Отключване на енергия от отпадъци: Глобална перспектива за решения за съхранение на енергия

Светът е изправен пред двойно предизвикателство: управление на непрекъснато нарастващите обеми отпадъци и преход към устойчиви енергийни източници. За щастие, тези две предизвикателства могат да се обединят в едно мощно решение: съхранение на енергия от отпадъци. Тази блог публикация изследва разнообразните технологии, глобалните инициативи и потенциала за превръщане на отпадъците в ценен енергиен ресурс.

Нарастващата нужда от съхранение на енергия

Интегрирането на възобновяеми енергийни източници, като слънчева и вятърна енергия, в електрическата мрежа е от съществено значение за смекчаване на изменението на климата. Тези източници обаче са непостоянни, което означава, че тяхната наличност се променя в зависимост от метеорологичните условия. Системите за съхранение на енергия са от решаващо значение за изглаждане на тези колебания и осигуряване на надеждно енергоснабдяване. Освен това съхранението на енергия позволява оползотворяването на енергия, генерирана извън пиковите часове или в периоди на излишно производство, като по този начин се намаляват загубите и се подобрява ефективността на мрежата.

Отпадъците като източник на енергия: Многостранен подход

Отпадъците, често разглеждани като тежест, съдържат значителни количества съхранена енергия. Различни технологии могат да отключат тази енергия, превръщайки отпадъците в ценен ресурс. Те включват:

• Изгаряне за оползотворяване на енергия от отпадъци (WtE): Този процес включва изгаряне на твърди битови отпадъци (ТБО) при високи температури за генериране на топлина, която след това се използва за производство на пара за производство на електроенергия или за централно отопление. Съвременните инсталации за WtE включват усъвършенствани технологии за контрол на емисиите, за да се сведе до минимум въздействието върху околната среда. Примери за това са съоръжения в Дания, Германия и Япония, които успешно са интегрирали WtE в своята енергийна инфраструктура от десетилетия.
• Анаеробно разграждане (АD): АD е биологичен процес, при който микроорганизми разграждат органични отпадъчни материали, като хранителни остатъци, селскостопански отпадъци и утайки от отпадъчни води, в отсъствието на кислород. Този процес произвежда биогаз, смес от метан и въглероден диоксид, който може да се използва като възобновяемо гориво за производство на електроенергия, отопление или транспорт. Инсталациите за АD се използват широко в Европа, особено в Германия и Нидерландия, и набират популярност в други региони, включително Северна Америка и Азия.
• Газификация: Газификацията е термохимичен процес, който превръща органични материали в синтезен газ (сингаз) – смес от въглероден оксид, водород и други газове, при високи температури и контролирани условия. Сингазът може да се използва за производство на електроенергия, химикали или да се преобразува в транспортни горива. Технологиите за газификация се разработват и внедряват в различни страни, включително САЩ, Китай и Индия.
• Пиролиза: Пиролизата е процес на термично разлагане, който разгражда органични материали в отсъствието на кислород. Този процес произвежда био-масло, био-въглен и сингаз, всички от които могат да се използват като горива или химически суровини. Пиролизата е особено подходяща за преработка на отпадъчни пластмаси и биомаса. Компании по целия свят изследват усъвършенствани методи за пиролиза.
• Оползотворяване на газ от сметища (LFG): Сметищата генерират метан при разлагането на органичните отпадъци. Системите за оползотворяване на LFG улавят този метан и го използват за производство на електроенергия или природен газ с качество за тръбопроводи. Много сметища по света, особено в развитите страни, са внедрили проекти за оползотворяване на LFG.

Технологии за съхранение на енергия, получена от отпадъци

След като енергията бъде генерирана от отпадъци, са необходими ефективни решения за съхранение, за да се увеличи максимално нейното оползотворяване и да се интегрира в енергийната мрежа. Тези технологии могат да бъдат категоризирани като:

Термично съхранение на енергия (TES)

Системите TES съхраняват енергия под формата на топлина или студ. Това е особено приложимо за инсталации за WtE, които генерират топлина или пара. Технологиите TES включват:

• Съхранение на явна топлина: Това включва съхраняване на топлина чрез повишаване на температурата на среда за съхранение, като вода, масло или бетон. Например, излишната топлина, генерирана от инсталация за WtE по време на периоди на ниско търсене на електроенергия, може да се съхранява в голям изолиран резервоар за вода и след това да се използва за производство на електроенергия или за централно отопление по време на пикови периоди на търсене.
• Съхранение на скрита топлина: Това включва съхраняване на топлина чрез промяна на фазата на среда за съхранение, като топене на твърдо вещество или изпаряване на течност. Съхранението на скрита топлина предлага по-висока енергийна плътност в сравнение със съхранението на явна топлина. Материалите с фазов преход (PCM) се използват често в системите за съхранение на скрита топлина.
• Термохимично съхранение на енергия: Това включва съхраняване на енергия чрез използване на обратими химични реакции. Тези системи предлагат най-високата енергийна плътност, но обикновено са по-сложни и скъпи от съхранението на явна или скрита топлина.

