وحدة استعادة الحرارة المهدرة
وحدة استعادة الحرارة المهدرة ( WHRU ) هي مبادل حراري لاستعادة الطاقة ينقل الحرارة من مخرجات العملية عند درجة حرارة عالية إلى جزء آخر من العملية لغرض ما، وعادة ما يكون ذلك لزيادة الكفاءة. وحدة استعادة الحرارة المهدرة هي أداة تشارك في التوليد المشترك للطاقة. يمكن استخراج الحرارة المهدرة من مصادر مثل غازات المداخن الساخنة من مولد ديزل، أو البخار من أبراج التبريد ، أو حتى مياه الصرف من عمليات التبريد مثل تبريد الفولاذ .
وحدات استعادة الحرارة
 | لا يستشهد هذا القسم بأي مصادر . ( مارس 2021 ) |
يمكن استخدام الحرارة المهدرة الموجودة في غاز العادم الناتج عن عمليات مختلفة أو حتى من تيار العادم لوحدة التكييف لتسخين الغاز الوارد مسبقًا. هذه إحدى الطرق الأساسية لاستعادة الحرارة المهدرة. تستخدم العديد من مصانع تصنيع الصلب هذه العملية كطريقة اقتصادية لزيادة إنتاج المصنع مع انخفاض الطلب على الوقود. هناك العديد من وحدات الاسترداد التجارية المختلفة لنقل الطاقة من حيز الوسط الساخن إلى حيز أقل: [1]
- أجهزة الاسترداد الحراري : يطلق هذا الاسم على أنواع مختلفة من المبادلات الحرارية التي تمر عبرها غازات العادم، وتتكون من أنابيب معدنية تحمل الغاز الداخل وبالتالي تقوم بتسخين الغاز مسبقًا قبل دخوله إلى العملية. تعد عجلة الحرارة مثالاً على ذلك، حيث تعمل على نفس مبدأ وحدة تكييف الهواء بالطاقة الشمسية .
- أجهزة إعادة التوليد : وهي عبارة عن وحدة صناعية تعيد استخدام نفس التيار بعد المعالجة. وفي هذا النوع من استعادة الحرارة، يتم إعادة توليد الحرارة وإعادة استخدامها في العملية.
- المبادل الحراري : تعتبر الأنابيب الحرارية من أفضل الموصلات الحرارية، فهي قادرة على نقل الحرارة أكثر بمئات المرات من النحاس. وتُعرف الأنابيب الحرارية في تكنولوجيا الطاقة المتجددة بشكل أساسي بأنها تُستخدم في مجمعات الأنابيب المفرغة . وتُستخدم الأنابيب الحرارية بشكل أساسي في تدفئة المساحات أو العمليات أو الهواء، حيث يتم نقل الحرارة المهدرة من عملية ما إلى المناطق المحيطة بسبب آلية النقل الخاصة بها .
- العجلة الحرارية أو المبادل الحراري الدوار: يتكون من مصفوفة دائرية على شكل قرص العسل من مادة تمتص الحرارة، والتي تدور ببطء داخل تيارات الهواء الموردة والمخرجة لنظام معالجة الهواء.
- المُقتصد : في حالة الغلايات العملية، يتم تمرير الحرارة المهدرة في غاز العادم عبر جهاز الاسترداد الذي يحمل سائل المدخل للغلاية وبالتالي يقلل من استهلاك الطاقة الحرارية لسائل المدخل.
- المضخات الحرارية : استخدام سائل عضوي يغلي عند درجة حرارة منخفضة يعني إمكانية تجديد الطاقة من السوائل المهدرة.
- الملف الدائري : يتكون من ملفين أو أكثر من أنابيب الزعانف متعددة الصفوف متصلة ببعضها البعض بواسطة دائرة أنابيب مضخوخة.
- مرشحات الجسيمات (DPF) لالتقاط الانبعاثات من خلال الحفاظ على درجات حرارة أعلى بالقرب من المحول وأنابيب الذيل لتقليل كمية الانبعاثات من العادم.
