Problémy s úsporami energie se stávají stále aktuálnějšími s tím, jak se zvyšuje energetický potenciál moderních spotřebitelů. Jak v domácí sféře, tak v průmyslu vyžadují používané technické prostředky, jednotky a komunikační sítě stále větší množství energetických zdrojů. To nás nutí hledat nové, alternativní zdroje tepla, elektřiny a dalších forem výroby energie. I přes aktivní rozvoj přírodních nosičů energie tento segment stále neumožňuje počítat s kompletní výměnou tradičních elektráren. Značný zájem je přitom o druhotné energetické zdroje (SER), které jsou z velké části bezplatné, ale vyžadují menší investice do vytvoření infrastruktury služeb. Tím však vlastnosti sekundárního energetického produktu nekončí.
Definice VER
Existují dva zásadně odlišné způsoby výroby energie – přírodní a průmyslová(umělý). V prvním případě se využívá energie přírodních jevů a procesů - např. proudění vody, slunečního záření, větru apod. Náročnost využití takových zdrojů je dána technickými problémy organizačního charakteru - zejm., nestabilita akumulace energie. Průmyslová výroba energie v tomto smyslu je lépe regulovatelná, ale vyžaduje suroviny pro zajištění reakcí, při kterých vzniká teplo, elektřina, plyn atd. Kombinace primárních a sekundárních energetických zdrojů probíhá právě v rámci provozního cyklu generátorových stanic.. Faktem je, že hlavní zdroje nejsou plně využity a jejich zbytky jsou následně likvidovány nebo recyklovány. Stanice sekundární výroby elektřiny fungují na stejném základě.
Při zvažování principů používání VER nebude nadbytečné odkazovat na koncept energetického potenciálu. Jde o množství energie, které může teoreticky vzniknout při zpracování odpadů, vedlejších produktů výroby a mezisurovin nespotřebovaných v primárním cyklu. V tomto případě může být vyjádření potenciálu ve formě energie různé. Zásoby různých odpadů jsou reprezentovány jako fyzikálně nebo chemicky vázané teplo, přetlak, kinetická energie nebo tlak tekutiny.
Definice druhotných zdrojů pro provoz elektráren je tedy následující: jedná se o energetický potenciál, který může vzniknout jako výsledek technologického procesu zpracování nevyužitého odpadu nebo produktů hlavní výroby. Přitom jak samotný odpad, tak způsoby jejich dalšího zpracování se mohou lišit.
charakteristiky VER
Stojí za zmínku, že po dlouhou dobu nebyl tento koncept výroby energie uvažován velkými spotřebiteli kvůli nedostatku přesných metod pro výpočet účinnosti a energetického potenciálu. Dnes je recyklace zdrojů založena na komplexní analýze široké škály ukazatelů, což umožňuje vytěžit maximální užitek ze stejného průmyslového odpadu. Mezi nejběžnější konstrukční charakteristiky tohoto typu zdrojů patří následující:
- Koeficient výstupní energie - poměr potenciálu výroby k tepelnému objemu, který vstoupil do generátoru s primárními zdroji.
- Koeficient spotřeby energie - poměr množství tepla spotřebovaného z druhotné výroby k energii přijaté v generátorovém soustrojí. Tento ukazatel odráží efektivitu využití konkrétního energetického schématu podniku. Navíc existují různé způsoby hodnocení optimálních objemů spotřeby - s důrazem na ekonomicky proveditelné hodnoty, skutečné a plánované ukazatele spotřeby.
- Možnosti úspory paliva představují množství primárních zdrojů, které nejsou spotřebovány využitím průmyslového odpadu. Úspory lze navíc počítat i podle obráceného schématu, kdy se primární a sekundární zdroje vzájemně nahrazují v závislosti na aktuálních podmínkách pro výrobu tepla nebo elektřiny.
- Koeficient využití - poměr objemu vyrobeného tepla k energetickému potenciálu zdroje dodávaného do zpracovatelského kotle.
- Faktor výroby energie – množství energie, které je přímo vytvořeno použitím recyklovaných materiálů v recyklační jednotce. Je třeba poznamenat, že koeficient výroby se liší od výstupní energie o množství tepelných ztrát v pracovní instalaci.
- Služební faktor je hodnota, která určuje rozdíl mezi plánovaným energetickým výkonem a skutečným výkonem generovaným prostřednictvím poměru.
