Ciepło odpadowe ze spalin jako źródło zysków dzięki modułowym rozwiązaniom do odzyskiwania i magazynowania energii
Sektory energochłonne produkują ogromne ilości ciepła odpadowego o wysokiej temperaturze, jednak znacząca część tej energii pozostaje niewykorzystana. Europa mogłaby zapobiec emisji milionów ton CO2, gdyby ciepło odpadowe ze spalin zostało wykorzystane do podniesienia sprawności wszelkiego rodzaju procesów przemysłowych. Główną przeszkodą na drodze do odzyskiwania ciepła odpadowego do postaci energii użytkowej jest to, że procesy przemysłowe, takie jak produkcja ceramiki i recykling aluminium, są realizowane zazwyczaj w trybie ciągłym, a nie wsadowym. Z tego powodu energia musi być odzyskiwana z źródeł o niejednorodnym charakterze. Ponadto uwalniany gorący gaz odpadowy bywa bardzo żrący, przez co rozwiązanie do odzyskiwania energii musi być odporne na działanie substancji agresywnych. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu Smartrec opracowali pionierski system modułowy, który służy do odzyskiwania ciepła odpadowego ze strumieni żrących, zanieczyszczonych i dostarczanych z przerwami spalin, a także do zarządzania takim ciepłem. System ten, łączący funkcje odzyskiwania i magazynowania energii cieplnej, powinien być w stanie przechwycić 40 % ciepła odpadowego, które jest tracone w procesach przemysłowych. Zespół skupia się na cieple średniej i wysokiej jakości, czyli takim, które pochodzi ze źródeł o temperaturze powyżej 100 °C. Cała koncepcja opiera się na założeniu, że ta energia ma zostać ponownie wykorzystana w tym samym procesie lub przesłana dalej do innego punktu w parku przemysłowym.
Sprawne przekazywanie ciepła za pośrednictwem wymienników ciepła wykorzystujących rury cieplne
Pierwsza część rozwiązania do odzyskiwania ciepła bazuje na opracowaniu specjalnych rur cieplnych do użytku w wymiennikach ciepła. Lisa Roby, kierowniczka projektów w firmie Altek, wyjaśnia: „Wymienniki ciepła wykorzystujące rury cieplne przekazują energię z gorącego strumienia ciepła odpadowego do strumienia chłodzącego. Tym, co wyróżnia naszą technologię, jest to, że takie ciepło przechodzi przez wiele rur cieplnych”. Każda rura cieplna składa się z trzech części: parownika, części adiabatycznej (transportowej) i kondensatora. Ciepło, które trafia do parownika z zewnątrz, przechodzi przez ściany rurek, doprowadzając do parowania płynu roboczego. Ciśnienie pary wypycha odparowany płyn przez część adiabatyczną do kondensatora. Para zmienia się z powrotem w płyn i wraca do źródła ciepła, by dalej uczestniczyć w jego przekazywaniu. „Główną zaletą naszej technologii opartej na rurach cieplnych jest to, że powierzchnie są izotermiczne (utrzymują stałą temperaturę), co zwiększa odporność na korozję, która może być poważnym problem w wypadku płytowych wymienników ciepła”, dodaje Roby.
Innowacyjna koncepcja magazynowania energii cieplnej
Smartrec oferuje kompleksowe rozwiązanie do magazynowania energii odpadowej, w którym dochodzi do częściowej wymiany płynnego nośnika energii cieplnej na nośnik stały. Użycie dwóch nośników wymaga zastosowania pojedynczego zbiornika do magazynowania, w którego górnej części znajduje się gorący płyn oddzielony termokliną, czyli warstwą zmiany temperatury, od zimnego płynu na dnie. „Inaczej niż podobne rozwiązania nasze urządzenie wykorzystujące termoklinę używa dwóch nośników termicznych – oleju termicznego przepływającego przez urządzenie i znajdujących się w urządzeniu kamieni (kwarcytów). Dzięki temu osiągamy większą sprawność cieplną, ponieważ używając mniejszej ilości materiału, osiągamy określoną pojemność cieplną”, wyjaśnia Roby. Uczestnicy projektu pracują teraz nad udoskonaleniem swoich technologii w celu przeprowadzenia kolejnej demonstracji w zakładzie pilotażowym firmy Altek. Jeśli wszystko pójdzie po myśli uczestników, „emisję CO2 z pieca do recyklingu aluminium, który działa z wydajnością 20 ton na dzień, będzie można ograniczyć o 190 ton rocznie – co dałoby taki efekt, jak usunięcie z dróg 42 samochodów”, podsumowuje Roby.
Słowa kluczowe
Smartrec, ciepło odpadowe, rura cieplna, wymiennik ciepła, recykling aluminium, gaz spalinowy, produkcja ceramiki, termoklina, przemysł energochłonny
