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전 세계 산업의 폐열 회수 기술, 이점, 응용 분야를 알아보세요. 혁신적인 열 회수 솔루션을 통해 에너지 소비를 줄이고, 배출량을 낮추며, 지속 가능성을 향상시키는 방법을 배우세요.

폐열 회수: 지속 가능한 미래를 위한 에너지 효율 활용

증가하는 환경 문제와 지속 가능한 실천에 대한 시급한 필요성으로 정의되는 시대에, 폐열 회수(WHR)는 전 세계 다양한 산업에서 에너지 효율을 향상시키고 온실가스 배출을 줄이는 중요한 기술로 부상했습니다. 이 종합 가이드는 지속 가능한 에너지 솔루션 구현을 모색하는 전문가, 엔지니어, 정책 입안자들에게 철저한 이해를 제공하기 위해 WHR의 원리, 기술, 응용 분야 및 경제적 이점을 탐구합니다.

폐열 회수란 무엇인가?

폐열은 버려지는 열이라고도 하며, 제조업, 발전, 운송 및 다양한 상업 활동과 같은 산업 공정에서 발생하여 생산적인 목적으로 사용되지 않고 환경으로 방출되는 열입니다. 폐열 회수(WHR)는 이렇게 낭비되는 열을 포집하고 재사용하여 유용한 에너지를 생성함으로써 에너지 소비를 줄이고, 운영 비용을 낮추며, 환경 영향을 최소화하는 과정입니다.

WHR의 기본 개념은 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없으며 단지 변환될 뿐이라는 열역학 법칙에 기반합니다. 따라서 현재 버려지고 있는 열에너지는 포집되어 특정 WHR 기술과 응용 요구 사항에 따라 전기, 증기, 온수 또는 냉수와 같은 유용한 형태의 에너지로 변환될 수 있습니다.

폐열 회수의 중요성

특히 전 세계 에너지 수요와 환경 지속 가능성의 맥락에서 WHR의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. WHR이 지속 가능한 에너지 미래의 중요한 구성 요소인 이유는 다음과 같습니다.

폐열의 원천

폐열은 광범위한 산업 공정에서 생성되며 다양한 형태와 다른 온도 수준에서 발견될 수 있습니다. 이러한 원천을 식별하는 것이 효과적인 WHR 전략을 구현하는 첫 번째 단계입니다. 일반적인 폐열 원천은 다음과 같습니다.

폐열 회수 기술

폐열을 회수하기 위해 다양한 기술이 사용 가능하며, 각각 다른 온도 범위, 열 전달 특성 및 응용 요구 사항에 적합합니다. 가장 일반적인 WHR 기술 중 일부는 다음과 같습니다.

1. 열 교환기

열 교환기는 가장 널리 사용되는 WHR 기술로, 두 유체 간에 직접적인 접촉 없이 열을 전달하도록 설계되었습니다. 쉘 앤 튜브, 플레이트 앤 프레임, 핀 튜브 설계 등 다양한 구성으로 제공됩니다. 열 교환기는 배기 가스, 냉각수 및 기타 공정 스트림에서 열을 회수하여 유입 유체를 예열하거나, 증기를 생성하거나, 공간 난방을 제공하는 데 사용될 수 있습니다.

예시: 열병합 발전(CHP) 시스템에서 열 교환기는 엔진 배기 가스로부터 열을 회수하여 온수나 증기를 생산하며, 이는 공간 난방이나 산업 공정에 사용될 수 있습니다. 이는 유럽, 특히 스칸디나비아 국가의 지역 난방 네트워크에서 흔한 관행입니다.

2. 폐열 보일러

열 회수 증기 발생기(HRSG)라고도 하는 폐열 보일러는 폐열원에서 증기를 생성하는 데 사용됩니다. 이 보일러는 일반적으로 발전소, 산업 시설 및 소각로에서 배기 가스로부터 열을 회수하고 발전, 공정 가열 또는 기타 응용 분야를 위한 증기를 생산하는 데 사용됩니다.

예시: 시멘트 공장에서 폐열 보일러는 가마 배기 가스로부터 열을 회수하여 증기를 생성하고, 이 증기는 증기 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 데 사용됩니다. 이는 공장의 그리드 전기 의존도를 줄이고 탄소 발자국을 낮춥니다. 중국과 인도의 많은 시멘트 공장은 에너지 효율을 개선하기 위해 WHR 시스템을 구현했습니다.

3. 유기 랭킨 사이클(ORC)

유기 랭킨 사이클(ORC)은 물보다 끓는점이 낮은 유기 유체를 사용하여 저온에서 중온의 폐열원으로부터 전기를 생성하는 열역학 사이클입니다. ORC 시스템은 특히 지열 자원, 바이오매스 연소 및 산업 공정에서 열을 회수하는 데 적합합니다.

