Netradiční energetické zdroje

Kapitoly

Vedle tradičních obnovitelných zdrojů energie, jako je slunce, vítr, voda, povrchová vrstva země či biomasa, existuje celá řada možností, jak lze energii získat. Mezi nejběžněji využívané zdroje patří bezesporu energie prostředí či tzv. druhotné zdroje energie (nejrůznější druhy odpadních materiálů - komunální odpady, bioplyn, skládkový plyn, čistírenské kaly, apod., ale také odpadní teplo z technologických procesů atd.). Využívání všech těchto zdrojů energie umožňuje snížení spotřeby fosilních paliv, a tedy i jejich negativního dopadu na kvalitu životního prostředí.

Odpadní teplo

Odpadní teplo, které dále nevyužité uniká do okolního prostředí, produkují vedle své základní činnosti téměř všechny průmyslové technologické procesy, ale např. také splaškové vody nebo samotná zařízení na přeměnu energie (při transformaci elektrické energie, při výrobě tepla - odpadní teplo z komínových spalin apod.). Existuje mnoho řešení, jak tuto energii využít. Nejčastější je využití odpadního tepla k vytápění či ohřevu teplé vody, v současnosti se však stále častěji objevují specializovaná zařízení pro využití odpadního tepla k výrobě elektrické energie, k chlazení objektů atd.

ZAŘÍZENÍ UMOŽŇUJÍCÍ VYUŽITÍ ODPADNÍHO TEPLA:

Výměníky tepla

Výměníky tepla jsou nejběžněji dostupným zařízením pro využití odpadního tepla. Výměníků existuje celá řady typů s různými pracovními médii jako nositeli energie. Jeho základním principem je předávání energie (tepla) z jednoho media na druhé.

Výměníky se dělí podle několika základních hledisek:

· podle způsobu předávání energie

¨ rekuperační – média jsou odděleny stěnou

¨ regenerační – média se střídavě vyměňují (teplo je předáváno přes zprostředkující element)

¨ kontaktní – média se promíchají, předají si energii a pak se oddělí

¨ směšovací – média se smíchají a vytvoří homogenní směs

· podle způsobu vzájemného proudění pracovních médií

¨ souproudé – média proudí výměníkem rovnoběžně

¨ protiproudé - médií jsou rovnoběžné, ale mají opačný smysl

¨ křížové – osy proudů jsou mimoběžné a svírají spolu v kolmém průmětu úhel 90°

· podle teplonosných médií

¨ voda – voda

¨ voda – vzduch

¨ spaliny – pára

¨ …

· podle způsobu přenosu energie

¨ konvekční (prouděním)

¨ radiační (sálavé)

· podle konstrukce

¨ trubkové – rekuperační předání energie, při níž jedno médium proudí v trubkách a druhé médium trubky obtéká

¨ deskové – teplosměnná plocha je tvořena z kovových desek s vylisovanými kanálky, média proudí v bezprostředně přilehlých kanálcích

¨ spirálové – teplosměnná plocha je tvořena dlouhou spirálovitě svinutou deskou

V poslední době se objevily výměníky nové generace tzv. HP výměníky (Heat Pipes), tedy technologie horkých trubic. K předání energie dochází pomocí uzavřené trubice, jejíž jedna část teplo odebírá, čímž dochází k varu a následnému odpařování pracovního média uvnitř trubice. Odpařené médium stoupá trubicí do její druhé části, kde zkondenzuje a tím teplo předává. Kondenzát stéká trubicí zpět do první části a celý proces se opakuje. Tyto výměníky mají ve srovnání s klasickými delší životnost (vyšší odolnost proti korozi), širší uplatnění (jednoduchá konstrukce, snazší přizpůsobení zvláštním požadavkům), vyšší spolehlivost (každá trubice pracuje samostatně, poškození trubice nevyřazuje celý výměník z provozu) a nižší provozní náklady (vyšší účinnost, nižší energetické ztráty, snadná údržba).

