استعادة الطاقة

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
نظام استعادة الطاقة ثلاثي الملفات من بيرنر، أعلى مركز المناظر الطبيعية المستدامة في بيتسبرغ، بنسلفانيا

يشمل استعادة الطاقة أي تقنية أو طريقة لتقليل مدخلات الطاقة إلى النظام الكلي عن طريق تبادل الطاقة بين نظام فرعي وآخر. يمكن أن تكون الطاقة بأي شكل في أي من النظامين الفرعيين، ولكن معظم أنظمة استعادة الطاقة تتبادل الطاقة الحرارية إما في شكل محسوس أو كامن .

في بعض الحالات، يكون استخدام تقنية مساعدة، سواءً كانت تخزين الطاقة الحرارية اليومي أو تخزين الطاقة الحرارية الموسمي (STES، الذي يسمح بتخزين الحرارة أو البرودة بين الفصول المتقابلة)، ضروريًا لجعل استعادة الطاقة أمرًا عمليًا. ومن الأمثلة على ذلك الحرارة المهدرة من أجهزة تكييف الهواء والمخزنة في خزان عازل للمساعدة في التدفئة الليلية .

مبدأ

يُعدّ أحد التطبيقات الشائعة لهذا المبدأ هو الأنظمة التي تحتوي على تيار عادم أو تيار نفايات يُنقل من النظام إلى محيطه. قد تُنقل بعض الطاقة الموجودة في تدفق هذه المواد (غالبًا غازية أو سائلة ) إلى تدفق المواد الداخلة أو المُغذّية. غالبًا ما يأتي تدفق الكتلة الداخلة هذا من محيط النظام، الذي يكون، نظرًا لظروفه المحيطة، عند درجة حرارة أقل من تيار النفايات . يسمح هذا الفارق في درجة الحرارة بانتقال الحرارة ، وبالتالي انتقال الطاقة، أو في هذه الحالة، استعادتها. غالبًا ما تُستعاد الطاقة الحرارية من تيارات النفايات السائلة أو الغازية إلى مداخل الهواء والماء المُغذّي في المباني ، كما هو الحال في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، أو أنظمة العمليات.

نهج النظام

يُعدّ استهلاك الطاقة جزءًا أساسيًا من معظم الأنشطة البشرية. ويتضمن هذا الاستهلاك تحويل نظام طاقة إلى آخر ، على سبيل المثال: تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، والتي بدورها تُستخدم لتشغيل أجهزة الكمبيوتر والإضاءة والمحركات، وما إلى ذلك. تُستخدم الطاقة المُدخلة في إنجاز العمل، ويتم تحويل معظمها إلى حرارة أو تتبع المنتج في العملية كطاقة مُخرجة. تقوم أنظمة استعادة الطاقة بتجميع الطاقة المُخرجة وتوفيرها كطاقة مُدخلة لنفس العملية أو لعملية أخرى.

سيقوم نظام استعادة الطاقة بإغلاق دورة الطاقة هذه لمنع إطلاق الطاقة المدخلة مرة أخرى إلى الطبيعة واستخدامها بدلاً من ذلك في أشكال أخرى من العمل المرغوب فيه.

أمثلة

مركب التوربو الكهربائي (ETC)

المقطع العرضي لمركب التوربو الكهربائي (ETC)

يُعد نظام التوربو الكهربائي المركب (ETC) حلاً تقنياً لتحدي تحسين كفاءة استهلاك الوقود لمحركات الغاز والديزل عن طريق استعادة الطاقة المهدرة من غازات العادم.

