Chiqindi issiqlikni qayta ishlash san'ati: barqaror kelajak uchun energiyadan foydalanish

Barqarorlik va energiya samaradorligiga e'tibor kuchayib borayotgan dunyoda chiqindi issiqlikni qayta ishlash (WHR) konsepsiyasi katta ahamiyat kasb etmoqda. WHR sanoat jarayonlari, elektr energiyasi ishlab chiqarish yoki boshqa faoliyatlarning qo'shimcha mahsuloti sifatida atrof-muhitga chiqarib yuboriladigan issiqlikni ushlab qolish va qayta ishlatishni o'z ichiga oladi. Ushbu qayta tiklangan issiqlik keyinchalik turli maqsadlarda, masalan, elektr energiyasi ishlab chiqarish, binolarni isitish yoki boshqa sanoat jarayonlarini quvvatlantirish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu blog posti WHR ning tamoyillari, texnologiyalari va global qo'llanilishini chuqur o'rganib, uning sanoatni o'zgartirish va yanada barqaror energiya kelajagiga hissa qo'shish salohiyatini ochib beradi.

Chiqindi issiqlik nima?

Chiqindi issiqlik - bu jarayon davomida hosil bo'ladigan, ammo shu jarayonning o'zi tomonidan to'g'ridan-to'g'ri ishlatilmaydigan va odatda atmosferaga yoki sovutish muhitiga (masalan, suvga) chiqarib yuboriladigan issiqlik energiyasidir. Bu turli sohalarda keng tarqalgan hodisa, jumladan:

Sanoat ishlab chiqarishi: Po'lat eritish, sement ishlab chiqarish, shisha ishlab chiqarish va kimyoviy qayta ishlash kabi jarayonlar katta miqdorda chiqindi issiqlik hosil qiladi. Masalan, sement pechidan chiqadigan tutun gazlarining harorati 300°C dan oshishi mumkin.
Elektr energiyasi ishlab chiqarish: An'anaviy elektr stansiyalari (ko'mir, tabiiy gaz, yadroviy) o'zlarining sovutish tizimlari orqali kiruvchi energiyaning katta qismini chiqindi issiqlik sifatida chiqarib yuboradilar.
Transport: Avtomobillardagi ichki yonuv dvigatellari yoqilg'i energiyasining katta qismini chiqindi gazlar va sovutish tizimlari orqali issiqlik sifatida tarqatadi.
Tijorat binolari: HVAC (Isitish, Ventilyatsiya va Konditsionerlash) tizimlari, ayniqsa, sovutish ustun bo'lgan iqlim sharoitida, ko'pincha issiqlikni atrof-muhitga chiqarib yuboradi. Ma'lumotlar markazlari ham katta miqdorda chiqindi issiqlik hosil qiladi.

Chiqindi issiqlik miqdori juda katta. Global miqyosda iste'mol qilinadigan umumiy energiyaning sezilarli foizi oxir-oqibat chiqindi issiqlik sifatida yo'qoladi, deb taxmin qilinadi. Ushbu isrof bo'lgan energiyaning bir qismini qayta tiklash energiya iste'molini kamaytirish, issiqxona gazlari emissiyasini kamaytirish va umumiy samaradorlikni oshirish uchun ulkan salohiyatni taqdim etadi.

Chiqindi issiqlikni qayta ishlash tamoyillari

WHRning asosiy tamoyili termodinamika qonunlariga asoslanadi. Energiya yaratilmaydi yoki yo'q qilinmaydi, faqat o'zgartiriladi. Shuning uchun, chiqindi issiqlik foydalanish va qayta ishlatish mumkin bo'lgan qimmatli energiya manbai hisoblanadi. WHR tizimlarining samaradorligi bir necha omillarga bog'liq:

Harorat: Yuqori haroratli chiqindi issiqlikni odatda qayta tiklash va undan foydalanish osonroq va tejamkorroq.
Oqim tezligi: Mavjud chiqindi issiqlik miqdori (issiqlik tashuvchi muhitning oqim tezligiga bog'liq) hal qiluvchi omil hisoblanadi.
Masofa: Chiqindi issiqlik manbasining potentsial foydalanuvchilar yoki qo'llash joylariga yaqinligi transport va infratuzilma xarajatlariga ta'sir qiladi.
Vaqt bo'yicha mavjudligi: Chiqindi issiqlikning mavjudlik davomiyligi va barqarorligi samarali va ishonchli WHR tizimlarini loyihalash uchun muhimdir. Vaqti-vaqti bilan yoki mavsumiy chiqindi issiqlik manbalari saqlash yechimlarini talab qilishi mumkin.
Tarkibi: Chiqindi issiqlik oqimining tarkibi (masalan, tutun gazlari) ishlatilishi mumkin bo'lgan WHR texnologiyasi turiga ta'sir qilishi va ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun oldindan tozalashni talab qilishi mumkin.

Chiqindi issiqlikni qayta ishlash texnologiyalari

Chiqindi issiqlikni qayta tiklash va undan foydalanish uchun turli xil texnologiyalar mavjud bo'lib, ularning har biri o'ziga xos qo'llanilish va harorat diapazonlariga mos keladi. Quyida eng keng tarqalganlaridan ba'zilari keltirilgan:

Issiqlik almashtirgichlar

Issiqlik almashtirgichlar eng fundamental va keng qo'llaniladigan WHR texnologiyasidir. Ular issiqlikni bir suyuqlikdan boshqasiga to'g'ridan-to'g'ri aralashmasdan o'tkazadi. Umumiy turlariga quyidagilar kiradi:

Qobiq va quvurli issiqlik almashtirgichlar: Bular mustahkam va ko'p qirrali bo'lib, yuqori bosim va yuqori haroratli ilovalar uchun mos keladi.
Plastinkali issiqlik almashtirgichlar: Bular yuqori issiqlik uzatish samaradorligini taklif qiladi va toza suyuqliklar uchun mos keladi.
Havo isitgichlari: Qozonlar va pechlarda chiqindi gazlardan issiqlikni qayta tiklash va kiruvchi yonish havosini oldindan isitish uchun ishlatiladi, bu esa samaradorlikni oshiradi.
Chiqindi issiqlik qozonlari: Bular chiqindi issiqlikdan bug' hosil qiladi, keyinchalik u elektr energiyasi ishlab chiqarish yoki jarayonlarni isitish uchun ishlatilishi mumkin.

Misol: Po'lat zavodi o'z pechlarining chiqindi gazlaridan issiqlikni qayta tiklash uchun qobiq va quvurli issiqlik almashtirgichidan foydalanib, yonish uchun kiruvchi havoni oldindan isitadi va yoqilg'i sarfini kamaytiradi.

Organik Renkin sikli (ORC)

ORC tizimlari pastdan o'rta haroratgacha bo'lgan manbalardan (80°C dan 350°C gacha) issiqlikni qayta tiklash uchun ayniqsa mos keladi. Ular elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun suvdan pastroq qaynash nuqtasiga ega bo'lgan organik suyuqlikdan foydalanadilar. Organik suyuqlik chiqindi issiqlik ta'sirida bug'lanib, generatorga ulangan turbinani harakatga keltiradi.

Misol: Islandiyadagi geotermal elektr stansiyasi nisbatan past haroratli geotermal resurslardan elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun ORC texnologiyasidan foydalanadi. Geotermal manbadan olingan issiq suv organik suyuqlikni bug'lantiradi va elektr ishlab chiqarish uchun turbinani aylantiradi.

Issiqlik nasoslari

Issiqlik nasoslari issiqlikni past haroratli manbadan yuqori haroratli qabul qilgichga o'tkazadi. Ular ishlashi uchun energiya talab qilsa-da, past darajali chiqindi issiqlikni foydalanish mumkin bo'lgan haroratgacha samarali ravishda oshirishi mumkin. Issiqlik nasoslari ham isitish, ham sovutish dasturlarida ishlatilishi mumkin.

