أنظمة الحرارة والطاقة المجمعة (CHP)، والمعروفة أيضًا بأنظمة التوليد المشترك للطاقة، هي أنظمة طاقة عالية الكفاءة تعمل في نفس الوقت على توليد الكهرباء والحرارة المفيدة من مصدر وقود واحد. إحدى المزايا الرئيسية لأنظمة CHP هي قدرتها على استعادة واستخدام الحرارة المهدرة، والتي يمكن إهدارها في توليد الطاقة التقليدية. كمورد لـ CHP، فأنا على دراية جيدة بطرق استرداد الحرارة المختلفة في أنظمة CHP، وفي هذه المدونة، سأتعمق في هذه الطرق لمساعدتك على فهم كيفية زيادة كفاءة تركيب CHP لديك.
1. استعادة حرارة غاز العادم
تحمل غازات العادم الصادرة عن المحرك الرئيسي في نظام CHP، مثل توربينات الغاز أو محرك الاحتراق الداخلي، كمية كبيرة من الحرارة. يعد استرداد هذه الحرارة أحد أكثر الطرق شيوعًا وفعالية لتحسين الكفاءة الإجمالية لنظام CHP.
1.1 المبادلات الحرارية
المبادلات الحرارية هي المعدات الأساسية المستخدمة لاستعادة حرارة غاز العادم. فهي تنقل الحرارة من غازات العادم الساخنة إلى سائل العمل، مثل الماء أو البخار. هناك أنواع مختلفة من المبادلات الحرارية، بما في ذلك المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب والمبادلات الحرارية اللوحية.
تتكون المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب من غلاف (وعاء أسطواني كبير) وحزمة من الأنابيب. تتدفق غازات العادم عبر الأنابيب، بينما يتدفق سائل العمل عبر الغلاف. يتم نقل الحرارة من غازات العادم إلى سائل العمل عبر جدران الأنبوب. من ناحية أخرى، تتكون المبادلات الحرارية اللوحية من سلسلة من الصفائح الرقيقة المكدسة معًا. تتدفق غازات العادم وسائل التشغيل عبر قنوات متناوبة بين الصفائح، ويحدث انتقال الحرارة عبر الصفائح.
ويمكن استخدام الحرارة المستردة لأغراض مختلفة، مثل تسخين المساحات، أو تسخين المياه، أو العمليات الصناعية. على سبيل المثال، في مبنى تجاري، يمكن استخدام الماء الساخن الناتج عن المبادل الحراري للمشعات لتدفئة المساحة الداخلية. في البيئة الصناعية، يمكن استخدام البخار المتولد في عمليات التصنيع، كما هو الحال في مصنع تجهيز الأغذية للطهي أو التعقيم.
1.2 مراجل تسخين النفايات
تم تصميم غلايات حرارة النفايات خصيصًا لتوليد البخار من الحرارة الموجودة في غازات العادم. غالبًا ما يتم استخدامها في أنظمة CHP الأكبر حجمًا، خاصة تلك التي تحتوي على توربينات الغاز. تدخل غازات العادم إلى غلاية الحرارة المهدرة، حيث تقوم بتسخين الماء في أنابيب الغلاية. عندما يتم تسخين الماء، فإنه يتحول إلى بخار، والذي يمكن استخدامه لتوليد الطاقة في التوربينات البخارية (في نظام CHP ذو الدورة المركبة) أو للتطبيقات الصناعية الأخرى.
2. استرداد حرارة مياه التبريد
بالإضافة إلى حرارة غاز العادم، فإن مياه التبريد المستخدمة في أنظمة CHP تحتوي أيضًا على كمية كبيرة من الحرارة. المحرك الرئيسي في نظام CHP، مثل محرك الاحتراق الداخلي، يولد كمية كبيرة من الحرارة أثناء التشغيل، ويتم استخدام مياه التبريد لإزالة هذه الحرارة والحفاظ على المحرك في درجة حرارة التشغيل المثلى.
2.1 مبردات الامتصاص
يمكن لمبردات الامتصاص استخدام الحرارة الناتجة عن مياه التبريد لإنتاج مياه مبردة لأغراض تكييف الهواء. يعمل مبرد الامتصاص على مبدأ مختلف مقارنة بمبرد ضغط البخار التقليدي. ويستخدم مصدرًا للحرارة (في هذه الحالة، ماء التبريد الساخن) لدفع دورة التبريد.
