Kwestie oszczędzania energii stają się coraz bardziej dotkliwe w miarę wzrostu potencjału energetycznego współczesnych konsumentów. Zarówno w sferze domowej, jak iw przemyśle stosowane środki techniczne, jednostki i sieci komunikacyjne wymagają coraz większych ilości zasobów energetycznych. To zmusza nas do poszukiwania nowych, alternatywnych źródeł ciepła, energii elektrycznej i innych form wytwarzania energii. Mimo aktywnego rozwoju naturalnych nośników energii segment ten nadal nie pozwala nam liczyć na całkowitą wymianę tradycyjnych elektrowni. Jednocześnie istnieje duże zainteresowanie wtórnymi źródłami energii (SER), które są w dużej mierze bezpłatne, ale wymagają mniejszych nakładów na stworzenie infrastruktury usługowej. Jednak cechy produktu energii wtórnej na tym się nie kończą.
Definicja VER
Istnieją dwa zasadniczo różne sposoby wytwarzania energii - naturalny i przemysłowy(sztuczny). W pierwszym przypadku wykorzystywana jest energia zjawisk i procesów przyrodniczych – np. przepływu wody, promieniowania słonecznego, wiatru itp. Złożoność wykorzystania takich zasobów wynika z problemów technicznych natury organizacyjnej – w szczególności, niestabilność akumulacji energii. Wytwarzanie energii przemysłowej w tym sensie jest bardziej sterowalne, ale wymaga surowców zapewniających reakcje, podczas których wytwarzane jest ciepło, energia elektryczna, gaz itp. Łączenie pierwotnych i wtórnych zasobów energii ma miejsce właśnie w cyklu pracy stacji wytwórczych. Faktem jest, że główne zasoby nie są w pełni wykorzystywane, a ich pozostałości są następnie usuwane lub poddawane recyklingowi. Na tej samej zasadzie działają stacje wtórnej generacji energii.
Rozważając zasady korzystania z VER, nie będzie zbyteczne odwoływanie się do koncepcji potencjału energetycznego. Jest to ilość energii, która teoretycznie może zostać wytworzona podczas przetwarzania odpadów, produktów ubocznych produkcji i surowców pośrednich niezużytych w cyklu pierwotnym. W tym przypadku ekspresja potencjału w postaci energii może być inna. Zapasy różnych odpadów są przedstawiane jako fizyczne lub chemicznie związane ciepło, nadciśnienie, energia kinetyczna lub ciśnienie płynu.
Tak więc definicja zasobów wtórnych do eksploatacji elektrowni jest następująca: jest to potencjał energetyczny, który może powstać w wyniku procesu technologicznego przetwarzania niewykorzystanych odpadów lub produktów głównej produkcji. Jednocześnie zarówno same odpady, jak i sposoby ich dalszego przetwarzania mogą być różne.
CHARAKTERYSTYKA VER
Warto zauważyć, że przez długi czas ta koncepcja wytwarzania energii nie była rozważana przez dużych konsumentów ze względu na brak dokładnych metod obliczania wydajności i potencjałów energetycznych. Dziś recykling zasobów opiera się na kompleksowej analizie szerokiej gamy wskaźników, co pozwala na uzyskanie maksymalnych korzyści z tych samych odpadów przemysłowych. Do najczęstszych cech projektowych tego typu zasobów należą:
- Współczynnik energii wyjściowej - stosunek potencjału wytwarzania do objętości cieplnej, która weszła do generatora z zasobami pierwotnymi.
- Współczynnik zużycia energii - stosunek ilości ciepła zużytego z produkcji wtórnej do energii otrzymanej w zespole prądotwórczym. Wskaźnik ten odzwierciedla efektywność wykorzystania określonego schematu energetycznego przedsiębiorstwa. Ponadto istnieją różne sposoby oceny optymalnych wielkości zużycia – z naciskiem na wartości ekonomicznie wykonalne, wskaźniki rzeczywistego i planowanego zużycia.
- Możliwości oszczędzania paliwa to ilość zasobów pierwotnych, które nie są zużywane przy wykorzystaniu odpadów przemysłowych. Ponadto oszczędności można również obliczyć według schematu odwrotnego, gdy zasoby pierwotne i wtórne zastępują się nawzajem, w zależności od aktualnych warunków wytwarzania ciepła lub energii elektrycznej.