Пример: В Швеция някои системи за централно отопление използват големи подземни системи за съхранение на топлинна енергия, за да съхраняват излишната топлина, генерирана през лятото, за използване през зимните месеци. Това намалява зависимостта от изкопаеми горива и подобрява общата ефективност на енергийната система.

Химическо съхранение на енергия

Химическото съхранение на енергия включва преобразуване на електроенергия в химически горива, като водород или синтетичен природен газ (SNG). Тези горива могат след това да се съхраняват и използват за производство на електроенергия или за осигуряване на топлина, когато е необходимо.

• Производство на водород чрез електролиза: Електролизата използва електричество за разделяне на водата на водород и кислород. След това водородът може да се съхранява и използва в горивни клетки за производство на електроенергия или в промишлени процеси. Електроенергията, получена от отпадъци, може да захранва процеса на електролиза, създавайки път за производство на зелен водород.
• Метаниране: Метанирането е процес, който превръща въглеродния диоксид и водорода в метан (SNG). CO2 може да бъде уловен от биогаз или промишлени източници. Този SNG може след това да бъде инжектиран в мрежата за природен газ, осигурявайки възобновяем източник на природен газ.

Пример: В Европа се изпълняват няколко проекта за производство на водород от възобновяеми енергийни източници, включително от електроенергия, получена от отпадъци, и използването му за декарбонизация на транспорта и промишлеността.

Механично съхранение на енергия

Системите за механично съхранение на енергия съхраняват енергия чрез физическа промяна на позицията или скоростта на маса. Тези системи включват:

• Помпено-акумулиращи централи (ПАВЕЦ): ПАВЕЦ включва изпомпване на вода нагоре към резервоар по време на периоди на ниско търсене на електроенергия и освобождаването ѝ надолу през турбина за генериране на електроенергия по време на пиково търсене. Въпреки че традиционно се използват с големи водноелектрически централи, ПАВЕЦ могат да бъдат интегрирани и с инсталации за WtE, като се използва излишната електроенергия за изпомпване на вода.
• Съхранение на енергия със сгъстен въздух (CAES): CAES включва компресиране на въздух и съхраняването му в подземни пещери или резервоари. Когато е необходима електроенергия, сгъстеният въздух се освобождава и се използва за задвижване на турбина.
• Съхранение на енергия с маховик: Маховиците съхраняват енергия чрез въртене на ротор при високи скорости. Тези системи могат да осигурят бърза реакция и са подходящи за краткотрайни приложения за съхранение на енергия.

Пример: Въпреки че е по-рядко срещано за директна интеграция със съоръжения за преработка на отпадъци в енергия поради географски ограничения, в някои региони помпено-акумулиращите централи могат да бъдат жизнеспособна опция за управление на променливостта на произведената енергия. Съхранението на енергия със сгъстен въздух (CAES) също се радва на подновен интерес с подобряването на технологията.

Глобални инициативи и политики

Няколко държави и региони активно насърчават съхранението на енергия от отпадъци чрез политики, стимули и програми за научноизследователска и развойна дейност. Тези инициативи имат за цел:

• Намаляване на отпадъците от депа и насърчаване на рециклирането: Политики като забрани за депониране, схеми за разширена отговорност на производителя (РОП) и цели за рециклиране стимулират намаляването на отпадъците и отклоняването им от депата, като правят повече отпадъци достъпни за енергийно оползотворяване.
• Подкрепа за развитието на инфраструктура за WtE: Правителствата предоставят финансови стимули, като данъчни кредити, субсидии и преференциални тарифи, за да подпомогнат изграждането и експлоатацията на инсталации за WtE.
• Насърчаване на внедряването на технологии за съхранение на енергия: Стимулите за внедряване на съхранение на енергия, като данъчни кредити, безвъзмездни средства и гаранции по заеми, помагат за намаляване на разходите за системите за съхранение на енергия и ги правят по-икономически жизнеспособни.
• Насърчаване на научните изследвания и развойната дейност: Финансирането на научноизследователски и развойни дейности е от решаващо значение за разработването на иновативни технологии за преработка на отпадъци в енергия и съхранение на енергия.

Примери:

• Европейски съюз: Планът за действие на ЕС за кръгова икономика насърчава предотвратяването на отпадъци, рециклирането и енергийното оползотворяване на отпадъци. ЕС също има цели за възобновяема енергия и намаляване на емисиите на парникови газове, които стимулират развитието на проекти за WtE и съхранение на енергия.
• Китай: Китай инвестира сериозно в инфраструктура за WtE, за да отговори на нарастващите си предизвикателства в управлението на отпадъците и да намали зависимостта си от изкопаеми горива. Страната има и амбициозни цели за внедряване на възобновяема енергия и съхранение на енергия.
• САЩ: САЩ предлагат различни стимули за проекти за възобновяема енергия и съхранение на енергия, включително данъчни кредити и програми за безвъзмездни средства. Няколко щата също са приложили политики за насърчаване на намаляването на отпадъците и рециклирането.

