Interesujące sposoby na wykorzystanie niskiej jakości energii ze ścieków, w tym ze ścieków przemysłowych
Ogrzewanie i chłodzenie budynków mieszkalnych i obiektów przemysłowych odpowiada za połowę zużycia energii w UE. Dane Eurostatu z 2019 roku pokazują, że blisko 75 % energii do ogrzewania i chłodzenia jest nadal wytwarzane z paliw kopalnych. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu LOWUP, w którym bierze udział 13 partnerów z siedmiu europejskich państw, przedstawili innowacyjne technologie do pozyskiwania i ponownego wykorzystania energii o niskiej jakości. Ciepło odpadowe pozostaje niewykorzystanym zasobem, którego zagospodarowanie pozwoliłoby wykonać ogromny krok naprzód w znaczącym ograniczeniu konsumpcji energii pierwotnej i emisji CO2.
Wraz ze spływającymi ściekami ucieka cenne ciepło
Choć może być to zaskoczeniem, pod naszymi stopami znajduje się praktycznie niezauważane źródło energii – ścieki z gospodarstw domowych. Wyniki badań przeprowadzonych w Niemczech i Szwajcarii pokazują, że w 3 % wszystkich budynków systemy grzewcze (lub chłodzące) mogłyby być zasilane ciepłem pozyskanym ze ścieków. „W kanałach znajduje się woda odpadowa o temperaturze 10–25 °C. Taka temperatura pozwala na ekonomiczne działanie pomp ciepła w systemach ogrzewania (lub chłodzenia) w budynkach użyteczności publicznej, takich jak szpitale, hotele, baseny lub galerie handlowe”, zauważa Rafael Socorro, koordynator projektu. Ścieki z systemów kanalizacyjnych budynków mieszkalnych mają wyższe temperatury niż tradycyjne źródła energii dla pomp ciepła (wody podziemne, ciepło geotermalne, powietrze z zewnątrz), dzięki czemu idealnie nadają się do odzyskiwania ciepła. Wyzwaniem jest jednak połączenie pomp cieplnych z wysoce wydajnymi wymiennikami ciepła (które odzyskują ciepło ze ścieków). Innowacyjne rozwiązanie HEAT-LowUP opiera się na hybrydowym wymienniku ciepła, który został opracowany przez firmę Wasenco będącą partnerem projektu. System odzyskuje około 20–30 % ciepła ze ścieków w kanalizacji, by podgrzać wodę, która jest później wykorzystywana w kuchni lub do prania. Dzięki pasywnemu rozwiązaniu, które w nim zastosowano, technologia ta praktycznie w ogóle nie zużywa energii elektrycznej.
Odzyskiwanie ciepła ze ścieków przemysłowych
Partnerzy projektu zaprezentowali również HP-LowUP – rozwiązanie, które odzyskuje ciepło ze ścieków w letniej temperaturze, wytwarzanych w procesach przemysłowych. Kluczem do sukcesu jest wykorzystanie obrotowego wymiennika ciepła, który został opracowany przez innego partnera projektu – firmę Pozzi Leopoldo Srl. „Ten rodzaj wymiennika ciepła został zaprojektowany specjalnie do tego, by pracować z zanieczyszczonymi ściekami, które zawierają cząstki mechaniczne, i nie tracić przy tym efektywności energetycznej. Ponieważ powierzchnie (płyty) odpowiadające za wymianę cały czas się obracają, urządzenie pozostaje czyste, dzięki czemu jego konserwacja wymaga tylko niewielkiego zaangażowania”, wyjaśnia Socorro. „Przetwarzanie zanieczyszczonych płynów powoduje zazwyczaj zatkanie lub porastanie wymiennika ciepła, co może znacząco obniżać wydajność instalacji odzyskiwania ścieków. W najgorszym wypadku może to doprowadzić do tego, że wydajność, z jaką wymiennik ciepła przekazuje ciepło, będzie 2,5 razy mniejsza”, dodaje Socorro. Oprócz nowej konstrukcji wymiennika ciepła naukowcy usprawnili też sterowanie zaworem rozprężnym, który uzyskuje obecnie wyższy współczynnik transferu ciepła. Wykorzystali również nowy układ sterowania pozwalający uzyskać dokładniejsze informacje na temat stanu pompy ciepła. Rozwiązania HP-LowUP nie przetestowano jeszcze w praktyce, jednak pierwsze wyniki uzyskane w garbarni są bardzo obiecujące dla szerszego wykorzystania go w środowisku przemysłowym. Ścieki o niskiej temperaturze (29 °C) przekształcono w użyteczną wstępnie podgrzaną wodę (40 °C). „Największa część energii termalnej potrzebnej w zakładzie odzyskiwania ciepła (około 500 kW) została dostarczona wyłącznie przez zużycie blisko 50 kW (z przyrządów dodatkowych w układzie oraz pompy ciepła), co zaowocowało bardzo dobrym ogólnym współczynnikiem wydajności. Zakładając, że system funkcjonuje 168 godzin tygodniowo przez 48 tygodni w roku, może on odzyskać 3 792 MW/rok oraz zapobiec emisji 1 250 ton CO2 rocznie”, podsumowuje Socorro.
Słowa kluczowe
LOWUP, ścieki, wymiennik ciepła, ścieki, pompa ciepła, ogrzewanie i chłodzenie, ciepło odpadowe, energia o niskiej jakości, efektywność energetyczna, efektywność energetyczna w przemyśle