- Współczynnik wykorzystania - stosunek ilości wytworzonego ciepła do potencjału energetycznego zasobu dostarczanego do kotła przetwórczego.
- Współczynnik wytwarzania energii - ilość energii, która jest bezpośrednio generowana przy użyciu materiałów pochodzących z recyklingu w jednostce recyklingu. Należy zauważyć, że współczynnik wytwarzania różni się od energii wyjściowej o wielkość strat ciepła w pracującej instalacji.
- Współczynnik serwisowy to wartość, która określa różnicę między planowaną produkcją energii a rzeczywistą wydajnością generowaną przez ten współczynnik.
Wybór optymalnego modelu VER
W każdym przypadku przy opracowywaniu projektu zaopatrzenia w energię z zasobów wtórnych na pierwszy plan wysuwa się zadanie ekonomiczne, którego istotą jest wykorzystanie najbardziej wydajnych surowców. W tym celu przeprowadzana jest wstępna certyfikacja wszystkich dostępnych źródeł zasobów wtórnych, wskazując ich rezerwy, zanieczyszczenie, temperaturę i sposób odbioru. Określa również wymagania dotyczące zapewnienia procesów technologicznych wykorzystania VER. W zależności od warunków pracy przedsiębiorstwa i sposobu przetwarzania surowców mogą to być instalacje grzewcze, wentylacyjne, gazowe i wodociągowe.
Na ostatnim etapie tworzenia projektu wykonywane są również następujące procedury:
- Najbardziej opłacalna metoda utylizacji jest wybierana dla jednego wybranego lub kilku źródeł surowców wtórnych.
- Określa się efekt ekonomiczny każdego zdarzenia przetwarzania zasobów.
- Schemat działania zakładu recyklingu jest opracowywany zgodnie z potrzebami przedsiębiorstwa. Ponadto główny proces technologiczny może być uzupełniony operacjami pomocniczymi, takimi jak elektrociepłownie – na przykład, gdy wymagana jest konwersja kilku rodzajów paliwa.
Źródła zasobów wtórnych
W sensie ogólnym źródła SER są rozumiane jako zespół procesów technologicznych i przetwarzanych surowców w ramach działania generatorów energii pierwotnej. Ponadto różne obszary produkcyjne mogą pełnić rolę źródeł materiału do późniejszego wytwarzania i konwersji ciepła lub energii elektrycznej. Co to są wtórne źródła energii? Poszczególne rodzaje materiałów są określane przez zakres pierwotnej produkcji surowców. Na przykład przedsiębiorstwa metalurgiczne dostarczają złom, odpady metali nieżelaznych i żelaznych, mieszanki gumowe i nieużywane dodatki stopowe.
Jeżeli mówimy o odbiorcach ciepła, na pierwszy plan wysuną się fabryki mebli i papieru, a także przedsiębiorstwa budowlane zajmujące się obróbką drewna, które dostarczają materiały opałowe. Można podać następujące przykłady tego typu wtórnych zasobów energii:
- Brykiety torfowe.
- Zrębki i kora.
- Popiół z wysokotemperaturowych kotłów suszących.
- Lignin.
- Makulatura.
- Odpady z litego drewna.
- Nieodebrane produkty z tektury i papieru.
Według miaryW miarę komplikacji procesów technologicznych produkcji zmienia się również struktura odpadów wraz z emisjami. Wraz z tradycyjnymi surowcami we wtórnych cyklach przetwarzania coraz częściej stosuje się wysokiej jakości złożone odpady wieloskładnikowe. Należą do nich następujące materiały:
- Polimerowe elementy termoplastyczne.
- Aglomeraty stopów syntetycznych.
- Przemysłowe produkty gumowe i regenerowane.
- Odpady halitu.
- Żużel wielkopiecowy.
- Gyps fosforanowy.
Jednocześnie wzrasta również poziom zagrożeń środowiskowych. Jeżeli jedną z najważniejszych zalet naturalnych źródeł energii jest ekologiczna czystość procesów wytwórczych, to wysoką sprawność VER zapewniają w dużej mierze zanieczyszczone i chemicznie agresywne substancje, które nie poddają się obróbce pierwotnej. Należą do nich produkty ropopochodne, osady i szlam, zużyte opony, odpady zawierające rtęć itp.
