ThermoKey вносит свой вклад в поиск новых решений по рекуперации тепла

При производстве материалов и товаров всегда используются машины, которые во время эксплуатации вырабатывают тепло, создаваемое за счет радиации, охлаждающих жидкостей, выхлопных газов или воздуха.

Источниками отработанного тепла в промышленности могут быть печи, сточные воды от процессов промывки, сушки или охлаждения, а также системы охлаждения или отработанный воздух из производственных цехов.

Промышленный сектор имеет наибольшую долю рекуперируемого тепла, хотя и не характеризуется большой доступностью отработанного тепла.

Каждая отрасль имеет различные производственные процессы, которые определяют конкретное количество и способы получения отработанного тепла. Как следствие, потенциал его выработки всегда рассчитывается для конкретного сектора промышленности.

Наибольшее количество отработанного тепла генерируется пищевой и табачной промышленностью, за которой следуют целлюлозно-бумажное производство, цветные металлы, химическая промышленность и неметаллические полезные ископаемые.

Температура является одним из самых важных критериев при рассмотрении вопроса о том, способен ли производственный процесс дать ценное отработанное тепло, которое затем можно преобразовать в энергию. Как правило, отработанное тепло, полученное в результате процессов, осуществляемых при температуре выше 400°C, имеет больший потенциал для повторного использования. Другие процессы осуществляются при средних (от 100 до 400°C) и низких температурах (ниже 100°C).

В дополнение к наращиванию производства фотоэлектрической и ветровой энергии, использование надежных источников тепла при низких и средних температурах является фундаментальным элементом для достижения актуальных глобальных целей в области климата.

Для сокращения воздействия промышленности на окружающую среду возможны два решения, позволяющие повысить эффективность систем охлаждения:

Разработка более эффективных технологий
Внедрение существующих технологий за счет разработки инструментов и методов оптимизации и повышения эффективности

В этом контексте органический цикл Ренкина (ORC) является ключевой технологией, которая с помощью системы, основанной на термодинамическом цикле, позволяет рекуперировать часть отработанного в результате производственных процессов тепла путем преобразования высоких температур в электроэнергию. Затем она повторно используется на той же производственной площадке.

Преимуществом этого процесса является возможность производить электроэнергию удаленно, поскольку он позволяет преобразовывать отработанное тепло даже в районах, недоступных для электрических сетей (например, нефтехимические заводы, шахты и т. д.).

Экономические выгоды для компаний, инвестировавших в системы ORC, заключаются в снижении потребления электроэнергии без дополнительного использования первичной энергии.

На конец 2020 года общая мощность систем ORC составляла 4,07 ГВт. С 2016 года общий рынок ORC вырос на 40% (+1,18 ГВт) по мощности и на 46% (+851) по количеству установленных систем.

На европейском уровне была проведена оценка потенциала в области производства электроэнергии с помощью этой технологии. Речь идет о таких промышленных процессах, как производство цементного клинкера, электродуговые печи (ЭДП) и нагревательные печи для станов горячей прокатки в сталелитейной промышленности, печи для листового стекла и газовые турбины в секторе поставок и хранения газа. Потенциал общей мощности ORC составляет примерно 2,5 ГВт.

Источником тепла является промышленный процесс, продолжительность которого зависит от колебаний рынка. С учетом 8000 часов работы в год системы ORC могут производить около 20 ТВт-ч электроэнергии. Этот показатель составляет 4,8% от общего потребления электроэнергии в промышленности ЕС в 2009 г. и означает, что удалось избежать почти 7,5 млн тонн выбросов двуокиси углерода.

Новым этапом развития является технология ORC с воздушной конденсацией. Она предусматривает интеграцию выносного конденсатора, позволяющего рассеивать тепло, в конец цикла ORC.

ThermoKey занимается именно этой технологией, разрабатывая новые интегрированные решения с машинами, оснащенными микроканальными катушками, которые отличаются большей по сравнению с традиционными ORC-системами эффективностью. Опыт реализации таких систем показал, что решения ThermoKey, помимо модульности и масштабируемости, обходятся дешевле, чем традиционные сухие градирни и системы ORC, а также позволяют сэкономить на установке.

1) Источник: A. Firth, B. Zhang e A. Yang;  Quantification of global waste heat and its environmental effects ; Applied Energy, vol. 235; pp. 1314-1334; 2019.

2) https://www.vivienergia.it/casa/vivipedia/guida-energia/consumo-medio-energia-elettrica