Інструменти для оцінки калорій

Резюме файлу

Тепловий насос, здатний виробляти тепло від холоду, використовується в будівлі для нагрівання води, забираючи калорії із зовнішнього повітря. Однак засіб все ще перебуває в початковій стадії. Це стільки ж обіцяє в промисловості, де так звані теплові насоси "з дуже високою температурою" можуть виробляти дуже гаряче тепло.

«Промисловість виробляє багато відходів нижче 90 ° C, але рідко буває економічно використовувати їх за допомогою сучасних технологій. Вся суть цих пристроїв полягає у відновленні джерел при температурі 60 або 70 ° C, щоб довести їх до температури від 110 ° до 130 ° C або навіть більше », - пояснює Лоран Левахер, директор європейської лабораторії Ecleer. Цей інститут об'єднує науково-дослідні роботи EDF, Mines ParisTech та Федеральну політехнічну школу Лозани (EPFL), щоб довести зрілі інструменти з високим потенціалом енергоефективності. Його улюблена "мішень": переробка продуктів харчування, великі шанувальники послідовного нагрівання та охолодження, необхідні ланцюгу переробки продуктів. Тому сирзаводи в Белі за оцінкою Mines ParisTech оцінюють узагальнення високотемпературних теплових насосів для рекуперації тепла з конденсаторів концентраторів та стічних вод.

Більш ефективні теплові насоси

Зрештою, демократизація промислових теплових насосів залежить від температурних границь та загальної продуктивності насосів, які постійно відштовхуються. "Чим більше ми здатні нагріватися, тим більше ми торкаємося промислових потреб, а отже, тим більше можливостей ми відкриваємо для відновлення", - підкреслює Лоран Левахер. Деякі виробники вже пропонують насоси, що піднімаються до 110 ° C у своїх комерційних діапазонах. Для порівняння, традиційні теплові насоси працюють вдома між джерелом води або повітря близько 25 ° C, доставляючи рідину з температурою від 50 до 60 ° C.

«Немає сумнівів щодо енергетичної та економічної зацікавленості теплового насоса в промисловості. Час окупності за період з 2002 року по сьогоднішній день зменшився в 2,5 рази », - зазначає колишній директор НДДКР EDF Ів Бамбергер у зведеному документі, присвяченому ролі електроенергії в ефективності. На додаток до відгуку про досвід роботи із звичайними насосами, основний механізм цих пристроїв, який базується на циклах стиснення та розширення робочої рідини, був переглянутий та адаптований. Вибір цієї рідини має вирішальне значення: її температури випаровування та конденсації визначають робочі діапазони насоса. Не менш важливим є його впровадження в рамках компактної системи, що витрачає калорії за допомогою ефективних теплообмінників. Проект Paco, який фінансується ANR, свідчить про ці тенденції. Його головний гравець, виробник Johnson Controls, хоче розробити пристрій, здатний подавати до 130 ° C, використовуючи найпоширенішу робочу рідину: воду.

Полювання на калорії не припиняється за допомогою теплових насосів. Для більш гарячих родовищ “органічні цикли Ранкіна”, або ORC, також готують свою невеличку революцію. Добре відомий інженерам, цикл Ренкіна знаходиться, зокрема, в основі парових машин для виробництва електроенергії. Випаровування води приводить в дію турбіну.

Як і теплові насоси, ORC було заново створено. Мета: відновити джерела між 150 і 300 ° C. «Класичний цикл Ренкіна ідеально підходить для перетворення тепла в електрику. за умови, що температура досить висока для отримання перегрітої води. Ця концепція актуальна для теплових електростанцій, але при температурі нижче 400 ° C машину може охопити ризик конденсації. У ORC вода замінюється органічною рідиною, фізико-хімічні характеристики якої дозволяють працювати в діапазонах температур і на значно менших потужностях, від 50 кВт до 3 МВт », пояснює Жиль Девід, генеральний директор Enertime.

Перегріта пара для виробництва електроенергії

Паризьке суспільство зробило спеціальність ORC. Він встановив перший модуль у ливарному цеху FMGC в Судані (Атлантична Луара), в Пеї-де-Луарі (Франція). Називана орхідеєю, вона перетворює «гарячі вітри» при 200 ° C, залишаючи камеру згоряння купола. Таким чином, це тепло, яке важко відновити на майданчику, використовується для виробництва близько 5000 МВт-год електроенергії на рік у внутрішній мережі заводу. Побічна вигода: повітряні градирні, які раніше використовувались для її нейтралізації, можуть бути зупинені.

Як і теплові насоси, ORC отримують вигоду від демократизації термодинамічних інструментів. «Програмне забезпечення для проектування та моделювання процесів завжди ефективніше. Сьогодні вони дозволяють невеликій групі вмотивованих інженерів розробляти цей тип інноваційних машин, де великі історичні виробники турбін, такі як Alstom або Siemens, ще не бачать достатнього ринку для ініціювання таких розробок », - оцінює Жиль Девід. У пошуках тепла для відновлення, Enertime також веде переговори з цементними фабриками, такими як швейцарська площадка Holcim, або сміттєспалювальні заводи. ORC також може бути придатним для більш скромних джерел тепла. Renault Trucks розробляє "легку" версію для підвищення ефективності вантажних двигунів, тоді як виробники човнів розглядають можливість їх включення в рушійні системи.