تختلف غلاية استعادة الحرارة المهدرة (WHRB) عن مولد البخار لاستعادة الحرارة ( HRSG ) بمعنى أن الوسط الساخن لا يتغير طوره.
وحدات توليد الطاقة من الحرارة
وفقًا لتقرير أعدته شركة Energetics Incorporated لصالح وزارة الطاقة في نوفمبر 2004 بعنوان خريطة طريق التكنولوجيا [2] والعديد من التقارير الأخرى التي أعدتها المفوضية الأوروبية ، فإن غالبية إنتاج الطاقة من الموارد التقليدية والمتجددة يُفقد في الغلاف الجوي بسبب الخسائر في الموقع (عدم كفاءة المعدات والخسائر الناجمة عن الحرارة المهدرة) والخسائر خارج الموقع (خسائر الكابلات والمحولات)، والتي يبلغ مجموعها حوالي 66٪ من خسارة قيمة الكهرباء. [3] يمكن العثور على الحرارة المهدرة بدرجات مختلفة في المنتجات النهائية لعملية معينة أو كمنتج ثانوي في الصناعة مثل الخبث في مصانع صناعة الصلب . تسمى الوحدات أو الأجهزة التي يمكنها استعادة الحرارة المهدرة وتحويلها إلى كهرباء WHRUs أو وحدات الحرارة إلى الطاقة :
- تستخدم وحدة دورة رانكين العضوية (ORC) سائلًا عضويًا كسائل عامل . يتمتع السائل بنقطة غليان أقل من الماء للسماح له بالغليان عند درجة حرارة منخفضة، لتكوين غاز شديد السخونة يمكنه تشغيل ريشة التوربين وبالتالي المولد.
- يمكن أيضًا تسمية الوحدات الحرارية الكهربائية ( تأثيرات Seebeck و Peltier و Thomson ) باسم WHRU، لأنها تستخدم الفرق الحراري بين لوحين لإنتاج طاقة التيار المستمر (DC).
- يمكن أيضًا استخدام السبائك المتذكرة للشكل لاستعادة الحرارة المهدرة منخفضة الحرارة وتحويلها إلى عمل ميكانيكي أو كهرباء. [4]
التطبيقات
- تقليديا، لم يتم استخدام الحرارة المهدرة في نطاق درجات الحرارة المنخفضة (0-120 درجة مئوية، أو عادة أقل من 100 درجة مئوية) لتوليد الكهرباء على الرغم من الجهود التي تبذلها شركات ORC، [ بحاجة لمصدر ] بشكل أساسي لأن كفاءة كارنو منخفضة إلى حد ما (بحد أقصى 18٪ للتدفئة عند 90 درجة مئوية والتبريد عند 20 درجة مئوية، ناقص الخسائر، والتي تنتهي عادة بنسبة 5-7٪ من الكهرباء الصافية).
- يمكن استخدام الحرارة المهدرة من درجة الحرارة المتوسطة (100-650 درجة مئوية) والعالية (>650 درجة مئوية) لتوليد الكهرباء أو العمل الميكانيكي من خلال عمليات التقاط مختلفة.
- يمكن أيضًا استخدام نظام استعادة الحرارة المهدرة لتلبية متطلبات التبريد للمقطورة (على سبيل المثال). التكوين سهل حيث لا يتطلب سوى غلاية استعادة الحرارة المهدرة ومبرد الامتصاص . علاوة على ذلك، لا يلزم التعامل إلا مع الضغوط ودرجات الحرارة المنخفضة.
المزايا
ستضيف عملية الاسترداد إلى كفاءة العملية وبالتالي تقليل تكاليف الوقود واستهلاك الطاقة اللازمة لهذه العملية. [5]
| This section does not cite any sources. (March 2024) |
فوائد غير مباشرة
- تقليل التلوث: سوف ينخفض التلوث الحراري وتلوث الهواء بشكل كبير حيث يتم انبعاث كمية أقل من غازات المداخن ذات درجة الحرارة المرتفعة من المصنع حيث يتم إعادة تدوير معظم الطاقة.