Предизвикателства и възможности

Въпреки че съхранението на енергия от отпадъци предлага значителен потенциал, съществуват и няколко предизвикателства, които трябва да бъдат решени:

• Технологични предизвикателства: Разработването на икономически ефективни и ефикасни технологии за WtE и съхранение на енергия изисква непрекъснати изследвания и развитие.
• Екологични притеснения: Инсталациите за WtE могат да имат отрицателно въздействие върху околната среда, като замърсяване на въздуха и емисии на парникови газове. Съвременните инсталации за WtE обаче включват усъвършенствани технологии за контрол на емисиите, за да се сведат до минимум тези въздействия. Освен това превръщането на отпадъците в енергия избягва емисиите на метан, свързани с депонирането.
• Икономическа жизнеспособност: Икономическата жизнеспособност на проектите за WtE и съхранение на енергия зависи от фактори като състав на отпадъците, цени на енергията и правителствени политики.
• Обществено приемане: Инсталациите за WtE могат да се сблъскат с обществена опозиция поради притеснения относно замърсяването на въздуха и шума. Ефективната комуникация и ангажираността на общността са от съществено значение за получаване на обществено приемане.

Въпреки тези предизвикателства, възможностите за съхранение на енергия от отпадъци са значителни. Чрез преодоляване на тези предизвикателства и оползотворяване на потенциала на отпадъците като енергиен ресурс, можем да създадем по-устойчиво и гъвкаво енергийно бъдеще.

Бъдещето на съхранението на енергия от отпадъци

Бъдещето на съхранението на енергия от отпадъци изглежда обещаващо. Тъй като технологиите продължават да се подобряват и разходите намаляват, WtE и съхранението на енергия ще стават все по-конкурентоспособни на традиционните енергийни източници. Освен това, нарастващият фокус върху принципите на кръговата икономика и практиките за устойчиво управление на отпадъците ще стимулира по-широкото приемане на технологиите за WtE.

Ключови тенденции, които трябва да се следят, включват:

• Усъвършенствани технологии за WtE: Новопоявяващите се технологии като газификация и пиролиза предлагат потенциал за преобразуване на по-широк кръг отпадъчни материали в енергия с по-ниски емисии.
• Интеграция на WtE със съхранение на енергия: Комбинирането на WtE със системи за съхранение на енергия ще повиши надеждността и гъвкавостта на енергийната мрежа.
• Разработване на нови технологии за съхранение на енергия: Продължаващите усилия в областта на научните изследвания и развойната дейност са съсредоточени върху разработването на нови и подобрени технологии за съхранение на енергия, като усъвършенствани батерии, проточни батерии и системи за термично съхранение на енергия.
• Увеличено използване на биогаз: Биогазът, произведен от анаеробно разграждане, ще играе все по-важна роля в енергийния микс, осигурявайки възобновяем източник на природен газ за производство на електроенергия, отопление и транспорт.
• Политическа подкрепа за WtE и съхранение на енергия: Правителствата ще продължат да играят решаваща роля в подкрепа на разработването и внедряването на технологии за WtE и съхранение на енергия чрез политики и стимули.

Практически насоки

За политици, фирми и граждани, ето някои практически насоки, които да се вземат предвид:

• Политици: Прилагайте подкрепящи политики, които насърчават намаляването на отпадъците, рециклирането и енергийното оползотворяване на отпадъци. Осигурете финансови стимули за проекти за WtE и съхранение на енергия. Инвестирайте в научни изследвания и разработки на усъвършенствани технологии за WtE и съхранение на енергия.
• Бизнеси: Изследвайте възможностите за инвестиране в проекти за WtE и съхранение на енергия. Разработвайте иновативни решения за управление на отпадъците, които насърчават принципите на кръговата икономика. Приемайте устойчиви бизнес практики, които минимизират генерирането на отпадъци.
• Граждани: Намалете генерирането на отпадъци, като практикувате 3-те R (намали, използвай повторно, рециклирай). Подкрепяйте политики, които насърчават намаляването на отпадъците и енергийното оползотворяване на отпадъци. Образовайте себе си и другите за ползите от съхранението на енергия от отпадъци.

Заключение

Съхранението на енергия от отпадъци представлява значителна възможност за справяне с две критични глобални предизвикателства: управлението на отпадъците и преходът към устойчива енергия. Като възприемем иновативни технологии, подкрепящи политики и съвместни партньорства, можем да отключим огромния потенциал на отпадъците като енергиен ресурс и да създадем по-чисто, по-устойчиво и по-гъвкаво бъдеще за всички. Преходът изисква глобални усилия, споделяне на най-добри практики и адаптиране на решения към местните условия, като се гарантира, че всяка общност може да се възползва от тази мощна синергия между управлението на отпадъците и производството на енергия.