«Незважаючи на помірну віддачу, близько 15%, ORC може виявитись дуже хорошим доповнюючим інструментом. Виробництво електроенергії є актуальним, коли немає можливості підвищити тепло на місці або поблизу. », Підкреслює Лоран Левачер д'Еклер. Також вивчається, але більше виникає, накопичення тепла. Заснований на таких техніках, як матеріали для фазової зміни, він міг би виконувати роль "буфера" для переоцінки відновленого тепла у відповідний час.

Енергетичний аналіз заново

Тому що в цьому полягає вся складність рівняння: якщо відновлення теплових відходів при низькій температурі є проблемою, то можливість переоцінити їх в економічному рівнянні, яке зберігається, - це інше. “Перш ніж застосовувати ці інструменти, ви повинні мати змогу проаналізувати весь процес, щоб запитати себе: де мої депозити? Де і коли я можу переоцінити це тепло? », Пояснює Денис Клодич. Після двадцяти років роботи на чолі Центру процесів та енергетики Школи шахт Парижу цей дослідник є гарячим промоутером аналітичних методів, що не відповідають традиційному енергетичному підходу до процесів.

“Енергоефективність ретельно вивчає кожну“ комунальну службу ”: стиснене повітря, гарячу воду тощо, з ідеєю щодо кожного контуру для оптимізації машин та зменшення втрат. Це підхід до оптимізації: ми насправді не переосмислюємо споживання. І навпаки, аналіз «енергетичного» типу складається з розгляду процесу як цілого. Цей підхід дає змогу визначити амбіційні стратегії обміну між різними точками процесу. "

Цей тип системного підходу насправді не є новим. Вже в 1974 р. Був розроблений "Пінч-аналіз" для проектування нафтохімічних комплексів. Зіткнувшись із колосальними тепловими потоками, які вони використовували, цей метод дозволив розумно розмістити теплообмінники в процесах. "Сьогодні, з урахуванням питань енергетики та клімату в бізнес-логіці, цей метод стає актуальним для галузей, чиї рахунки за енергію є більш вимірюваними", - каже Денис Клодич. Щоб проілюструвати свою суть, це, таким чином, дає образ агропродовольчого процесу, коли сировина надходить при кімнатній температурі, а продукти виходять при кімнатній температурі. Тоді як проміжний ланцюг - це послідовно підвищується і опускається температура. Тому не зовсім випадково, що лабораторія Ecleer вперше працювала над адаптацією та спрощенням енергетичного аналізу для потреб харчової промисловості.

Пілотні лінії для перевірки рекуперації тепла

“Аналіз типу екергії провокує. Вони просто кажуть нам: в ідеальному світі я міг би досягти значної економії енергії. Тепер ми маємо оцінити частку цих заощаджень, які насправді можуть бути застосовані на існуючих процесах або на проектуванні нових виробничих ліній », - резюмує Франсуа Летісьє, директор з досліджень та розробок Бондюеля. В рамках програми «Твереза фабрика» виробник співпрацював з академічними партнерами, щоб ретельно дослідити операції відбілювання та стерилізації овочів, які споживають 85% споживання його фабрик. На основі цього запасу виробник хоче застосувати двошвидкісну оптимізацію. Перший - це узагальнення відновлювальних пристроїв із використанням сучасних технологій із економією енергії від 5 до 10%. Другий планує переконфігурувати пілотну відбілювальну лінію, використовуючи переваги таких інструментів, як високотемпературні теплові насоси. Завдання є більш амбіційним: економія енергії на 25%. достатньо, щоб знизити споживання середньої ділянки на 1,5 МВт !

Той самий послужний список у Valenthin. Під егідою кластеру конкурентоспроможності Axelera ця програма спрямована на створення промислового сектору для низькотемпературного рекуперації тепла за участю Arkema та GDF Suez. Тут знову не йдеться про розміщення теплообмінників, теплових насосів або ORC без попереднього розробки жорсткого плану. На сайтах промислових «морських свинок», хіміків Solvay та Bluestar Silicon та гірничої групи Rio Tinto настав час енергетичного аудиту. Переваги цих експериментів далеко не гарантовані. І якщо вони будуть доведені, реконфігурація промислових процесів, синонім великих інвестицій, не на завтра. Але насправді це невелика культурна революція, яка буде розіграна при розробці цих пілотних ліній.

Давно зарезервований для нафтохімічних виробів, пінч-аналіз нещодавно був адаптований до всіх процесів, що включають теплообмін. Він полягає у порівнянні, шляхом графічного зображення, загальних потреб охолодження та опалення в системі. Порівняння двох кривих дозволяє визначити оптимальне розташування теплообмінників, щоб витратити мінімум енергії, необхідної для виготовлення виробу. Аналіз стосується модифікації існуючих процесів, а також проектування нових процесів.

Ви читаєте статтю "Промисловість і технології" № 0953