väčšej miere špecifikami technológií ich aplikácie. Zároveň môže dôjsť k spotrebe primárnych a sekundárnych zdrojov v rámci toho istého výrobného procesu. Napríklad, ak sa v závode vyrábajú armatúry a produkty spaľovania z vysokých pecí sa posielajú do odpadových výmenníkov tepla, ktoré slúžia iným technologickým operáciám. Implementuje sa kompletný výrobný cyklus, ktorý je efektívnejší, šetrí zdroje a je šetrnejší k životnému prostrediu, pretože odpad sa recykluje.