ستيس

  • في مصنع للسباكة في السويد، تُستعاد الحرارة المهدرة وتُخزن في كتلة كبيرة من الصخور الأصلية التي تخترقها مجموعة من 140 بئرًا مجهزة بمبادلات حرارية (قطرها 155 مم) وعمقها 150 مترًا. يُستخدم هذا المخزن لتدفئة مصنع مجاور حسب الحاجة، حتى بعد مرور أشهر. [ 2 ]
  • تستخدم جمعية دريك لاندينغ للطاقة الشمسية في ألبرتا ، كندا، تقنية تخزين الطاقة الحرارية الشمسية لاستعادة واستخدام الحرارة الطبيعية التي كانت ستُهدر لولا ذلك. وتعتمد الجمعية على مجموعة من الآبار المحفورة في الصخور لتخزين الحرارة بين الفصول، مما يُمكّنها من الحصول على 97% من التدفئة اللازمة للمساحات على مدار العام من مُجمّعات الطاقة الشمسية الحرارية الموجودة على أسطح المرائب. [ 3 ] [ 4 ]
  • يمكن استعادة درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء عن طريق تدوير المياه عبر برج تبريد جاف واستخدامها لتبريد طبقة مياه جوفية عميقة أو مجموعة من الآبار. ثم يُستعاد البرودة لاحقًا من الخزان لاستخدامها في تكييف الهواء خلال فصل الصيف. [ 5 ] وبمعامل أداء (COP) يتراوح بين 20 و40، يمكن أن تكون هذه الطريقة في التبريد أكثر كفاءة بعشر مرات من تكييف الهواء التقليدي. [ 6 ]

الأثر البيئي

توجد إمكانات هائلة لاستعادة الطاقة في الأنظمة المدمجة كالصناعات الكبيرة ومحطات الطاقة. وبالتزامن مع ترشيد استهلاك الطاقة ، يُمكن خفض استهلاك الطاقة العالمي بشكل كبير . وسيكون أثر ذلك كالتالي:

في عام 2008، قال توم كاستن ، رئيس مجلس إدارة شركة تطوير الطاقة المعاد تدويرها : " نعتقد أننا نستطيع إنتاج ما بين 19 إلى 20 بالمائة من الكهرباء الأمريكية باستخدام الحرارة التي تهدرها الصناعة حاليًا. " [ 7 ]

أظهرت دراسة أجرتها وزارة الطاقة الأمريكية عام 2007 إمكانية توليد 135 ألف ميغاواط من الطاقة الحرارية والكهربائية المُدمجة (التي تستخدم استعادة الطاقة) في الولايات المتحدة، [ 8 ] كما حددت دراسة أخرى أجراها مختبر لورانس بيركلي الوطني حوالي 64 ألف ميغاواط يمكن الحصول عليها من طاقة النفايات الصناعية، دون احتساب الطاقة الحرارية والكهربائية المُدمجة. [ 9 ] تشير هذه الدراسات إلى أن حوالي 200 ألف ميغاواط، أو 20% من إجمالي الطاقة الكهربائية، يمكن أن تأتي من إعادة تدوير الطاقة في الولايات المتحدة. وبالتالي، فإن الاستخدام الواسع النطاق لإعادة تدوير الطاقة من شأنه أن يقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة تُقدر بـ 20%. [ 10 ] في الواقع، اعتبارًا من عام 2005، كان حوالي 42% من تلوث غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة ناتجًا عن إنتاج الكهرباء، و27% عن إنتاج الحرارة. [ 11 ] [ 12 ]

يصعب تحديد الأثر البيئي لتطبيق استعادة الطاقة على مستوى العالم في بعض القطاعات. وتتمثل المعوقات الرئيسية فيما يلي:

