إعادة تدوير الطاقة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

إعادة تدوير الطاقة هي عملية استعادة الطاقة التي تُهدر عادةً، وذلك بتحويلها إلى كهرباء أو طاقة حرارية . تُجرى هذه العملية في المصانع ومحطات توليد الطاقة والمؤسسات الكبيرة كالمستشفيات والجامعات، مما يزيد الكفاءة بشكل ملحوظ، وبالتالي يقلل تكاليف الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري في آنٍ واحد. وتُعرف هذه العملية بقدرتها على التخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري بطريقة فعّالة ومربحة. [ 1 ] [ 2 ] ويتم هذا العمل عادةً في صورة توليد مشترك للحرارة والطاقة (يُسمى أيضًا التوليد المشترك ) أو استعادة الحرارة المهدرة .

أشكال إعادة تدوير الطاقة

استعادة الحرارة المهدرة

استعادة الحرارة المهدرة هي عملية تستغل الحرارة الزائدة التي تُهدر عادةً في المصانع، وتحولها إلى كهرباء وبخار، أو تعيد الطاقة إلى عملية التصنيع على شكل هواء ساخن أو ماء أو جليكول أو زيت. يتكون "مرجل استعادة الحرارة المهدرة" من سلسلة من الأنابيب المملوءة بالماء موزعة في جميع أنحاء المنطقة التي تُطلق فيها الحرارة. عندما تلامس الحرارة العالية المرجل، يُنتج البخار الذي بدوره يُشغل توربينًا يُولد الكهرباء. تشبه هذه العملية عملية المراجل الأخرى التي تعمل بالوقود، ولكن في هذه الحالة، تحل الحرارة المهدرة محل اللهب التقليدي. لا تُستخدم أي أنواع من الوقود الأحفوري في هذه العملية. تُعد مصانع المعادن والزجاج واللب والورق والسيليكون وغيرها من المصانع الإنتاجية من المواقع النموذجية التي يمكن أن تكون فيها استعادة الحرارة المهدرة فعالة. [ 1 ]

توليد الطاقة والحرارة معًا (CHP)

تُعرّف وكالة حماية البيئة الأمريكية نظام التوليد المشترك للحرارة والطاقة (CHP)، والذي يُعرف أيضًا باسم التوليد المشترك ، بأنه "نهج فعال ونظيف وموثوق لتوليد الكهرباء والطاقة الحرارية من مصدر وقود واحد. ومن خلال تركيب نظام CHP مصمم لتلبية الأحمال الحرارية والكهربائية الأساسية للمنشأة، يُمكن لنظام CHP أن يزيد بشكل كبير من كفاءة تشغيل المنشأة ويُقلل من تكاليف الطاقة. وفي الوقت نفسه، يُقلل نظام CHP من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، التي تُساهم في تغير المناخ العالمي". عند إنتاج الكهرباء في الموقع باستخدام محطة CHP، يُعاد تدوير الحرارة الزائدة لإنتاج كلٍ من الحرارة المُعالجة والطاقة الإضافية. [ 3 ] [ 4 ]

استعادة الحرارة المهدرة من تكييف الهواء

يُستخدم استعادة الحرارة المهدرة من أجهزة التكييف كبديلٍ لتبديد الحرارة في الغلاف الجوي من محطات التبريد. تُخزَّن الحرارة المستعادة في الصيف من محطات التبريد في خزانات حرارية [ 5 ] تحت الأرض، ثم تُعاد تدويرها إلى المبنى نفسه في الشتاء عبر مضخة حرارية لتوفير التدفئة دون حرق الوقود الأحفوري. يُسهم هذا النهج المبتكر في توفير الطاقة وانبعاثات الكربون في كلا الموسمين من خلال إعادة تدوير حرارة الصيف لاستخدامها في الشتاء.

تقدم بعض الشركات منتجات تُركّب على وحدة تكثيف نظام التكييف والتهوية، لجمع الحرارة المهدرة التي يُفترض أن تُصرّفها الوحدة في الهواء، وذلك لتسخين الأجهزة المُنتجة للحرارة مثل سخانات المياه. تُسمى هذه الأجهزة وحدات استعادة الحرارة (HRU). بالنسبة للاستخدامات السكنية، من بين الوحدات المتاحة  : وحدة استعادة الحرارة من HotSpot Energy [ 6 ] أو وحدات استعادة الحرارة من LG [ 7 ].

بالنسبة للتطبيقات الصناعية، تسمى هذه الوحدات عادةً وحدة استعادة الحرارة المهدرة (WHRU).