Misol: Shvetsiyadagi markazlashtirilgan isitish tizimi kanalizatsiya tozalash inshootidan chiqindi issiqlikni qayta tiklash va yaqin atrofdagi turar-joy binolarini isitish uchun keng ko'lamli issiqlik nasosidan foydalanadi.

Kogeneratsiya (Issiqlik va elektr energiyasini birgalikda ishlab chiqarish - CHP)

Kogeneratsiya bitta yoqilg'i manbasidan bir vaqtning o'zida elektr energiyasi va issiqlik ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi. CHP tizimlari juda samarali, chunki ular ham ishlab chiqarilgan elektr energiyasidan, ham ishlab chiqarish jarayonida hosil bo'lgan chiqindi issiqlikdan foydalanadilar. CHP tizimlari ko'pincha sanoat korxonalarida, shifoxonalarda va universitetlarda qo'llaniladi.

Misol: Kanadadagi universitet kampusi tabiiy gaz yordamida elektr energiyasi ishlab chiqaradigan va kampus binolarini isitish va sovutish uchun chiqindi issiqlikni ushlab qoladigan CHP tizimini ishlatadi. Bu universitetning elektr tarmog'iga bog'liqligini kamaytiradi va uning uglerod izini pasaytiradi.

Termoelektr generatorlari (TEG)

TEGlar Seebeck effektidan foydalanib issiqlikni to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantiradi. TEGlar boshqa WHR texnologiyalariga nisbatan past samaradorlikka ega bo'lsa-da, ular ixcham, ishonchli va masofaviy yoki kichik miqyosdagi ilovalarda ishlatilishi mumkin. Ular, ayniqsa, chiqindi tizimlardan yoki yuqori haroratli sanoat jarayonlaridan olingan chiqindi issiqlikni to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirish uchun mos keladi.

Misol: Ba'zi avtomobil ishlab chiqaruvchilari avtomobil chiqindi tizimlaridan chiqindi issiqlikni qayta tiklash va yordamchi tizimlarni quvvatlantirish uchun elektr energiyasi ishlab chiqarish, yoqilg'i samaradorligini oshirish uchun TEGlardan foydalanishni o'rganmoqdalar.

Boshqa texnologiyalar

Boshqa WHR texnologiyalariga quyidagilar kiradi:

Absorbsion sovutgichlar: Sovutish ilovalari uchun sovutilgan suv ishlab chiqarish uchun chiqindi issiqlikdan foydalanadi.
To'g'ridan-to'g'ri foydalanish: Chiqindi issiqlikni to'g'ridan-to'g'ri jarayonlarni isitish, oldindan isitish yoki quritish uchun ishlatish.
Issiqlikni saqlash: Chiqindi issiqlikni keyinchalik ishlatish uchun saqlash, vaqti-vaqti bilan mavjud bo'ladigan chiqindi issiqlik muammosini hal qilish.

Chiqindi issiqlikni qayta ishlashning global qo'llanilishi

WHR texnologiyalari butun dunyo bo'ylab keng sanoat va mintaqalarda joriy etilmoqda.