  • يُعاني قطاع الإسكان من نقص في التقنيات الفعّالة للمنازل الخاصة، حيث قد تصل كفاءة أنظمة استعادة الحرارة فيها إلى 30% أو أقل. ولعلّ من الأنسب اللجوء إلى تقنيات ترشيد الطاقة، كالعزل الحراري أو تحسين المباني. وتعتمد مناطق عديدة بشكل كبير على التبريد القسري، ولا تتوفر على نطاق واسع أنظمة لاستخراج الحرارة من المساكن لاستخدامها في أغراض أخرى.
  • بنية تحتية غير فعّالة. يتطلب استعادة الحرارة، على وجه الخصوص، مسافة قصيرة بين المنتج والمستهلك ليكون مجديًا. قد يكون الحل هو نقل مستهلك كبير إلى جوار المنتج. لكن هذا قد ينطوي على تعقيدات أخرى.
  • قطاع النقل غير جاهز. إذ يستهلك هذا القطاع نحو 20% من إمدادات الطاقة، ويُهدر معظمها في التغلب على الجاذبية والاحتكاك. ويبدو أن السيارات الكهربائية المزودة بنظام الكبح المتجدد هي الخيار الأمثل لاستعادة الطاقة. كما يجري تطوير أنظمة طاقة الرياح على السفن. أما في قطاع الطيران، فلا تزال الدراسات في هذا المجال قليلة .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "موقع شركة سايكلون باور تكنولوجيز" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2010-05-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2011-11-17 .
  2. ^ أندرسون، أو. Hägg، M. (2008)، “Deliverable 10 – السويد – تصميم أولي لتخزين الحرارة الموسمية لـ ITT Flygt، Emmaboda، السويد” ، IGEIA – دمج الطاقة الحرارية الأرضية في التطبيقات الصناعية، الصفحات من 38 إلى 56 ومن 72 إلى 76، تم استرجاعها في 21 أبريل 2013
  3. ↑ وونغ، بيل (28 يونيو 2011)، "مجتمع دريك لاندينغ للطاقة الشمسية"، مؤرشف في 4 مارس 2016 على موقع Wayback Machine ، مؤتمر IDEA/CDEA للطاقة/التوليد المشترك للحرارة والطاقة 2011، تورنتو، الصفحات 1-30، تم استرجاعه في 21 أبريل 2013
  4. ↑ وونغ ب.، ثورنتون ج. (2013). دمج الطاقة الشمسية ومضخات الحرارة. مؤرشف بتاريخ 15-10-2013 في ورشة عمل الطاقة الحرارية المتجددة على موقع Wayback Machine .
  5. ↑ باكسوي، هـ.؛ ستايلز، ل. (2009)، "نظام تخزين الطاقة الحرارية في طبقات المياه الجوفية في كلية ريتشارد ستوكتون" مؤرشف في 2014-01-12 في Wayback Machine ، Effstock 2009 (المؤتمر الدولي الحادي عشر) - تخزين الطاقة الحرارية من أجل الكفاءة والاستدامة، ستوكهولم.
  6. ↑ ويليمسن، ج. 1998. أنظمة المضخات الحرارية الجوفية ذات الدائرة المفتوحة في الولايات المتحدة الأمريكية وتخزين المياه الجوفية الباردة في هولندا - أوجه التشابه والاختلاف. المؤتمر الدولي الثاني للطاقة الحرارية الجوفية في ستوكتون. 16 و17 مارس 1998
  7. ↑ إعادة تدوير الطاقة توفر المال للشركات . بقلم ديفيد شابر. ٢٢ مايو ٢٠٠٨. برنامج " مورنينغ إيديشن " . الإذاعة الوطنية العامة .
  8. ↑ بروس هيدمان، تحليل الطاقة والبيئة / USCHPA، "الحرارة والطاقة المشتركة واستعادة الحرارة كخيارات لكفاءة الطاقة"، إحاطة لتجمع الطاقة المتجددة في مجلس الشيوخ، 10 سبتمبر 2007، واشنطن العاصمة.
  9. ↑ بيلي، أوين؛ ووريل، إرنست (2005). "تقنيات الطاقة النظيفة: جرد أولي لإمكانات توليد الكهرباء، مختبر لورانس بيركلي الوطني، 4/05" (ملف PDF) . doi : 10.2172/843010 . OSTI 843010 . 
  10. ↑ "إدارة معلومات الطاقة، القدرة الحالية حسب مصدر الطاقة، 2006" .
  11. ↑ "جرد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة ومصارفها" . وكالة حماية البيئة الأمريكية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-12-2011.
  12. ↑ "انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة 2005" . إدارة معلومات الطاقة الأمريكية .