- أحجام المعدات المخفضة: مع انخفاض استهلاك الوقود، تقل معدات التحكم والأمان اللازمة للتعامل مع الوقود. كما لم تعد هناك حاجة إلى معدات ترشيح الغاز ذات الأحجام الكبيرة.
- انخفاض استهلاك الطاقة المساعدة: يعني انخفاض أحجام المعدات انخفاضًا آخر في الطاقة المقدمة إلى تلك الأنظمة مثل المضخات والمرشحات والمراوح، ... إلخ.
العيوب
| This section does not cite any sources. (March 2024) |
- قد تفوق التكلفة الرأسمالية اللازمة لتنفيذ نظام استعادة الحرارة المهدرة الفائدة المكتسبة من الحرارة المستردة. ومن الضروري تحديد تكلفة الحرارة التي يتم تعويضها.
- غالبًا ما تكون الحرارة المهدرة ذات جودة منخفضة (درجة الحرارة). وقد يكون من الصعب الاستفادة بكفاءة من كمية الحرارة المنخفضة الجودة الموجودة في وسط الحرارة المهدرة.
- تميل المبادلات الحرارية إلى أن تكون أكبر حجمًا لاستعادة كميات كبيرة مما يزيد من تكلفة رأس المال.
- صيانة المعدات: تتطلب المعدات الإضافية تكاليف صيانة إضافية.
- تضيف الوحدات الحجم والكتلة إلى وحدة الطاقة الإجمالية. وخاصةً فيما يتعلق بوحدات الطاقة المتنقلة في المركبات.
أمثلة
- تم تصميم محرك الحرارة المهدرة Cyclone لتوليد الكهرباء من طاقة الحرارة المهدرة المستردة باستخدام دورة البخار. [6]
- تعد شركة International Wastewater Heat Exchange Systems شركة أخرى تعالج أنظمة استعادة الحرارة المهدرة. وتركز على المباني السكنية متعددة الوحدات، والمباني المشتركة، والتطبيقات الصناعية، وأنظمة الطاقة المحلية، وتستخدم أنظمتها الطاقة الموجودة في مياه الصرف الصحي لإنتاج الماء الساخن المنزلي، وتدفئة وتبريد المباني. [7]
- قدمت سلسلة سباقات الفورمولا واحد وحدات استعادة الحرارة المهدرة في عام 2014 تحت اسم MGU-H .
انظر أيضا
- التوليد المشترك للطاقة أو الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)
- مولد البخار لاستعادة الحرارة ودورة رانكين العضوية
- مركب توربيني كهربائي
- نظام استعادة حرارة العادم
- مؤكسد حراري
- تحليل القرصة
- محطة تحويل النفايات إلى طاقة
مراجع
- ^ أنظمة استعادة الحرارة، داراي، إي و إف إن سبان، 1979
- ^ Energetics Incorporated (نوفمبر 2004)، خريطة طريق التكنولوجيا للحد من خسائر الطاقة والاسترداد (PDF) ، وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة ، تم استرجاعه في 28 مايو 2012
- ^ "NREL: Distributed Thermal Energy Technologies - About the Project". www.nrel.gov . مؤرشف من الأصل في 2005-11-27.
- ^ "Exergyn®".
- ^ "استغلال الحرارة الناتجة عن النفايات الصناعية قد يقلل من الطلب على الوقود الأحفوري". ScienceDaily . تم الاسترجاع في 2024-03-17 .
- ^ "موقع شركة Cyclone Power Technologies على الويب". مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2012. تم استرجاعه في 17 نوفمبر 2011 .
- ^ "Waste Wattage: Cities Aim to Flush Heat Energy Out of Sewers". news.nationalgeographic.com. 11 ديسمبر 2012. مؤرشف من الأصل في 12 ديسمبر 2012. تم الاسترجاع في 2014-07-21 .