تشتمل المكونات الأساسية لمبرد الامتصاص على جهاز الامتصاص والمولد والمكثف والمبخر. يتم استخدام ماء التبريد الساخن لتسخين المحلول في المولد، مما يؤدي إلى إطلاق بخار مادة التبريد. ثم يمر بخار مادة التبريد عبر المكثف، حيث يتم تكثيفه إلى سائل. ثم يدخل سائل التبريد إلى المبخر، حيث يتبخر ويمتص الحرارة من الماء المراد تبريده. ويمكن بعد ذلك توزيع الماء المبرد من خلال نظام تكييف الهواء في المبنى.
2.2 التدفئة المركزية
يمكن أيضًا استخدام الحرارة الناتجة عن مياه التبريد في أنظمة التدفئة المركزية. تدفئة المناطق هي نظام يتم فيه توليد الحرارة في موقع مركزي وتوزيعها على مباني متعددة في المنطقة من خلال شبكة من الأنابيب. يمكن استخدام مياه التبريد الساخنة من نظام CHP مباشرة في شبكة التدفئة المركزية أو يمكن استخدامها لتسخين سائل ثانوي يتم بعد ذلك توزيعه في الشبكة.
3. استرداد حرارة زيت التشحيم
يتم استخدام زيت التشحيم في المحرك الرئيسي لنظام CHP لتقليل الاحتكاك والتآكل بين الأجزاء المتحركة. أثناء التشغيل، يتم تسخين زيت التشحيم. يمكن أن يؤدي استرداد الحرارة من زيت التشحيم إلى تحسين الكفاءة الإجمالية لنظام CHP.
يمكن استعادة الحرارة من زيت التشحيم باستخدام مبادل حراري. على غرار المبادل الحراري لغاز العادم، يتدفق زيت التشحيم الساخن عبر أحد جوانب المبادل الحراري، ويتدفق سائل العمل (مثل الماء) عبر الجانب الآخر. يتم نقل الحرارة من زيت التشحيم إلى سائل العمل.
يمكن استخدام الحرارة المستردة للتسخين المسبق للوقود أو هواء الاحتراق في المحرك الرئيسي. يمكن أن يؤدي التسخين المسبق للوقود إلى تحسين كفاءة الاحتراق، في حين أن التسخين المسبق لهواء الاحتراق يمكن أن يزيد من الكفاءة الحرارية الإجمالية للمحرك.
4. فوائد استعادة الحرارة في أنظمة CHP
يوفر تطبيق طرق استرداد الحرارة في أنظمة CHP العديد من الفوائد.
4.1 كفاءة الطاقة
من خلال استعادة واستخدام الحرارة المهدرة، يمكن لأنظمة CHP تحقيق كفاءة طاقة إجمالية أعلى بكثير مقارنة بأنظمة توليد الطاقة التقليدية. في محطات الطاقة التقليدية، يتم إهدار جزء كبير من الطاقة الموجودة في الوقود على شكل حرارة. في نظام CHP الذي يتمتع باسترداد فعال للحرارة، يتم استخدام الحرارة المهدرة بشكل جيد، مما يقلل من كمية الوقود الإضافي اللازم لتلبية متطلبات الحرارة والطاقة.
4.2 توفير التكاليف
ويترجم ارتفاع كفاءة الطاقة إلى وفورات في التكاليف. نظرًا لأن هناك حاجة إلى كمية أقل من الوقود لتوليد نفس الكمية من الحرارة والطاقة، يتم تقليل تكاليف تشغيل نظام CHP. بالإضافة إلى ذلك، في بعض المناطق، قد تكون هناك حوافز أو إعانات لاستخدام أنظمة الطاقة والحرارة والحرارة الموفرة للطاقة، مما يؤدي إلى تقليل العبء المالي على المستخدم.