Tepelná čerpadla

Energii odpadního tepla lze využít také pomocí tepelných čerpadel. Tepelná čerpadla jsou zařízení, která získávají energii z okolního prostředí a převádí ho na vyšší teplotní hladinu. To se děje na základě stlačení chladiva v kompresoru, při kterém dochází k jeho zahřátí. Efektivnost tepelného čerpadla je dána poměrem mezi vyrobenou energií (teplem) a energií dodanou (elektřinou), což je označováno jako topný faktor. Obecně platí čím vyšší je topný faktor, tím efektivnější je tepelné čerpadlo. Bližší informace o tepelném čerpadle naleznete zde.

Systém ORC (Organický Rankinův cyklus)

Jedná se o technologické zařízení využívající nízkopotenciální zdroj tepla k přeměně na elektrickou energii. Minimální parametry vstupního média nízkopotenciálního tepla pro výrobu elektrické energie je teplá voda 88 °C max. 116 °C, nebo spaliny komínů v nebo páry. Zařízením lze využít odpadní teplo z výstupních spalin z turbínových a pístových motorů, ze spalovacích procesů centrálních zdrojů tepla a kotelen, z chemických procesů, z odpadních par chladící vody, z hutních procesů, atd.

Organický Rankinův cyklus (ORC) je vlastně jakousi modifikací elektrárenského Rankine - Clausiova cyklu, od kterého se liší pracovním mediem - místo vody či vodní páry pohání turbínu organická kapalina (silikonový olej). Na počátku cyklu je kapalina čerpadlem dopravována z nádrže do ekonomizéru (předehřev) a poté do výparníku, kde se vyvíjejí silikonové páry. Ty proudí přes separátor (cyklonový odlučovač), kde se odstraní kapičky z proudícího plynu, do turbíny, kde expandují. Z přivedené energie proudící páry dochází k přeměně na energii mechanickou, která se na generátoru transformuje na energii elektrickou. Nízkotlaká pára je pak vedena přes ekonomizér do kondenzátoru, kde dojde ke kondenzaci plynné fáze na kapalnou. Odtud je kapalina odváděna zpět do nádrže, čímž je cyklus uzavřen.

Z procesu chladícího okruhu ORC vzniká nízkopotenciální teplo od 30°C - 52°C , které je možné za určitých podmínek využít v technologickém procesu nebo vytápění.

Výroba chladu

Stále více vyhledávaným řešení pro zpětné využití odpadní energie se stává absorpční chlazení. Chlazení na absorpčním principu nevyžaduje skoro žádnou elektrickou energii, ale méně ušlechtilou energii tepelnou, kterou lze tímto způsobem využít i v létě. Absorpční zařízení může být poháněno párou, horkou vodou, kapalnými čiplynnými palivy, výfukovými plyny a nebo jejich kombinací. Vyrobený chlad lze využít všude tam, kde je zapotřebí klimatizovat – tedy v průmyslu, v bankách, hotelích, obchodních a administrativních budovách, nemocnicích, sportovních halách atd.

Kogenerace / Trigenerace

Dalším zařízením, které dokáže využít kromě jiného i odpadní teplo je kogenerace a jeho specifický druh trigenerace. V případě trigenerace se společně vyrábí nejen teplo a elektřina, ale i chlad, což umožňuje další zvýšení účinnosti využití energie paliv. Chad je vyráběn absorpčně – viz výše.Výhodou je možnost využít teplo i v létě, mimo topnou sezónu, a tím dosáhnout prodloužení ročního chodu jednotky a zároveň snížení nákladů za chlazení pomocí kompresorového chladiče, který je poháněn elektřinou.

Zveřejněno: 27. 5. 2013, Vaňková Ladislava , Ing.

Předchozí kapitola: Energie prostředí Další kapitola: Kogenerace

Vytisknout