Klasyfikacja według kierunków użytkowania
Jedna z kluczowych klasyfikacji surowców wtórnych, która określa zakres cennych energetycznie surowców. Z reguły wyróżnia się następujące obszary zastosowania VER:
- Spalanie paliwa w jednostkach wykorzystujących surowce gotowe do obróbki cieplnej. Realizowany jest prosty schemat wytwarzania ciepła bez pośrednich etapów przetwarzania i konwersji.
- Użycie termiczne. Wytwarzanie w jednostkach odzysku ciepła. W przeciwieństwie do poprzedniego sposobu wykorzystania zasobów, zasada wytwarzania energii w kogeneracji może być realizowana, ale także bez operacji.przekształcenia. Na przykład na różnych liniach elektrowni, wykorzystanie wtórnych zasobów energii umożliwia pozyskiwanie ciepła, gorącej wody lub pary.
- Zastosowanie termiczne i kombinowane. Wraz z wytwarzaniem ciepła następuje również konwersja na energię elektryczną. Na przykład turbiny wytwarzają energię elektryczną w kogeneracji lub w formach kondensacyjnych.
- Elektryczność. Energia elektryczna jest wytwarzana za pomocą jednostki wykorzystującej turbinę gazową.
Klasyfikacja według rodzaju mediów
Pod nośnikiem rozumie się formę zasobu energetycznego, a także jego stan agrotechniczny, pod jakim zostanie wybrany zakład utylizacji. Na tej podstawie wyróżnia się następujące surowce wtórne:
- Odpady płynne, stałe i gazowe.
- Pary - przepracowane i zdające.
- Gazy wydechowe.
- Produkty pośrednie i gotowe.
- Techniczna woda chłodząca.
- Gazy o podwyższonym ciśnieniu.
Klasyfikacja według głównych typów OZE
Najczęstsze są palne i termiczne wtórne zasoby do przetwarzania w podstacjach energetycznych. Na przykład palne SER są typowymi odpadami przemysłowymi wykorzystywanymi jako gotowe paliwo do innych celów przemysłowych. W tym przypadku obowiązuje następująca klasyfikacja wtórnych zasobów energii:
- Gazy hutnicze wielkopiecowe.
- Odpady drzewne w postaci zrębków, trocin i wiórów.
- Odpady płynne lub stałe wykorzystywane w przemyśle rafinacji ropy naftowej i przemyśle chemicznym.
Termiczny VER zapewnia fizyczne ciepło bez konwersji. W tym charakterze mogą być wykorzystywane odpadowe gazy procesowe, produkty uboczne produkcji, żużel i popiół, bezpośrednie ciepło z jednostek operacyjnych i aparatów, para i gorąca woda. Należy podkreślić, że zasoby cieplne mogą być wykorzystywane zarówno bezpośrednio jako źródło ciepła, jak i jako surowce, których przetwarzanie przyczyni się do produkcji energii elektrycznej.
Rzadziej wykorzystywane są zasoby, których potencjalna energia jest generowana ze źródeł nadciśnienia. Są to emitowane rodzaje wtórnych źródeł energii, którymi mogą być mieszaniny pary i gazów, które opuszczają pracujące instalacje do atmosfery. Takie zasoby są podzielone według poziomu koncentracji energii i wskaźników temperatury. Teraz możesz osobno rozważyć każdy z wymienionych typów VER.
Palne surowce wtórne
W udziale światowego użycia VER, paliwo palne zajmuje około 70-80%. Głównym rodzajem takich odpadów jest drewno i produkty jego przetwarzania. Docelowym sprzętem do utylizacji zasobów są zazwyczaj jednostki kotłowo-piecowe, które zapewniają technologiczne procesy spalania z odprowadzeniem ciepła. W Rosji istnieją również wyspecjalizowane zakłady do przetwarzania palnych rodzajów surowców wtórnych - na przykład lignina jest przetwarzana w zakładach hydrolizy, ale ze względu na złożoność utrzymaniaproduktów, takie podejście technologiczne jest rzadkością.