Výběr optimálního modelu VER
V každém případě se při vývoji projektu zásobování energií prostřednictvím druhotných zdrojů dostává do popředí ekonomický úkol, jehož podstatou je využití nejúčinnějších surovin. K tomu se provádí předběžná certifikace všech dostupných zdrojů druhotných zdrojů s uvedením jejich rezerv, znečištění, teploty a způsobu příjmu. Dále definuje požadavky na zajištění technologických postupů využití VER. V závislosti na provozních podmínkách podniku a způsobu zpracování surovin to mohou být systémy vytápění, ventilace, plynu a vody.
V závěrečné fázi vytváření projektu se také provádějí následující postupy:
- Pro jeden vybraný nebo několik zdrojů druhotných surovin je zvolen cenově nejefektivnější způsob likvidace.
- Je určen ekonomický efekt každé události zpracování zdrojů.
- Provozní schéma recyklačního závodu se vyvíjí v souladu s potřebami podniku. Také hlavní technologický proces může být doplněn o pomocné operace, jako jsou kogenerační zařízení - například pokud je vyžadována konverze několika druhů paliv.
Zdroje sekundárních zdrojů
V obecném smyslu jsou zdroje SER chápány jako soubor technologických procesů a zpracovávaných surovin v rámci provozu generátorů primární energie. Různé výrobní oblasti mohou také fungovat jako zdroje materiálu pro následnou výrobu a přeměnu tepla nebo elektřiny. Co jsou sekundární zdroje energie? Konkrétní druhy materiálů jsou dány rozsahem prvovýroby surovin. Například metalurgické podniky poskytují šrot, odpad z barevných a železných kovů, pryžové směsi a nepoužité legovací přísady.
Pokud mluvíme o spotřebitelích dodávek tepla, pak se do popředí dostanou nábytkářské a papírenské továrny a také stavební dřevozpracující podniky, které poskytují palivo hořlavé materiály. Lze uvést následující příklady druhotných energetických zdrojů tohoto typu:
- Rašelinové brikety.
- Dřevěné štěpky a kůra.
- Popel z vysokoteplotních sušících kotlů.
- Lignin.
- Odpadový papír.
- Masivní dřevěný odpad.
- Nevyzvednuté výrobky z lepenky a papíru.
Podle mírySe stále složitějšími technologickými procesy výroby se mění i struktura odpadů s emisemi. Spolu s tradičními surovinami se v sekundárních zpracovatelských cyklech stále častěji používají vysoce kvalitní a komplexní vícesložkové odpady. Patří sem následující materiály:
- Polymerové termoplastické prvky.
- Aglomeráty syntetických slitin.
- Průmyslové pryžové produkty a regeneruje.
- Halite odpad.
- Vysokopecní struska.
- Phosphogypsum.
Současně se zvyšuje i úroveň ohrožení životního prostředí. Je-li jednou z nejdůležitějších výhod přírodních zdrojů energie ekologická čistota výrobních procesů, pak je vysoká účinnost VER do značné míry zajištěna znečištěnými a chemicky agresivními látkami, které nejsou vhodné pro primární zpracování. Patří sem ropné produkty, sedimenty a kal, opotřebené pneumatiky, odpad obsahující rtuť atd.
Klasifikace podle návodu k použití
Jedna z klíčových klasifikací druhotných zdrojů, která určuje rozsah energeticky cenných surovin. Zpravidla se rozlišují následující oblasti použití VER:
- Spalování paliva v jednotkách využívajících suroviny připravené k tepelnému zpracování. Je implementováno jednoduché schéma výroby tepla bez mezistupňů zpracování a konverze.
- Tepelné využití. Výroba v rekuperačních jednotkách. Na rozdíl od předchozího způsobu využívání zdrojů lze kogenerační princip výroby energie realizovat, ale i bez provozu.transformace. Například na různých linkách elektrárny umožňuje využití sekundárních zdrojů energie získat teplo, horkou vodu nebo páru.
- Tepelné a kombinované použití. Spolu s výrobou tepla dochází také k přeměně na elektřinu. Například turbínové jednotky vyrábějí elektřinu kogenerací nebo kondenzační formou energie.
- Elektřina. Elektřina se vyrábí pomocí jednotky s plynovou turbínou.
Klasifikace podle typu média
Nosičem se rozumí forma energetického zdroje a také jeho agrotechnický stav, podle kterého bude zařízení pro využití vybráno. Na tomto základě se rozlišují následující recyklované zdroje:
- Kapalné, pevné a plynné odpady.