4.3 الفوائد البيئية
يمكن لأنظمة CHP مع استعادة الحرارة أن تقلل بشكل كبير من انبعاثات غازات الدفيئة. ومن خلال استخدام كميات أقل من الوقود لتوليد نفس الكمية من الطاقة، يتم تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى المنبعثة في الغلاف الجوي. وهذا يجعل أنظمة CHP خيارًا صديقًا للبيئة لتلبية احتياجات الطاقة.
5. تطبيقات استرداد الحرارة في الصناعات المختلفة
يمكن تطبيق استرداد الحرارة في أنظمة CHP في مختلف الصناعات.
5.1 التصنيع
في الصناعة التحويلية، يمكن لأنظمة CHP مع استعادة الحرارة توفير الكهرباء والحرارة لعمليات التصنيع. على سبيل المثال، في صناعة النسيج، يمكن استخدام البخار الناتج عن استرداد حرارة غاز العادم في عمليات الصباغة والتشطيب. وفي الصناعة الكيميائية، يمكن استخدام الحرارة في عمليات التقطير والتفاعل. بعض المواد الكيميائية المستخدمة في الصناعة الكيميائية، مثلبيب | كاس 25155 - 25 - 3 | مكرر (ثالثي - بوتيل ديوكسي أيزوبروبيل) البنزين,ديتاب | كاس 10508 - 09 - 5 | دي - ثالثي - الأميل بيروكسيد، وثنائي بنزويل بيروكسيد، تتطلب ظروف درجة حرارة محددة أثناء إنتاجها، ويمكن استخدام الحرارة المستردة للحفاظ على هذه الظروف.
5.2 المباني التجارية
يمكن للمباني التجارية، مثل المكاتب والفنادق والمستشفيات، الاستفادة من أنظمة CHP مع استرداد الحرارة. يمكن استخدام الحرارة المستردة لتدفئة الأماكن وتسخين المياه وتكييف الهواء. على سبيل المثال، في الفندق، يمكن استخدام الماء الساخن الناتج عن استعادة الحرارة لغرف الضيوف، في حين يمكن استخدام الماء المبرد من مبردات الامتصاص لتكييف الهواء في المناطق العامة.
5.3 أنظمة الطاقة بالمنطقة
يمكن لأنظمة الطاقة في المنطقة دمج أنظمة CHP مع استعادة الحرارة لتوفير مصدر موثوق وفعال للحرارة والطاقة لمباني متعددة في المنطقة. يمكن توزيع الحرارة المستردة من نظام CHP من خلال شبكة التدفئة المركزية، في حين يمكن استخدام الكهرباء محليًا أو إدخالها إلى الشبكة.
خاتمة
باعتباري موردًا لأنظمة الطاقة والحرارة المشتركة (CHP)، فإنني أدرك أهمية استعادة الحرارة في زيادة كفاءة وأداء أنظمة الطاقة والحرارة المشتركة (CHP). توفر طرق استرداد الحرارة المختلفة، بما في ذلك استرداد حرارة غاز العادم، واسترداد حرارة مياه التبريد، واسترداد حرارة زيت التشحيم، فوائد كبيرة من حيث كفاءة الطاقة، وتوفير التكاليف، وحماية البيئة.
إذا كنت مهتمًا بتنفيذ نظام CHP مع استرداد الحرارة بشكل فعال في منشأتك، سواء كان مبنى تجاريًا أو مصنعًا صناعيًا أو نظام طاقة للمنطقة، فأنا أشجعك على الاتصال بنا للحصول على استشارة مفصلة. يمكننا أن نقدم لك حلولًا مخصصة بناءً على متطلباتك الخاصة من الحرارة والطاقة. دعونا نعمل معًا لتحقيق مستقبل طاقة أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة.
مراجع
- كولينان، ك.، وشاه، ن. (2012). التصميم الأمثل لأنظمة التوليد الثلاثي للمواقع الصناعية. الطاقة التطبيقية، 98، 266 - 277.
- لوند، هـ. (2006). الحرارة والطاقة المشتركة (CHP): مراجعة للجوانب البيئية والأداءية والاقتصادية. الطاقة، 31(14)، 2873 - 2890.
- مانكاريلا، ب. (2014). الجمع بين الحرارة والطاقة: مراجعة للتقنيات والتشغيل والتحسين مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة، 39، 53 - 72.