예시: ORC 시스템은 지열 발전소의 배기 가스에서 열을 회수하는 데 사용됩니다. 뜨거운 지열 유체는 유기 작동 유체를 가열하여 기화시키고 터빈을 구동하여 전기를 생성합니다. ORC 기술은 아이슬란드, 이탈리아, 미국을 포함한 전 세계 지열 발전소에서 널리 사용됩니다.

4. 히트 펌프

히트 펌프는 냉매 사이클과 기계적 작업을 사용하여 저온 소스에서 고온 싱크로 열을 전달합니다. 히트 펌프는 폐기물 스트림에서 열을 회수하고 가열 목적으로 사용 가능한 온도로 올리는 데 사용될 수 있습니다. 특히 소스와 싱크 간의 온도 차이가 비교적 작은 응용 분야에서 효과적입니다.

예시: 히트 펌프는 데이터 센터의 폐수에서 열을 회수하여 인근 사무실 건물의 공간 난방을 제공하는 데 사용됩니다. 이는 데이터 센터의 냉각 부하와 사무실 건물의 난방비를 줄여줍니다. 이러한 유형의 시스템은 데이터 센터가 밀집된 도시 지역에서 점점 더 보편화되고 있습니다.

5. 열전 발전기(TEG)

열전 발전기(TEG)는 제베크 효과를 사용하여 열을 직접 전기로 변환합니다. TEG는 움직이는 부품이 없는 고체 상태 장치로, 매우 신뢰성이 높고 유지 보수가 적습니다. 다른 WHR 기술에 비해 효율은 상대적으로 낮지만, TEG는 자동차 배기 시스템 및 원격 발전과 같이 신뢰성과 소형성이 가장 중요한 틈새 응용 분야에 적합합니다.

예시: TEG는 대형 트럭의 배기 시스템에 통합되어 전기를 생성하며, 이 전기는 조명 및 에어컨과 같은 보조 시스템에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 이는 트럭의 연료 소비와 배출량을 줄입니다. 연구 개발 노력은 TEG 기술의 효율성과 비용 효율성을 개선하는 데 집중되어 있습니다.

6. 흡수식 냉동기

흡수식 냉동기는 열을 주요 에너지 입력으로 사용하여 냉각 목적으로 냉수를 생산합니다. 이 냉동기는 일반적으로 열병합 냉난방(CCHP) 시스템에서 사용되며, 발전이나 산업 공정에서 발생하는 폐열을 사용하여 냉동기를 구동하고 건물이나 산업 공정에 냉각을 제공합니다.

예시: 흡수식 냉동기는 병원의 CCHP 시스템에 통합됩니다. 병원 발전기에서 나오는 폐열은 냉동기를 구동하는 데 사용되며, 이는 에어컨용 냉수를 제공합니다. 이는 병원의 전기 소비를 줄이고 탄소 발자국을 낮춥니다. CCHP 시스템은 병원 및 기타 대형 시설에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다.

폐열 회수의 응용 분야

WHR 기술은 광범위한 산업 및 응용 분야에 적용될 수 있으며, 상당한 에너지 절약 및 환경적 이점을 제공합니다. 가장 일반적인 응용 분야 중 일부는 다음과 같습니다.

폐열 회수의 경제적 이점

WHR의 경제적 이점은 상당하여 기업과 산업에 매력적인 투자가 됩니다. 주요 경제적 이점은 다음과 같습니다.

도전 과제 및 고려 사항

WHR은 상당한 이점을 제공하지만 성공적인 구현을 보장하기 위해 해결해야 할 과제와 고려 사항도 있습니다.

폐열 회수 구현을 위한 모범 사례

WHR의 성공적인 구현을 보장하기 위해 다음 모범 사례를 고려하십시오.

성공적인 폐열 회수 프로젝트의 글로벌 사례

전 세계적으로 수많은 성공적인 WHR 프로젝트가 구현되어 에너지 소비와 배출을 줄이는 이 기술의 잠재력을 입증했습니다. 다음은 몇 가지 예입니다.

폐열 회수의 미래

WHR 기술의 효율성, 비용 효율성 및 적용 가능성을 개선하기 위한 지속적인 연구 개발 노력으로 WHR의 미래는 밝습니다. 주요 동향 및 미래 방향은 다음과 같습니다.

결론

폐열 회수는 에너지 효율을 높이고 배출량을 줄이며 지속 가능한 미래를 촉진하는 중요한 기술입니다. 폐열을 포집하고 재사용함으로써 산업과 기업은 에너지 소비를 크게 줄이고 환경 영향을 감소시키며 수익을 개선할 수 있습니다. 기술이 계속 발전하고 정책 지원이 증가함에 따라 WHR은 더 깨끗하고 지속 가능한 에너지 미래로의 전 세계적인 전환에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다. WHR을 수용하는 것은 환경적 필수 사항일 뿐만 아니라 기업, 지역 사회 및 지구 전체에 이익이 될 수 있는 건전한 경제적 결정입니다.