Technologie odzyskiwania ciepła z procesów produkcyjnych. Jak zredukować koszty energii wykorzystując ciepło odpadowe?
Dążenie do poprawy efektywności energetycznej jest dziś celem większości przedsiębiorstw przemysłowych, co oczywiście wynika z chęci ograniczenia zużycia energii, a tym samym zmniejszenia rachunków za prąd, i konieczności redukcji emisji gazów cieplarnianych. Poprawa efektywności energetycznej powinna być kompleksowym działaniem, który będzie obejmował wiele różnych obszarów. Jednym z nich może być odzyskiwanie ciepła odpadowego z procesów produkcyjnych.
Spis treści
- Skąd się bierze ciepło odpadowe w zakładzie przemysłowym?
- Co się dzieje z ciepłem odpadowym w tradycyjnych procesach przemysłowych?
- Jakie technologie stosuje się do odzysku ciepła odpadowego?
- Do jakich celów wykorzystuje się ciepło odpadowe?
- Korzyści z odzysku ciepła odpadowego
Ciepło odpadowe jest niestety nieodzownym elementem większości procesów produkcyjnych i mamy z nim do czynienia praktycznie we wszystkich sektorach przemysłowych. Powstaje ono przy okazji procesu konwersji energii (zmiany jednej formy energii na inną), który nigdy nie jest w pełni wydajny i zawsze towarzyszy mu powstawanie pewnej ilości ciepła (jako produktu ubocznego), które najczęściej jest uwalniane do powietrza i bezpowrotnie tracone.
Każda maszyna wykorzystywana w procesach produkcyjnych (np. sprężarka, wycinarka laserowa czy obrabiarka) podczas swojej codziennej pracy generuje określoną ilość energii cieplnej. Jednak ciepło powstaje również w wielu instalacjach przemysłowych, które nie biorą bezpośredniego udziału w procesie produkcyjnym. Przykładem są m.in. centra danych, które zużywają bardzo duże ilości energii, która częściowo jest zamieniana na ciepło, a także systemy HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja).
Skąd się bierze ciepło odpadowe w zakładzie przemysłowym?
Ciepło odpadowe w zakładach przemysłowych powstaje przede wszystkim w wyniku różnorodnych procesów technologicznych, którym towarzyszy generowanie dużej ilości energii cieplnej. W większości przypadków jest to energia, która nie znajduje bezpośredniego zastosowania w danym momencie i zostaje niepotrzebnie tracona. Dla przedsiębiorstwa oznacza to konkretną stratę, ale jednocześnie jest to spore pole do poprawy efektywności energetycznej.
Jednym z najczęstszych źródeł ciepła odpadowego jest spalanie paliw w piecach przemysłowych, kotłach, piecach oporowych i innych urządzeniach grzewczych, gdzie generowane ciepło nie jest następnie w pełni wykorzystywane w procesach produkcyjnych. Kolejnym istotnym źródłem ciepła odpadowego są procesy obróbki metali, takie jak odlewanie, walcowanie, spawanie czy obróbka termiczna, w trakcie których powstają duże ilości energii cieplnej, która jest uwalniana następnie do otoczenia. W przemyśle chemicznym i petrochemicznym (w tym w rafineriach i zakładach chemicznych) oraz przy produkcji nawozów i materiałów budowlanych, ciepło odpadowe powstaje w wyniku różnorodnych reakcji chemicznych, takich jak destylacja czy kraking.
W wielu procesach wymagane jest intensywne chłodzenie maszyn i urządzeń, w wyniku czego również powstaje ciepło. Także procesy chłodzenia i wentylacji w dużych halach produkcyjnych i magazynach mogą prowadzić do znacznych strat ciepła, które mogłyby być efektywnie odzyskane i ponownie wykorzystane w różnych procesach technologicznych. Ciepło odpadowe może wreszcie powstawać w procesach, w których wykorzystywana jest woda procesowa (przy jej podgrzewaniu lub chłodzeniu).
Co się dzieje z ciepłem odpadowym w tradycyjnych procesach przemysłowych?
W większości zakładów przemysłowych, w których nie ma specjalnych instalacji do odzysku ciepła odpadowego, jest ono tracone. Nadwyżka ciepła jest usuwana najczęściej z powietrze lub wodą. W takich przypadkach energia ta jest marnowana. W wyniku tego tracona jest nie tylko sama energia, ale także potencjalne oszczędności związane z ograniczeniem zapotrzebowania na dodatkowe źródła energii.
Jakie technologie stosuje się do odzysku ciepła odpadowego?
Obecnie pojawia się coraz więcej możliwości odzyskania ciepła i ponownego jego wykorzystania do różnych celów. Dostępne technologie są coraz bardziej zaawansowane i zapewniają znacznie większą efektywność odzysku ciepła. W zależności od użytej technologii możliwe jest ponowne wykorzystanie energii w różnych formach, co nie tylko zwiększa efektywność energetyczną zakładu, ale także przyczynia się do obniżenia kosztów operacyjnych.
Najpopularniejsze technologie odzysku ciepła odpadowego:
- Wymienniki ciepła – są to urządzenia, które umożliwiają przekazywanie ciepła z jednego medium do drugiego. Wymienniki ciepła wykorzystywane są do odzyskiwania ciepła m.in. z gazów spalinowych, cieczy przemysłowych czy powietrza.