مضخات الحرارة

تُعدّ المضخات الحرارية وتخزين الطاقة الحرارية من التقنيات التي تُتيح إعادة تدوير الطاقة التي قد تكون غير متاحة لولا ذلك، إما لانخفاض درجة حرارتها عن الحدّ المطلوب أو لوجود فارق زمني بين توفرها والحاجة إليها. فإلى جانب رفع درجة حرارة الطاقة الحرارية المتجددة المتاحة، تتميّز المضخات الحرارية بقدرتها على الاستفادة من الطاقة الكهربائية (أو في بعض الحالات الطاقة الميكانيكية أو الحرارية) لاستخلاص طاقة إضافية من مصادر منخفضة الجودة (مثل مياه البحر، ومياه البحيرات، والتربة، والهواء، أو الحرارة المهدرة من العمليات الصناعية). وتُبذل جهود ابتكارية حاليًا لتحقيق التحول الكامل للصناعة إلى الكهرباء ، بما في ذلك استخدام المضخات الحرارية الصناعية [ 8 ] بمستويات كفاءة تتراوح بين 5 و9 (معامل الأداء COP ) ، وذلك باستخدام إعادة تدوير حراري متعدد المراحل عبر وحدات مضخات حرارية مُعدّلة باستخدام مُبرّدات مُحسّنة.

التخزين الحراري

تتيح تقنيات التخزين الحراري تخزين الحرارة أو البرودة لفترات تتراوح من ساعات أو ليلة إلى فترات بين الفصول ، ويمكن أن تشمل تخزين الطاقة المحسوسة (أي عن طريق تغيير درجة حرارة وسط ما) أو الطاقة الكامنة (أي من خلال تغيرات حالة وسط ما، مثل التحول من الماء إلى الثلج أو الجليد). ويمكن استخدام أنظمة التخزين الحراري قصيرة الأجل لتقليل ذروة الطلب في أنظمة التدفئة المركزية أو توزيع الكهرباء. وتشمل أنواع مصادر الطاقة المتجددة أو البديلة التي يمكن تفعيلها الطاقة الطبيعية (مثل الطاقة المُجمعة عبر مُجمّعات الطاقة الشمسية الحرارية، أو أبراج التبريد الجافة المستخدمة لتجميع برودة الشتاء)، والطاقة المهدرة (مثل الطاقة الناتجة عن معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، أو العمليات الصناعية، أو محطات توليد الطاقة)، ​​أو الطاقة الفائضة (مثل الطاقة الموسمية من مشاريع الطاقة الكهرومائية أو الطاقة المتقطعة من مزارع الرياح). ويُعدّ مشروع دريك لاندينغ للطاقة الشمسية (ألبرتا، كندا) مثالاً توضيحياً. إذ يسمح تخزين الطاقة الحرارية في الآبار الجوفية للمجتمع بالحصول على 97% من احتياجاته من الحرارة على مدار العام من مُجمّعات الطاقة الشمسية على أسطح المرائب، مع تجميع معظم الحرارة في فصل الصيف. [ 9 ] [ 10 ] تشمل أنواع تخزين الطاقة المحسوسة الخزانات المعزولة، ومجموعات الآبار في طبقات أرضية تتراوح من الحصى إلى الصخور الأساسية، والخزانات الجوفية العميقة، أو الحفر الضحلة المبطنة والمعزولة من الأعلى. بعض أنواع التخزين قادرة على تخزين الحرارة أو البرودة بين الفصول المتقابلة (خاصةً إذا كانت كبيرة جدًا)، وتتطلب بعض تطبيقات التخزين استخدام مضخة حرارية . تُخزن الحرارة الكامنة عادةً في خزانات جليدية أو ما يُسمى بمواد تغيير الطور (PCMs).

النظام الحالي

يُعدّ كلٌّ من استعادة الحرارة المهدرة وأنظمة التوليد المشترك للحرارة والطاقة من أنظمة إنتاج الطاقة "اللامركزية"، وهو ما يُخالف الطاقة "المركزية" التقليدية المُولّدة في محطات الطاقة الكبيرة التي تُديرها شركات المرافق الإقليمية. [ 4 ] يبلغ متوسط ​​كفاءة النظام "المركزي" 34%، ويتطلب حوالي ثلاث وحدات من الوقود لإنتاج وحدة واحدة من الطاقة. [ 11 ] وبفضل استغلال كلٍّ من الحرارة والطاقة، تتمتع مشاريع التوليد المشترك للحرارة والطاقة واستعادة الحرارة المهدرة بكفاءة أعلى.

أظهرت دراسة أجرتها وزارة الطاقة الأمريكية عام 2007 إمكانية توليد 135 ألف ميغاواط من الطاقة الحرارية والكهربائية المشتركة في الولايات المتحدة، [ 12 ] 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 المشتركة. [ 13 ] تشير هذه الدراسات إلى إمكانية توليد حوالي 200 ألف ميغاواط - أو 20% - من إجمالي الطاقة الكهربائية من خلال 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%. [ 14 ] 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. [ 15 ] [ 16 ]

يؤكد المؤيدون أن الطاقة المعاد تدويرها أقل تكلفة وأقل انبعاثات من معظم خيارات الطاقة الأخرى المستخدمة حاليًا. [ 17 ]

تستفيد شركة RecyclingEnergy Int. Corp. حاليًا من إعادة تدوير الطاقة في أنظمة التهوية لاستعادة الحرارة ومضخات الحرارة الكامنة وأنظمة التبريد والتدفئة المركزية. [ 18 ]

تاريخ

لعلّ توماس إديسون كان أول من استخدم إعادة تدوير الطاقة في العصر الحديث . فقد أنشأ محطة بيرل ستريت عام 1882، وهي أول محطة توليد طاقة تجارية في العالم، وكانت محطة توليد مشتركة للطاقة والحرارة، حيث أنتجت الكهرباء والطاقة الحرارية مع استخدام الحرارة المهدرة لتدفئة المباني المجاورة. [ 19 ] وقد مكّنت إعادة التدوير محطة إديسون من تحقيق كفاءة تقارب 50%.