Związane z wtórnymi odpadami palnymi i oponami samochodowymi, które są poddawane recyklingowi z uwolnieniem energii na trzy sposoby:
- Z połączeniem kaskady kruszarek do wstępnego kruszenia.
- Korzystanie z systemów ciągłego prasowania o zamkniętej objętości w specjalnych wytłaczarkach.
- Z technologią mielenia kriogenicznego przy użyciu ciekłego azotu.
Popularne są również kombinowane metody spalania produktów palnych. Po sortowaniu surowców według określonych cech (frakcja, stopień zanieczyszczenia, skład chemiczny i strukturalny) przeprowadzany jest recykling surowców tego samego rodzaju. Tak więc razem z odpadami drzewnymi można spalać węgiel i okruchy gumy, jeśli odpowiada to danym technologiom. Na niektórych stacjach recyklingu przygotowywane są również odpady palne do dalszej produkcji. W szczególności materiały budowlane, takie jak węże, mastyksy, wypełniacze do różnych mieszanek oraz farby i lakiery są wytwarzane z węgla aktywnego, elementów inżynierii radiowej i materiałów kompozytowych po obróbce energetycznej.
Wtórne źródła energii cieplnej
Potencjał energetyczny tego typu VER pozwala również na ich szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu i gałęziach przemysłu. Najcenniejszymi zasobami cieplnymi pod względem produktywności są gazy odlotowe uwalniane w wyniku reakcji chemicznych, pirolizy i spalania zasadowychprodukty paliwowe. Wykorzystywane jest również ciepło kondensatu, choć ze względu na złożoność technologiczną procesów pozyskiwania energii źródło to jest wykorzystywane tylko w wielofunkcyjnych dużych przedsiębiorstwach posiadających zakłady kogeneracyjne. Teoretycznie ciepło może być generowane z emisji wentylacyjnych i innych sieci inżynieryjnych z przepływami gorącego powietrza i wody, ale jego udział w całkowitym wolumenie przetwarzania energii wtórnej wynosi tylko 2-3%.
Istnieją również ograniczenia w korzystaniu ze źródeł ciepła z wtórnych zasobów energii, które nakładane są na systemy ogrzewania powietrza nawiewanego. W szczególności niedozwolone jest technologiczne wykorzystanie następujących mediów powietrznych:
- Przepływy usunięte z pomieszczeń zawierających substancje łatwopalne lub wybuchowe. Nawet jeśli miejsce wlotu jest pośrednio połączone z palnymi gazami lub oparami przez kanały wentylacyjne, to powietrze nie może być wykorzystywane w jednostkach odzysku ciepła.
- Strumienie, które mogą stać się nośnikami szkodliwych substancji. Zwykle dzieje się tak, gdy krążące powietrze zbiera kondensujące lub osadzające się cząstki z przetwarzania niebezpiecznych surowców z wymienników ciepła.
- Strumienie, które mogą zawierać wirusy, bakterie i grzyby wywołujące choroby. Zanieczyszczenie biologiczne środowiska powietrza jest również zdeterminowane specyfiką konkretnej produkcji lub warunkami pracy instalacji inżynierskiej.
Cechą charakterystyczną wykorzystania zasobów wtórnych do produkcji ciepła jest tryb sezonowyprowadzenie zakładów recyklingu. Wynika to z faktu, że znaczna część kotłowni procesowych uruchamiana jest w okresach ogrzewania z bezpośrednim poborem energii cieplnej. Dotyczy to zwłaszcza mediów, ale w warunkach produkcji przemysłowej wsparcie cieplne operacji technologicznych odbywa się w tempie lokalnego harmonogramu.
Zasoby wtórne pod nadmierną presją
Głównie są to odpady produkcyjne otrzymywane w wyniku procesów technologicznych przetwarzania pierwotnego. Mogą to być gazy, ciecze, a nawet ciała stałe. Ich główną cechą jest przebywanie pod nadmiernym ciśnieniem podczas opuszczania pracującej instalacji lub systemu inżynieryjnego. To właśnie wymagania dotyczące regulacji ciśnienia utrudniają wykorzystanie tego typu zasobów wtórnych, a także ich pochodnych. Cykl recyklingu powinien obejmować co najmniej operację obniżenia ciśnienia przed uwolnieniem. W tym celu stosowane są specjalne regulatory ze skrzyniami biegów, które automatycznie normalizują stan korpusów do optymalnej wydajności.