- Páry – fungující a procházející.
- Výfukové plyny.
- Meziprodukty a hotové výrobky.
- Technická chladicí voda.
- Plyny se zvýšeným tlakem.
Klasifikace podle hlavních typů OZE
Nejběžnější jsou hořlavé a tepelné sekundární zdroje pro zpracování na energetických rozvodnách. Například hořlavé SER jsou typicky průmyslový odpad používaný jako hotové palivo pro jiné průmyslové účely. V tomto případě platí následující klasifikace druhotných energetických zdrojů:
- Metalurgické vysokopecní plyny.
- Dřevěný odpad ve formě třísek, pilin a hoblin.
- Tekutý nebo pevný odpad používaný v rafinaci ropy a chemickém průmyslu.
Thermal VER poskytují fyzické teplo bez přeměny. V této kapacitě lze využít odpadní procesní plyny, vedlejší produkty výroby, strusku a popel, přímé teplo z provozních jednotek a aparátů, páru a horkou vodu. Je důležité zdůraznit, že tepelné zdroje lze využít jak přímo jako zdroj tepla, tak i jako suroviny, jejichž zpracování přispěje k výrobě elektřiny.
Méně se využívají zdroje, jejichž potenciální energie je generována ze zdrojů přetlaku. Jedná se o emitované druhy sekundárních energetických zdrojů, kterými mohou být směsi páry a plynů, které opouštějí pracovní zařízení do atmosféry. Takové zdroje jsou rozděleny podle úrovně koncentrace energie a teplotních ukazatelů. Nyní můžete zvážit každý ze zmíněných typů VER samostatně.
Spalitelné sekundární zdroje
V podílu světového využití VER zaujímá hořlavá paliva asi 70–80 %. Hlavním druhem takového odpadu je dřevo a produkty jeho zpracování. Cílovým zařízením pro využití zdrojů jsou zpravidla kotelně-pecní jednotky, které zajišťují technologické spalovací procesy s odvodem tepla. V Rusku existují i specializované závody na zpracování spalitelných druhů druhotných zdrojů – např. lignin se zpracovává na hydrolýzách, ale kvůli náročnosti údržbyprodukty, takové technologické přístupy jsou vzácné.
Souvisí se sekundárním hořlavým odpadem a pneumatikami automobilů, které jsou recyklovány s uvolněním energie třemi způsoby:
- S připojením kaskády drtičů pro předběžné drcení.
- Používání uzavřených objemových kontinuálních kompresních systémů ve speciálních extrudérech.
- S technologií kryogenního mletí využívající kapalný dusík.
Kombinované způsoby spalování hořlavých produktů jsou také oblíbené. Po roztřídění surovin podle určitých charakteristik (frakce, stupeň kontaminace, chemické a strukturní složení) se provádí recyklace zdrojů stejného typu. Spolu s dřevním odpadem lze tedy spalovat uhlí a pryžovou drť, pokud to vyhovuje daným technologickým vlastnostem. Na některých recyklačních stanicích se také hořlavý odpad připravuje k další výrobě. Z aktivního uhlí, radiotechnických prvků a kompozitních materiálů se po energetickém zpracování vyrábí zejména stavební materiály jako hadice, tmely, plniva pro různé směsi a barvy a laky.
Sekundární tepelné zdroje energie
Energetický potenciál tohoto typu VER také umožňuje jejich široké využití v různých průmyslových odvětvích a průmyslových odvětvích. Nejcennějším tepelným zdrojem z hlediska produktivity jsou odpadní plyny uvolňované v důsledku chemických reakcí, pyrolýzy a spalování zásadpalivové produkty. Využívá se i kondenzátní teplo, i když z důvodu technologické náročnosti procesů získávání energie je tento zdroj využíván pouze u multifunkčních velkých podniků s kogeneračními jednotkami. Teoreticky lze teplo generovat z emisí vzduchotechniky a dalších inženýrských sítí s proudy horkého vzduchu a vody, ale jeho podíl na celkovém objemu sekundárního energetického zpracování je pouze 2-3 %.
