https://frosthead.com

Pretvarjanje energijskih odpadkov v električno energijo in toploto

Soproizvodnja, ki jo včasih imenujemo kombinirana toplota in moč (SPTE), je način, kako zajeti močno toploto, ki uhaja iz dimnih zalog, in jo pretvoriti v električno energijo ali dati v drugo dobro uporabo, kot je ogrevanje domov. Skoraj 70 odstotkov emisij toplogrednih plinov v ZDA izvira iz proizvodnje električne energije in toplote (nadaljnjih 20 odstotkov izvira iz avtomobilov), ocene potenciala SPTE pa so dramatične. Zajemanje zapravljene energije dimne ščitnice v Združenih državah Amerike bi lahko nadomestilo skoraj 30 odstotkov energije, ki jo trenutno ustvarijo s kurjenjem fosilnih goriv, ​​zmanjšalo emisije ogljikovega dioksida za 20 odstotkov in letno prihranilo od 150 do 250 milijard dolarjev, kažejo številne raziskave. Decembra je nacionalni laboratorij Oak Ridge ocenil, da če bi SPTE do leta 2030 ustvarile 20 odstotkov moči naše države - Nemčija, Japonska in Kitajska so ta cilj že dosegle ali presegle, Danska pa bo s SPTE proizvedla 50 odstotkov svoje moči - bi tehnologija odpravila 848 milijonov ton emisij ogljikovega dioksida. To je tako, kot da bi s ceste odstranili 154 milijonov avtomobilov. V skladu s poročilom Oak Ridge, če bi ta raven SPTE v ZDA dosegla 234 milijard dolarjev novih naložb, bi ustvarila milijon novih visoko kvalificiranih tehničnih delovnih mest. SPTE je zdaj na voljo tudi v manjšem obsegu za ogrevanje, hlajenje in proizvodnjo električne energije; se imenuje mikroCHP.

Bruce Hathaway iz Smithsoniana je pred kratkim govoril s strokovnjakom za CHP Tomom Castenom, predsednikom čikaškega podjetja z imenom Reciklirani energetski razvoj (RED). Casten je porabil tri desetletja za spodbujanje recikliranja sicer zapravljene industrijske energije. Pred Kongresom je že večkrat pričal in je avtor filma Izklop toplote: Zakaj mora Amerika podvojiti energijsko učinkovitost, da prihrani denar in zmanjša globalno segrevanje. Vodenje dobičkonosne družbe za soproizvodnjo je pomembno za Castena, ki ima MBA iz Columbia. Toda njegovo ozadje skavtskega orla pojasnjuje tudi njegovo strast do zmanjšanja globalnega segrevanja: drži se s sloganom, "pustite taborišče čistejše, kot smo ga našli."

Napisali ste, da nekatere tovarne "begajo vročino tako razburkano kot divjajoči kres" in da, ko vidite, da para prihaja iz dimnikov in bo odpadla, vas zmeša. Zakaj vas ta pogled tako zelo vznemirja?
Okoli leta 1974 ali 1975 sem se prepričal, da bo globalno segrevanje, ki ga povzročajo emisije ogljikovega dioksida, največje vprašanje, s katerim smo se kdaj soočili kot ljudje, in da moramo kuriti manj fosilnih goriv in se naučiti dobičkonosno zmanjševati emisije CO2. Vprašanje je, kako uskladiti svojo ogromno potrebo po energiji s potrebo po zdravem planetu in zdravem gospodarstvu. Večino svoje kariere sem donosno zajel in izkoristil industrijsko energijo, ki jo zapravljamo.

Topilnice West Virginia Alloys proizvajajo več silicija kot katera koli rastlina v ZDA. (© Laura Antrim Caskey 2008) Tom Casten (desno) je predsednik, njegov sin Sean pa predsednik in izvršni direktor podjetja z imenom Reciklirani energetski razvoj (RED), ki v West Virginia Alloys vgrajuje sistem za rekuperacijo toplote. (© Laura Antrim Caskey 2008) Pri 3.000 stopinjah Fahrenheita talilnica topi kremenčevo kamnino in tako pridobiva silicij. Do zdaj so izpušni plini iz peči odvajali v ozračje. RED-ov sistem bo uporabil to toploto za ustvarjanje pare, turbine in za proizvodnjo električne energije. (© Laura Antrim Caskey 2008) Sistem za rekuperacijo toplote, ki bi moral biti v celoti vgrajen leta 2010, bo ustvaril skoraj 357 milijonov kilovatnih ur električne energije na leto, kar je dovolj za napajanje 20.000 domov. (© Laura Antrim Caskey 2008) Po namestitvi opreme naj bi West Virginia Alloys prihranila pri svojih računih za energijo in zmanjšala emisije ogljikovega dioksida za 290.000 ton na leto. (© Laura Antrim Caskey 2008)