VER sprzęt do konserwacji
Zakłady energetyczne są wykorzystywane do pozyskiwania energii z zasobów wtórnych, które mogą zapewnić różne procesy przetwarzania i produkcji. Istnieją zarówno jednostki specjalistyczne, jak i uniwersalne. Ponieważ zasoby wtórne obejmują media takie jak para z gazem i wodą, kotły uniwersalne i kotłownie można uznać za kogeneracjęekwipunek. Docelowym produktem takich systemów jest zwykle energia elektryczna wytwarzana w dużych ilościach.
Jeśli mówimy o specjalnych, wąsko ukierunkowanych instalacjach, to obejmują one:
- Kotły odzysknicowe.
- Ekonomizatorzy.
- Pompy ciepła.
- Wymienniki ciepła.
- Asorpcyjne systemy chłodnicze.
- Podgrzewacze wody.
- Chłodziarki wyparne.
- Generatory turbin itp.
Oczywiście do pełnej pracy takich jednostek wymagany jest szeroki wachlarz urządzeń pomocniczych, dzięki którym system jest podłączony do źródeł paliwa. W związku z tym do obsługi wtórnych zasobów energii w jednym kompleksie z gazociągiem może być wymagany węzeł odzysku ciepła z wydzieloną stacją sprężarkową. W zależności od właściwości samego zasobu można również zastosować systemy chłodzenia, filtracji, ogrzewania, regulacji ciśnienia itp.
Wykorzystanie OZE do ogrzewania
W wielu przedsiębiorstwach możliwość ogrzewania pomieszczeń i ogrzewania urządzeń z wykorzystaniem energii wytwarzanej z lokalnych odpadów jest bezpośrednio włączana do procesów technologicznych produkcji. Na przykład kotły i piece termiczne emitują wtórne zasoby energii w postaci gazu podczas pracy. System utylizacji odpadów działa za pomocą podgrzewaczy wody, które najpierw ustawiają temperaturę mieszanek gazowych na około 250 °C, a następnie rozprowadzają energię po obwodach wymiany ciepła. Następnie pozostałe opary procesowe są usuwane przezkomin. Podgrzaną wodę można wykorzystać na różne sposoby. Jest zwykle używany w samym procesie produkcyjnym jako płyn techniczny lub jako źródło zaopatrzenia w gorącą wodę.
Sprawność stosowania takich technologii grzewczych jest niska i wynosi tylko 10-12%, ale biorąc pod uwagę brak kosztów surowców, takie podejście jest uzasadnione. Inną rzeczą jest to, że samo wykorzystanie wtórnych zasobów energii wymaga początkowej organizacji warunków wytwarzania ciepła i późniejszej dystrybucji produktów spalania przez sieci wymiany ciepła. Konieczne może być również dodatkowe wyposażenie linii produkcyjnych w agregaty do usuwania niechcianych zawiesin oraz podstawowe systemy czyszczenia.
Ogrzewanie obszarów zewnętrznych za pomocą VER
Tworzenie zewnętrznych przestrzeni roboczych z wyposażeniem technologicznym, według różnych szacunków, pozwala zaoszczędzić od 10 do 20% szacowanych kosztów organizacji procesów produkcyjnych. Oczywiście nie ma mowy o całkowitym wyjściu z warsztatów, ale minimalizacja objętości konstrukcji budowlanych przy tworzeniu takich witryn znacznie obniża koszty projektów. Ale jednocześnie obsługa sprzętu będzie trudna ze względu na obecność śniegu i lodu na obszarach. W związku z tym istnieje potrzeba zorganizowania systemu zaopatrzenia w ciepło na otwartej przestrzeni. Wybór konkretnej instalacji oraz rodzaj wtórnego zasobu energii będzie również zależał od kierunku przedsięwzięcia i jego technologicznego odpadu. Z reguły wjako nośnik ciepła stosuje się wodę, krążącą w pierścieniu z odwrotnym powrotem do źródła ciepła. Dla utrzymania optymalnych parametrów cieczy dodatkowo stosowany jest płyn niezamarzający, a regulacja przepływów realizowana jest automatycznie z buforowymi zbiornikami wyrównawczymi.