Existují také omezení pro využívání zdrojů tepla sekundárních energetických zdrojů, která jsou uvalena na systémy vytápění přiváděného vzduchu. Zejména není povoleno technologické použití následujících vzduchových médií:
- Toky odváděné z místností obsahujících hořlavé nebo výbušné látky. I když je místo sání nepřímo napojeno na hořlavé plyny nebo páry přes ventilační potrubí, tento vzduch nelze použít v jednotkách s rekuperací tepla.
- Proudy, které se mohou stát nosiči škodlivých látek. K tomu obvykle dochází, když cirkulující vzduch zachycuje kondenzující nebo usazující se částice ze zpracování nebezpečných surovin z výměníků tepla.
- Proudy, které mohou obsahovat viry, bakterie a houby způsobující onemocnění. Biologická kontaminace ovzduší je také dána specifiky konkrétní výroby nebo provozními podmínkami inženýrského systému.
Charakteristickým znakem využití druhotných zdrojů pro účely výroby tepla je sezónní režimprovoz recyklačních zařízení. Je to dáno tím, že značná část zpracovatelských kotelen je aktivována v období vytápění s přímým odběrem tepelné energie. To platí zejména pro energetické společnosti, ale v podmínkách průmyslové výroby se tepelná podpora technologických operací provádí tempem místního harmonogramu.
Sekundární zdroje pod přetlakem
Především se jedná o odpady z výroby získané jako výsledek technologických procesů primárního zpracování. Mohou to být plyny, kapaliny a dokonce i pevné látky. Jejich hlavním rysem je přetlak při opuštění pracovního zařízení nebo inženýrského systému. Právě požadavky na regulaci tlaku znesnadňují využití tohoto typu sekundárních zdrojů, ale i jejich derivátů. Recyklační cyklus by měl minimálně zahrnovat operaci odtlakování před uvolněním. K tomu se používají speciální regulátory s převodovkami, které automaticky normalizují stav karoserií na optimální výkon.
zařízení pro údržbu VER
Využovací závody se používají k získávání energie z druhotných zdrojů, které mohou zajistit různé procesy zpracování a výroby. Existují specializované i univerzální jednotky. Vzhledem k tomu, že sekundární zdroje zahrnují média, jako je pára s plynem a vodou, lze univerzální kotle a kotelny považovat za kogeneracizařízení. Cílovým produktem takových systémů je obvykle elektřina vyráběná ve velkých objemech.
Pokud mluvíme o speciálních úzce zaměřených instalacích, pak zahrnují následující:
- Kotle na rekuperaci vody.
- Ekonomizéry.
- Tepelná čerpadla.
- Výměníky tepla.
- Absorpční chladicí systémy.
- Ohřívače vody.
- Odpařovací chladicí jednotky.
- Turbínové generátory atd.
Samozřejmě pro plný provoz takových jednotek je zapotřebí široká škála pomocných zařízení, díky kterým je systém napojen na zdroje paliva. Pro obsluhu druhotných energetických zdrojů v jediném komplexu s plynovodem může být tedy zapotřebí rekuperační jednotka se samostatnou kompresorovou stanicí. V závislosti na vlastnostech samotného zdroje lze také použít systémy chlazení, filtrace, vytápění, regulace tlaku atd.
Využití OZE pro vytápění
V mnoha podnicích je možnost vytápění prostor a vytápění zařízení s využitím energie generované místním odpadem začleněna přímo do technologických procesů výroby. Například tepelné kotle a pece vydávají během provozu sekundární zdroje energie ve formě plynu. Systém likvidace odpadu funguje pomocí ohřívačů vody, které nejprve nastaví teplotu plynných směsí na cca 250 °C a následně energii rozvedou po teplosměnných okruzích. Poté jsou zbývající procesní páry odstraněny skrzkomín. Ohřátou vodu lze využít různými způsoby. Obvykle se používá v samotném výrobním procesu jako technická tekutina nebo jako zdroj pro zásobování horkou vodou.
Účinnost použití takových technologií vytápění je nízká a dosahuje pouze 10-12 %, ale vzhledem k absenci nákladů na suroviny se tento přístup ospravedlňuje. Další věcí je, že využívání druhotných energetických zdrojů samo o sobě vyžaduje prvotní organizaci podmínek pro výrobu tepla a následnou distribuci spalin přes sítě výměníků tepla. Může být také nutné dodatečně vybavit výrobní linky jednotkami pro odstraňování nežádoucích suspenzí a základními čisticími systémy.