Sanoat sektori: Germaniyada ko'plab sanoat korxonalari energiya iste'molini kamaytirish va raqobatbardoshlikni oshirish uchun WHR tizimlaridan foydalanadi. Masalan, po'lat sanoati turli jarayonlardan issiqlikni qayta tiklash uchun ilg'or WHR texnologiyalarini joriy qilib, energiya tejashga sezilarli hissa qo'shmoqda.
Elektr energiyasi ishlab chiqarish: Gaz turbinalari va bug' turbinalaridan foydalanadigan kombinatsiyalangan siklli elektr stansiyalari elektr energiyasi ishlab chiqarishda WHRning yorqin namunasidir. Gaz turbinasidan chiqadigan chiqindi issiqlik bug' hosil qilish uchun ishlatiladi, bu esa bug' turbinasini harakatga keltiradi va stansiyaning umumiy samaradorligini oshiradi.
Markazlashtirilgan isitish: Daniya va boshqa Skandinaviya mamlakatlaridagi shaharlar uylar va korxonalarni isitish uchun elektr stansiyalari, sanoat korxonalari va chiqindilarni yoqish zavodlaridan olingan chiqindi issiqlikdan foydalanadigan keng markazlashtirilgan isitish tarmoqlariga ega.
Transport: Avtomobillar uchun WHR texnologiyalarini, jumladan, termoelektr generatorlari va Renkin sikli tizimlarini takomillashtirish bo'yicha tadqiqot va ishlanmalar olib borilmoqda.
Bino sektori: Yerdan issiqlik oluvchi nasoslar butun dunyodagi binolarda yerdan issiqlikni qayta tiklash va isitish hamda sovutishni ta'minlash uchun ishlatiladi.

Chiqindi issiqlikni qayta ishlashning afzalliklari

WHRning afzalliklari ko'p va keng qamrovli:

Energiya samaradorligini oshirish: WHR energiya talablarini qondirish uchun zarur bo'lgan birlamchi energiya miqdorini kamaytiradi.
Energiya xarajatlarini kamaytirish: Kamroq energiya iste'moli korxonalar va iste'molchilar uchun kamroq energiya to'lovlarini anglatadi.
Issiqxona gazlari emissiyasini kamaytirish: Fosil yoqilg'ilarga bo'lgan ehtiyojni kamaytirish orqali WHR iqlim o'zgarishini yumshatishga yordam beradi.
Havo sifatini yaxshilash: Fosil yoqilg'i yoqilishining kamayishi havo ifloslantiruvchi moddalar emissiyasining pasayishiga olib keladi.
Resurslardan foydalanishni kuchaytirish: WHR resurslardan samarali foydalanishni rag'batlantiradi va chiqindilarni kamaytiradi.
Raqobatbardoshlikni oshirish: Kamroq energiya xarajatlari sanoatning raqobatbardoshligini oshirishi mumkin.
Energiya xavfsizligi: WHR import qilinadigan energiya manbalariga bog'liqlikni kamaytirishi mumkin.
Iqtisodiy o'sish: WHR texnologiyalarini ishlab chiqish va joriy etish yangi ish o'rinlari yaratishi va iqtisodiy o'sishni rag'batlantirishi mumkin.

Qiyinchiliklar va imkoniyatlar

WHR katta salohiyatni taklif qilsa-da, uni keng qo'llashda qiyinchiliklar ham mavjud:

Yuqori dastlabki investitsiya xarajatlari: WHR tizimlarini joriy etishning dastlabki xarajatlari, ayniqsa kichik va o'rta korxonalar (KO'K) uchun to'siq bo'lishi mumkin.
Texnik murakkablik: Samarali WHR tizimlarini loyihalash va joriy etish texnik jihatdan qiyin bo'lishi mumkin.
Joy cheklovlari: Ba'zi WHR texnologiyalari katta joy talab qiladi, bu esa mavjud inshootlarda cheklov bo'lishi mumkin.
Iqtisodiy maqsadga muvofiqlik: WHR loyihalarining iqtisodiy maqsadga muvofiqligi energiya narxlari, hukumat rag'batlantirishlari va moliyalashtirishning mavjudligi kabi omillarga bog'liq.
Xabardorlikning yetishmasligi: Ba'zi korxonalar va siyosatchilar orasida WHRning potentsial afzalliklari haqida hali ham xabardorlik yetishmaydi.