Przenikanie ciepła będzie zależeć od wielkości zasobu, projektu rurociągu i zewnętrznych warunków mikroklimatycznych. W celu zachowania bezpieczeństwa podczas eksploatacji systemu w okresie zimowym zaleca się układanie specjalnych powłok na podłożu betonowym. Również w trosce o zwiększenie przewodności cieplnej technolodzy zalecają pokrycie konstrukcji rozwiązaniami na bazie ciężkiego betonu, wiórów baz altowych i wtrąceń granitowych. Jeśli mówimy o zimnych regionach z silnymi mrozami, lepiej wybrać wtórny zasób energii na bazie wody z dodatkiem urządzeń do topienia śniegu do działającej infrastruktury. Szacunkowa ilość ciepła wytworzonego podczas topnienia mas śniegu i oblodzenia powinna wynosić około 630 kJ/kg. Jeżeli konstrukcja systemu nie pozwala na gromadzenie się śniegu w obszarze roboczym, to zużycie energii na jego topienie w czasie opadów wzrośnie do 1250 kJ/kg.
Korzyści z używania VER
Wykorzystanie alternatywnych źródeł energii jest zwykle napędzane czynnikami ekonomicznymi, technicznymi i środowiskowymi. W tym przypadku wszystkie te czynniki działają, ale dominuje czynnik ekonomiczny. Dzięki dobrze zrealizowanemu projektowi wdrożenia utylizatora w przedsiębiorstwie możesz liczyć na obniżenie kosztów dostawy ciepła np. do 25-30%. Konkretny wskaźnik oszczędności zależy od warunków produkcji i wykorzystania wtórnych zasobów energii, ale w każdym przypadku będzie to korzyść. Zwłaszcza jeśli w zakładzie docelowym stosowane są lokalne i własne materiały do przetwarzania.
Kolejna korzyść wynika z wysokiego potencjału energetycznego odpadów. Gazy, płyny techniczne i surowce do produkcji w stanie stałym są wstępnie dobierane zgodnie z zasadami maksymalizacji wydobycia dużych ilości ciepła. Ponadto, w przeciwieństwie do działania głównych tradycyjnych nośników energii, surowce wtórne w momencie użytkowania są już w optymalnym stanie skupienia i temperatury do przetwarzania.
Wady korzystania z VER
Szerokie rozpowszechnienie tej koncepcji zaopatrzenia w energię jest utrudnione przez kilka czynników, z których głównym jest złożoność urządzenia technologicznego takich systemów. Nawet jeśli nie uwzględnimy kosztów sprzętu w postaci utylizatorów, techniczna organizacja procesu nieuchronnie będzie wymagała reorganizacji miejsca eksploatacji, ponieważ system będzie działał w połączeniu z różnymi jednostkami inżynierskimi.
Kolejną wadą korzystania z zasobów wtórnych może być niski zwrot energii. Ponownie, biorąc pod uwagę swobodny charakter tego surowca, opłacalność ekonomiczna będzie dodatnia, jednak skromny procent wymiany ciepła, w szczególności w szczególności, nie pozwoli w zasadzie oprzeć się na rozmieszczeniu stacji wytwórczych dla kompleksowej konserwacja przemysłów i innych obiektów konsumpcyjnych. Z reguły to tylkopomocnicze źródło zasilania.
Wniosek
Zasoby do przetwarzania w celu wtórnego odzysku energii zasadniczo różnią się od tradycyjnych i naturalnych źródeł zaopatrzenia w energię. Wynikają one częściowo z samego pochodzenia tego surowca, ale w większym stopniu ze specyfiki technologii ich stosowania. Jednocześnie zużycie surowców pierwotnych i wtórnych może następować w ramach tego samego procesu produkcyjnego. Na przykład, jeśli armatura jest produkowana w zakładzie, a produkty spalania z wielkich pieców trafiają do wymienników ciepła odpadowego, które obsługują inne operacje technologiczne. Wdrażany jest pełny cykl produkcyjny, który jest bardziej wydajny, oszczędzający zasoby i przyjazny dla środowiska, ponieważ odpady są poddawane recyklingowi.