Vytápění venkovních prostor pomocí VER
Vytvoření venkovních pracovních prostor s technologickým vybavením podle různých odhadů ušetří 10 až 20 % předpokládaných nákladů na organizaci výrobních procesů. O úplném výstupu z dílen se samozřejmě nehovoří, ale minimalizace objemu stavebních konstrukcí při vytváření takových míst výrazně snižuje náklady na projekty. Zároveň ale bude provoz zařízení obtížný kvůli přítomnosti sněhu a ledu v oblastech. V souladu s tím existuje potřeba organizovat systém zásobování teplem na otevřeném prostranství. Výběr konkrétního zařízení a typu druhotného energetického zdroje bude záviset také na směřování podniku a jeho technologického odpadu. Zpravidla vjako nosič tepla se používá voda, cirkulující v mezikruží se zpětným návratem ke zdroji vytápění. Pro udržení optimálních parametrů kapaliny se navíc používá nemrznoucí směs a regulace průtoků se provádí automatizací s vyrovnávacími expanzními nádržemi.
Přenos tepla bude záviset na objemu zdroje, konstrukci potrubí a vnějších mikroklimatických podmínkách. Aby byla zachována bezpečnost během provozu systému v zimě, doporučuje se uspořádat speciální nátěry na betonovém základě. Také v zájmu zvýšení tepelné vodivosti technologové doporučují pokrýt konstrukci řešeními na bázi těžkého betonu, čedičových třísek a žulových inkluzí. Pokud mluvíme o chladných oblastech se silnými mrazy, pak je lepší zvolit sekundární zdroj energie na vodní bázi s přidáním zařízení na tání sněhu k pracovní infrastruktuře. Odhadované množství tepla vytvořeného pro tání sněhových mas a námrazy by mělo být přibližně 630 kJ / kg. Pokud konstrukce systému neumožňuje hromadění sněhu v pracovní oblasti, pak se spotřeba energie na jeho tání v době srážek zvýší na 1250 kJ/kg.
Výhody používání VER
Využívání alternativních zdrojů energie je obvykle řízeno ekonomickými, technickými a environmentálními faktory. V tomto případě fungují všechny tyto faktory, ale dominantní je ten ekonomický. U dobře provedeného projektu implementace utilit v podniku můžete počítat se snížením nákladů na dodávku tepla např. až o 25-30%. Konkrétní ukazatel úspor je dán podmínkami výroby a využití druhotných energetických zdrojů, ale přínos bude v každém případě. Zvláště pokud se v cílovém závodě používají místní a vlastní zpracovatelské materiály.
Další výhodou je vysoký energetický potenciál odpadu. Plyny, technické kapaliny a pevné výrobní suroviny jsou zpočátku vybírány podle zásad maximalizace odběru velkých objemů tepla. Navíc, na rozdíl od provozu hlavních tradičních nosičů energie, sekundární zdroje jsou již v době použití v optimálním stavu agregace a teploty pro zpracování.
Nevýhody použití VER
Širokému rozšíření tohoto konceptu zásobování energií brání několik faktorů, z nichž hlavním je složitost technologického zařízení takových systémů. I když nebereme v úvahu náklady na vybavení ve formě uživatelů, technická organizace procesu bude nevyhnutelně vyžadovat reorganizaci provozního místa, protože systém bude fungovat ve spojení s různými inženýrskými jednotkami.
Další nevýhodou využívání sekundárních zdrojů je nízká energetická návratnost. Opět, s přihlédnutím k volné povaze této suroviny, bude ekonomická proveditelnost pozitivní, nicméně zejména malé procento přenosu tepla v zásadě nedovolí spoléhat na uspořádání elektráren pro komplexní údržba průmyslových a jiných spotřebních zařízení. Zpravidla je to pouze totopomocný zdroj energie.
Závěr
Zdroje pro zpracování za účelem druhotného energetického využití se zásadně liší od tradičních i přírodních zdrojů dodávek energie. Jsou částečně způsobeny samotným původem této suroviny, ale ve větší míře - specifiky technologií jejich aplikace. Současně může dojít ke spotřebě primárních a sekundárních zdrojů v rámci stejného výrobního procesu. Například pokud se v závodě vyrábí armatury a zplodiny hoření z vysokých pecí jsou odváděny do odpadních výměníků tepla, které slouží dalším technologickým operacím. Je implementován kompletní výrobní cyklus, který je efektivnější, šetří zdroje a je šetrnější k životnímu prostředí, protože odpad je recyklován.