- Rekuperatory – urządzenia te pozwalają na odzyskiwanie ciepła z powietrza wentylacyjnego, które w przeciwnym razie zostałoby utracone. Rekuperatory stosowane są w systemach wentylacyjnych, gdzie gorące powietrze usuwane z hal produkcyjnych wymienia ciepło z powietrzem świeżym, które zasysa system.
- Pompy ciepła – wykorzystują one niewielką ilość energii elektrycznej do transportowania ciepła z jednego miejsca do drugiego. Pompy ciepła mogą być stosowane do przechwytywania ciepła z powietrza, wody czy nawet z gruntu, aby podnieść temperaturę innego medium (np. wody użytkowej lub powietrza).
- Systemy kogeneracyjne (CHP) – systemy te łączą produkcję energii elektrycznej i ciepła w jednym procesie. Dzięki takim układom możliwy jest znaczny odzysk ciepła odpadowego, które może być ponownie wykorzystane w procesie technologicznym lub do ogrzewania pomieszczeń.
- Turbiny parowe i generatory elektryczności – odzysk ciepła odpadowego z procesów przemysłowych może obejmować wykorzystanie pary wodnej do napędu turbin parowych, które generują energię elektryczną. W ten sposób, odpadowe ciepło może stać się źródłem energii elektrycznej dla zakładu.
- Absorpcyjne systemy chłodzenia – technologia ta pozwala na wykorzystanie odpadowego ciepła do generowania chłodzenia, co jest szczególnie przydatne w zakładach, gdzie jednocześnie wymagane jest chłodzenie, jak np. w branży spożywczej czy chemicznej.
Polecany artykuł:
Do jakich celów wykorzystuje się ciepło odpadowe?
Stosowanie technologii odzysku ciepła ma oczywiście sens tylko wówczas, jeśli można je w łatwy sposób ponownie wykorzystać. W zakładach przemysłowych odzyskane ciepło odpadowe najczęściej stosuje się do:
- podgrzewania wody procesowej lub użytkowej, co pozwala na zmniejszenie zapotrzebowania na energię cieplną z zewnętrznych źródeł,
- ogrzewania całych hal produkcyjnych lub poszczególnych pomieszczeń, które wymagają stałego utrzymywania odpowiedniej temperatury,
- wsparcia procesów technologicznych, np. do podgrzewania mediów technologicznych, co pozwoli obniżyć koszty operacyjne,
- suszenia różnych materiałów, np. w procesie utwardzania,
- generowania energii elektrycznej, np. poprzez wykorzystanie ciepła do napędu turbin parowych lub innych systemów energetycznych, które produkują energię elektryczną dla zakładu.
Korzyści z odzysku ciepła odpadowego
Wdrożenie technologii odzysku ciepła odpadowego w zakładzie produkcyjnym wiąże się z szeregiem korzyści, które przekładają się zarówno na aspekty ekonomiczne, jak i ekologiczne. Przede wszystkim odzysk ciepła odpadowego prowadzi do istotnej redukcji zapotrzebowania na energię zewnętrzną, co w konsekwencji znacząco obniża koszty eksploatacyjne zakładów. Ograniczenie zużycia energii pierwotnej wpływa bezpośrednio na zmniejszenie rachunków za energię, co jest szczególnie istotne w obliczu rosnących cen nośników energetycznych.
Dodatkowo, efektywne wykorzystanie ciepła odpadowego przyczynia się do znaczącego wzrostu efektywności energetycznej zakładów przemysłowych. Dzięki zastosowaniu odpowiednich technologii odzysku przedsiębiorstwa mogą zoptymalizować swoje procesy produkcyjne, co pozwala nie tylko na oszczędności, ale również na lepsze dostosowanie się do coraz bardziej rygorystycznych norm środowiskowych.
Z punktu widzenia ekologicznego odzysk ciepła odpadowego ma kluczowe znaczenie w kontekście zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń. Procesy te wspierają realizację polityki zrównoważonego rozwoju, pomagając przedsiębiorstwom w osiąganiu celów związanych z ochroną środowiska. Zmniejszenie zużycia energii i obniżenie emisji jest także krokiem w stronę gospodarki o obiegu zamkniętym, która staje się fundamentem współczesnej produkcji przemysłowej.
Ponadto, technologie odzysku ciepła odpadowego przyczyniają się do poprawy konkurencyjności przedsiębiorstw. Zastosowanie innowacyjnych rozwiązań w tym zakresie pozwala obniżyć koszty produkcji, zwiększając tym samym rentowność i wydajność zakładu. Przemiany te nie tylko redukują koszty operacyjne, ale także wspierają pozytywny wizerunek firmy jako lidera w zakresie odpowiedzialności ekologicznej, co może stać się istotnym atutem na konkurencyjnym rynku.
Polecany artykuł:
Odzysk ciepła odpadowego z procesów przemysłowych to nie tylko rozwiązanie proekologiczne, ale również bardzo korzystne ekonomicznie. Żeby jednak technologie odzysku ciepła były optymalnie wykorzystane, warto przed ich wdrożeniem wykonać audyt energetyczny zakładu lub dokładnie sprawdzić poszczególne instalacje w kontekście ich zużycia energii i/lub ciepła. Tylko wówczas wiadomo, gdzie instalacje odzysku ciepła przyniosą najwięcej korzyści i w największym stopniu przyczynią się do poprawy efektywności energetycznej przedsiębiorstwa.
Zobacz również: Certyfikowane obiekty przemysłowe w Polsce