Napisali ste, da CHP ni novo, da je Thomas Edison to storil s prvo elektrarno na svetu leta 1882. Zgradil je svojo elektrarno v centru Manhattna in poslal toploto od proizvodnje električne energije za ogrevanje stavb v sosednji hiši. Zakaj se v današnjem sistemu za proizvodnjo električne energije SPTE ne uporablja pogosto?
Prvo, kar moramo razumeti, je, da je naš energetski sistem zelo neučinkovit. S tehnologijo, ki je na voljo, ne delamo najbolje. Zakaj? No, za začetek naše električno omrežje upravljajo predvsem zaščiteni monopoli, za učinkovitost pa niso nagrajeni. Neučinkovita centralna proizvodnja energije je zaščitena z ledenikom umetnih ovir. Ta regulativni ledenik se počasi topi, vendar ne tako hitro kot pravi ledeniki.

Povprečna elektrarna danes deluje le 33 odstotkov, zato v bistvu jemljete tri enote energije in dobite eno enoto električne energije. In tako je bilo, odkar je bil Eisenhower predsednik. Preostali del energije je večinoma odvečna toplota in to samo odvržemo. Enostavno ne moremo zajeziti globalnega segrevanja brez podvojitve učinkovitosti proizvodnje električne energije. Ta učinkovitost je slon v sobi.

Kako vaše podjetje zajema toploto, ki jo običajno izgubljajo elektrarne?
Na mestu gradimo elektrarne za proizvajalce, za univerze, za vse ustanove, ki porabijo veliko energije. Proizvajamo električno energijo in namesto da bi stransko toplotno energijo metali stran, jo uporabljamo bodisi za ogrevanje bližnjih stavb - zamenjavo kotlov na fosilna goriva - bodisi za industrijske procese ali za ustvarjanje več električne energije. Temu pristopu pravimo soproizvodnja, ker je to tisto, kar je: z enim ognjem dela dva dela. Tako proizvedena energija podvoji učinkovitost in prepolovi C02 v primerjavi s storitvami, ki jih izvajajo zdaj. Najmanj učinkovit projekt, ki smo ga kdajkoli storili, je približno 70-odstotno učinkovit, kar je dvakrat večji od učinkovitosti električnega omrežja. Najboljši naši projekti presegajo 90-odstotno učinkovitost. Toda projekti morajo biti lokalni, da reciklirajo odpadno energijo; toplota ne potuje zelo dobro.

Lahko razložite, kako SPTE zajame in uporablja toploto iz industrijskih dimnikov?
Temu pravimo predelava odpadne toplote. Uporabljamo vroč izpuh, ki bi ga odzračili po dimnikih. To toploto uporabljamo za vrelo vodo in proizvodnjo pare, kar spremeni dinamo za proizvodnjo električne energije. Eno mesto, kjer je delalo eno od mojih prejšnjih podjetij, je jeklarna na obali jezera Michigan. Vzeli smo njihovo odpadno toploto in jo pretvorili v 220 megavatov popolnoma čiste moči. To je ogromno; to je količina sončne energije, ki se napaja v električnih omrežjih po vsem svetu. Ta jeklarna zdaj prihrani približno 100 milijonov dolarjev na leto - kar je velik dejavnik pri njeni konkurenčnosti na svetovnem trgu jekla. EPA je priznala obrat za zmanjšanje toplogrednih plinov za 1, 1 milijona ton na leto. To je tisto, kar CHP tako navdušuje - to je priložnost za vse. To je pro-ekonomija in pro-okolje, stara napačna dihotomija pa obrača med poceni moči in čisto močjo na glavi.

Kako ste se najprej lotili varčevanja z energijo?
Odraščal sem v Koloradu v zelo naravo usmerjeni družini. Imeli smo malo rutine, kjer smo prečkali most, da bi lovili ribe, in hodili bi tri, štiri milje po reki. Oče nas ne bi pustil, da bi se vrnili, če ne bi nosili smeti, ki ga je zapustil nekdo drug. Odkril bi, kakšni idioti bodo nosili pop steklenice tam in jih pustili na tako lepem mestu. Tudi moja mama je poudarila službo - komu je veliko dano, veliko je potrebno. Osnovno sporočilo obeh staršev je bilo, da bi morali zapustiti kamp bolj čisti, kot smo ga našli. In v krčljivem svetu je naše kampišče zdaj planet in globalno segrevanje ogroža.

Pretvarjanje energijskih odpadkov v električno energijo in toploto