Przyjazne dla środowiska piece przemysłowe, które umożliwiają odzysk i magazynowanie ciepła odpadowego do późniejszego wykorzystania
Sektory energochłonne pochłaniają ogromne ilości energii na potrzeby prowadzonych w nich procesów chemicznych, fizycznych i mechanicznych. Znacząca część wykorzystywanej energii jest jednak tracona i trafia do środowiska jako ciepło odpadowe – zaledwie niewielki jej procent zostaje w rzeczywistości wykorzystany bezpośrednio do ogrzewania lub produkcji energii elektrycznej. Skoro energia jest dostępna na miejscu, dlaczego nie wykorzystać jej do zwiększenia sprawności procesów przemysłowych?
Sposób na zaoszczędzenie 300 TWh rocznie dzięki odzyskiwaniu ciepła
Nigdzie indziej odzyskiwanie ciepła odpadowego nie jest tak dobrze uzasadnione, jak w wypadku zasilanych paliwem kopalnym pieców przemysłowych do podgrzewania i topienia, które są używane do obróbki między innymi metali, szkła czy ceramiki. Za największe straty ciepła odpowiadają wypuszczane przez piece spaliny, których temperatura sięga nawet 1 600 °C. Choć ciepło z tak gorącego źródła jest z praktycznego punku widzenia najlepsze do odzyskiwania i ponownego wykorzystania, branże energochłonne rzadko robią z niego użytek, co wynika głównie z barier technologicznych i ekonomicznych. „Zakłady przemysłowe w Europie mogłyby oszczędzać rocznie około 300 TWh ciepła odpadowego”, wskazuje Patricia Royo, kierowniczka projektów w fundacji CIRCE. Przekłada się to na ponad 250 milionów ton mniej emisji CO2 rocznie. Wspólnie z partnerami z Niemiec, Hiszpanii, Francji, Włoch, Polski, Słowenii, Zjednoczonego Królestwa i Turcji hiszpańskie centrum technologiczne prowadzi finansowany przez UE projekt VULKANO. Najbardziej obiecujące prace dotyczą technologii magazynowania energii cieplnej opartej na materiałach zmiennofazowych, które mogą odzyskiwać i przechowywać ciepło ze źródeł o bardzo wysokiej temperaturze, nawet ponad 1 000 °C. Opracowane rozwiązanie modernizacyjne do magazynowania energii cieplnej mogłoby pomóc energochłonnym zakładom przemysłowym w Europie zwiększyć efektywność energetyczną pieców do ogrzewania i topienia o 10 %.
O wszystkim decyduje zmiana fazy
„Wykorzystanie materiałów zmiennofazowych do magazynowania energii cieplnej pozwala na odzyskiwanie i przechowywanie ciepła odpadowego z gazów spalinowych i innych nadmiarowych źródeł, by wykorzystać je do wstępnego ogrzania powietrza trafiającego do pieców”, wyjaśnia Royo. W momencie topnienia lub krzepnięcia materiału zmiennofazowego duża ilość energii jest odpowiednio absorbowana lub uwalniania. Takie utajone ciepło można wykorzystać później, gdy będzie potrzebne. „Inaczej niż systemy oparte na cieple jawnym materiały zmiennofazowe cechują się wysoką gęstością magazynowania energii, dzięki czemu bazujące na nich rozwiązania są mniejsze. Ponadto materiały te pomagają magazynować ciepło niemal izotermicznie i zwiększają elastyczność systemu. Magazynowane ciepło może być wykorzystywane do różnych celów, takich jak wstępne ogrzewanie powietrza do spalania, które trafia do wlotu pieca, lub podnoszenie temperatury wsadu. Partnerzy skupieni wokół projektu przetestowali te technologie w słoweńskiej hucie stali, a otrzymane przez nich wyniki były bardzo obiecujące. Już sam system może pozwolić na zaoszczędzenie 351 MWh energii cieplnej rocznie. W pracach demonstracyjnych, dzięki wykorzystaniu odzyskanego ciepła, udało się uzyskać podniesienie temperatury powietrza do spalania o 200–300 °C. Oprócz tego materiały zmiennofazowe mogą pozwolić na zwiększenie efektywności energetycznej pieca o 5–12 % na etapie rozładunku. Technologia odzyskiwania i magazynowania ciepła odpadowego była jedynie częścią zaawansowanego zintegrowanego rozwiązania modernizacyjnego VULKANO, które ma sprawić, że zakłady zaczną korzystać z bardziej ekologicznych i konkurencyjnych pieców. Wśród innych innowacji warto wymienić materiały ogniotrwałe, palniki do współspalania, systemy monitorowania i sterowania oraz holistyczne narzędzie do wewnętrznych analiz predykcyjnych. „Zintegrowane rozwiązania modernizacyjne VULKANO pozwalają poprawić parametry użytkowanych pieców przemysłowych”, podsumowuje Royo. „Roczne oszczędności w kosztach energii mogą sięgnąć 100 000 euro”.
Słowa kluczowe
VULKANO, ciepło odpadowe, materiał zmiennofazowy, piece przemysłowe, magazynowanie energii termalnej, branże energochłonne, efektywność energetyczna