بحلول أوائل القرن العشرين، ظهرت لوائح لتشجيع كهربة الريف من خلال بناء محطات مركزية تديرها شركات المرافق الإقليمية. لم تقتصر هذه اللوائح على تشجيع الكهرباء في جميع أنحاء الريف فحسب، بل ثبطت أيضًا توليد الطاقة اللامركزي، مثل محطات التوليد المشترك للحرارة والطاقة. بل إنها ذهبت إلى حد تجريم بيع الطاقة من قبل جهات غير تابعة لشركات المرافق. [ 20 ]

بحلول عام 1978، أقرّ الكونغرس الأمريكي بتراجع كفاءة محطات توليد الطاقة المركزية، وسعى إلى تشجيع تحسينها من خلال قانون سياسات تنظيم المرافق العامة (PURPA)، الذي حثّ شركات المرافق على شراء الطاقة من منتجي الطاقة الآخرين. وانتشرت محطات التوليد المشترك للطاقة والحرارة، وسرعان ما أصبحت تُنتج حوالي 8% من إجمالي الطاقة في الولايات المتحدة [ 21 ]. ومع ذلك، ترك القانون تنفيذه وإنفاذه للولايات الفردية، مما أدى إلى عدم اتخاذ أي إجراءات تُذكر في أجزاء كثيرة من البلاد.

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. " [ 22 ]

خارج الولايات المتحدة، يُعدّ إعادة تدوير الطاقة أكثر شيوعًا. ولعلّ الدنمارك هي الدولة الأكثر نشاطًا في هذا المجال، إذ تحصل على حوالي 55% من طاقتها من محطات التوليد المشترك للحرارة والطاقة واستعادة الحرارة المهدرة. كما تحصل دول كبيرة أخرى، مثل ألمانيا وروسيا والهند، على نسبة أعلى بكثير من طاقتها من مصادر لا مركزية. [ 21 ] [ 22 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ١ ٢ "الحل غير المُعلن: ما الذي يُقارب استعادة الحرارة المهدرة؟" . مجلة أوريون، نوفمبر/ديسمبر ٢٠٠٧. مؤرشف من الأصل بتاريخ ٢٠١٤-٠٣-٢٣ . تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٠٠٨-٠٢-٠٢ .
  2. ↑ "حلول إعادة تدوير الألواح الشمسية" .
  3. ↑ "شراكة الطاقة والحرارة المشتركة" . وكالة حماية البيئة الأمريكية . 11 يونيو 2015.
  4. 1 2 "جمعية الطاقة والحرارة النظيفة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2007-07-01.
  5. ↑ 'مخازن حرارية'
  6. ↑ "سخانات المياه المنزلية لاستعادة الحرارة | مياه ساخنة مجانية | شركة هوت سبوت للطاقة" .
  7. ^ “وحدات استعادة الحرارة (HRU)” .
  8. ↑ "أمثلة على مضخات الحرارة الصناعية ذات درجات الحرارة العالية" .
  9. ↑ 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
  10. ↑ 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 .
  11. ↑ "الكهرباء" . وزارة الطاقة الأمريكية .
  12. ↑ 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.
  13. ↑ 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 . {{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  14. ↑ "إدارة معلومات الطاقة، القدرة الحالية حسب مصدر الطاقة، 2006" .
  15. ↑ "جرد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة ومصارفها" . وكالة حماية البيئة الأمريكية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-12-2011.
  16. ↑ "انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة 2005" . إدارة معلومات الطاقة الأمريكية .
  17. ↑ "تطوير الطاقة المُعاد تدويرها، "ما يفعله مشروع الطاقة المُعاد تدويرها"تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي بتاريخ 13 سبتمبر 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 سبتمبر 2009 .
  18. ↑ إعادة تدوير الطاقة
  19. ↑ "أول محطة توليد طاقة تجارية في العالم كانت محطة توليد مشترك للطاقة" . تقنيات التوليد المشترك للطاقة . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 فبراير 2008 .
  20. ↑ "شهادة شون كاستن أمام اللجنة الفرعية لمجلس الشيوخ المعنية بالطاقة والموارد الطبيعية والبنية التحتية، 27/5/2007" (PDF) .
  21. 1 2 "المسح العالمي للطاقة اللامركزية، 5/06" .
  22. ١ ٢ إعادة تدوير الطاقة توفر المال للشركات . بقلم ديفيد شابر. ٢٢ مايو ٢٠٠٨. برنامج "مورنينغ إيديشن ". الإذاعة الوطنية العامة .