Biroq, bu qiyinchiliklarni quyidagilar orqali yengish mumkin:

Hukumat rag'batlantirishlari: Soliq imtiyozlari, grantlar va subsidiyalar kabi moliyaviy rag'batlantirishlarni taqdim etish WHR loyihalarining dastlabki investitsiya xarajatlarini kamaytirishga yordam berishi mumkin.
Texnologik yutuqlar: Davom etayotgan tadqiqot va ishlanmalar yanada samarali va tejamkor WHR texnologiyalariga olib kelmoqda.
Jamoatchilikni xabardor qilish kampaniyalari: WHRning afzalliklari haqida xabardorlikni oshirish uning qabul qilinishini rag'batlantirishga yordam berishi mumkin.
Hamkorlik va sheriklik: Korxonalar, tadqiqotchilar va siyosatchilar o'rtasidagi hamkorlik WHR texnologiyalarini joriy etishni tezlashtirishga yordam berishi mumkin.
Energiya auditlari: WHR imkoniyatlarini aniqlash uchun energiya auditlarini o'tkazish korxonalarga energiya samaradorligi bo'yicha investitsiyalar haqida asosli qarorlar qabul qilishga yordam berishi mumkin.

Chiqindi issiqlikni qayta ishlashning kelajagi

WHRning kelajagi porloq. Energiya narxlari o'sishda davom etar ekan va iqlim o'zgarishi borasidagi xavotirlar kuchayib borar ekan, WHR texnologiyalariga bo'lgan talab sezilarli darajada o'sishi kutilmoqda. Bir nechta tendentsiyalar WHRning kelajagini shakllantirmoqda:

Aqlli tarmoqlar bilan integratsiya: WHR tizimlari moslashuvchan va ishonchli energiya ta'minotini ta'minlash uchun aqlli tarmoqlar bilan integratsiya qilinishi mumkin.
Ilg'or materiallarni ishlab chiqish: Yaxshilangan issiqlik uzatish xususiyatlariga ega ilg'or materiallarni ishlab chiqish yanada samarali WHR tizimlariga olib kelmoqda.
WHR texnologiyalarining miniatyurizatsiyasi: WHR texnologiyalarining miniatyurizatsiyasi ularni turar-joy binolari va transport vositalari kabi kichikroq miqyosdagi ilovalarda qo'llash imkonini bermoqda.
Past darajali issiqlikni qayta tiklashga e'tibor: Ko'pincha mo'l-ko'l, lekin foydalanish qiyin bo'lgan past haroratli manbalardan issiqlikni qayta tiklash uchun texnologiyalarni ishlab chiqishga ko'proq e'tibor qaratilmoqda.
Raqamlashtirish va IoT: Raqamli texnologiyalar va Buyumlar Interneti (IoT) dan foydalanish WHR tizimlarini masofadan nazorat qilish va boshqarish imkonini berib, ularning samaradorligi va ishonchliligini oshirmoqda.

Xulosa

Chiqindi issiqlikni qayta ishlash energiya samaradorligini oshirish, issiqxona gazlari emissiyasini kamaytirish va yanada barqaror energiya kelajagini yaratish uchun muhim imkoniyatdir. Hozirda isrof bo'layotgan energiyadan foydalanib, biz qazib olinadigan yoqilg'iga bog'liqligimizni kamaytirishimiz, energiya xarajatlarini pasaytirishimiz va atrof-muhitni yaxshilashimiz mumkin. Qiyinchiliklar mavjud bo'lsa-da, davom etayotgan texnologik yutuqlar, hukumatning qo'llab-quvvatlovchi siyosati va jamoatchilik xabardorligining ortishi WHR texnologiyalarining turli sanoat va sohalarda keng qo'llanilishiga yo'l ochmoqda. Chiqindi issiqlikni qayta ishlash san'atini o'zlashtirish nafaqat ekologik zarurat, balki bu korxonalar, jamoalar va butun sayyoramiz uchun foydali bo'lgan aqlli iqtisodiy strategiyadir. Biz yanada barqaror dunyoga intilar ekanmiz, chiqindi issiqlikni qayta ishlash shubhasiz bizning energiya landshaftimizni shakllantirishda hal qiluvchi rol o'ynaydi.