La recuperación de energía incluye cualquier técnica o método para minimizar la entrada de energía a un sistema general mediante el intercambio de energía de un subsistema del sistema general con otro. La energía puede ser de cualquier forma en cualquiera de los subsistemas, pero la mayoría de los sistemas de recuperación de energía intercambian energía térmica en forma sensible o latente .
En algunas circunstancias, el uso de una tecnología habilitadora, ya sea almacenamiento de energía térmica diurna o almacenamiento de energía térmica estacional (STES, que permite el almacenamiento de calor o frío entre estaciones opuestas), es necesario para que la recuperación de energía sea factible. Un ejemplo es el calor residual de la maquinaria de aire acondicionado almacenado en un tanque intermedio para ayudar a calentar durante la noche . Otra es una aplicación STES en una fundición en Suecia. El calor residual se recupera y almacena en una gran masa de lecho rocoso nativo que es penetrado por un grupo de 140 pozos equipados con intercambiador de calor (155 mm de diámetro) que tienen 150 m de profundidad. Esta tienda se utiliza para calentar una fábrica adyacente según sea necesario, incluso meses después. [1] Un ejemplo del uso de STES para recuperar y utilizar el calor natural que de otro modo se desperdiciaría es la Comunidad Solar Drake Landing en Alberta , Canadá. La comunidad utiliza un grupo de perforaciones en el lecho de roca para el almacenamiento de calor entre estaciones, y esto permite obtener el 97 por ciento de la calefacción de espacios durante todo el año de los colectores solares térmicos en los techos de los garajes. [2] [3] Otra aplicación de STES es recuperar el frío del invierno haciendo circular agua a través de una torre de enfriamiento seca y usándola para enfriar un acuífero profundo o un grupo de pozos de sondeo. El frío se recupera posteriormente del almacenamiento para el aire acondicionado de verano. [4] Con un coeficiente de rendimiento (COP) de 20 a 40, este método de enfriamiento puede ser diez veces más eficiente que el aire acondicionado convencional. [5]
Principio
Una aplicación común de este principio es en sistemas que tienen una corriente de escape o corriente residual que se transfiere desde el sistema a su entorno. Parte de la energía en que el flujo de material (a menudo gaseoso o líquido ) puede ser transferida a la de maquillaje o de entrada de flujo de material. Este flujo másico de entrada a menudo proviene de los alrededores del sistema, que, en condiciones ambientales, se encuentran a una temperatura más baja que la corriente de desechos . Este diferencial de temperatura permite la transferencia de calor y, por tanto, la transferencia de energía o, en este caso, la recuperación. La energía térmica a menudo se recuperó de los flujos de residuos líquidos o gaseosos a frescas de maquillaje de aire y de agua tomas en edificios , tales como para los HVAC sistemas, o sistemas de proceso.
Aproximación del sistema
El consumo de energía es una parte clave de la mayoría de las actividades humanas. Este consumo implica convertir un sistema de energía en otro , por ejemplo: La conversión de energía mecánica en energía eléctrica, que luego puede alimentar computadoras, luz, motores, etc. La energía de entrada impulsa el trabajo y se convierte principalmente en calor o sigue al producto en el proceso como energía de salida. Los sistemas de recuperación de energía recolectan la potencia de salida y la proporcionan como potencia de entrada al mismo proceso oa otro.
Un sistema de recuperación de energía cerrará este ciclo de energía para evitar que la energía de entrada se libere a la naturaleza y, en su lugar, se utilice en otras formas de trabajo deseado.
Ejemplos de
- La recuperación de calor se implementa en fuentes de calor como, por ejemplo, una acería . El agua de refrigeración calentada del proceso se vende para la calefacción de hogares, comercios y oficinas en los alrededores.
- El frenado regenerativo se utiliza en coches eléctricos, trenes, grúas pesadas, etc., donde la energía consumida al elevar el potencial se devuelve al proveedor eléctrico cuando se libera.
- Sistemas de reducción de presión activa donde la presión diferencial en un flujo de fluido presurizado se recupera en lugar de convertirse en calor en una válvula de reducción de presión y liberarse.
- Ventilación de recuperación de energía
- Reciclaje de energía
- Reciclaje de calor de agua
- Ventilación de recuperación de calor
- Generador de vapor de recuperación de calor
- Motor de calor residual ciclónico [6]
- Turboexpansor-generador de hidrógeno
- Diodo termal
- Oxidante termal
- Módulos termoeléctricos
- Unidades de recuperación de calor residual
Compuesto turbo eléctrico (ETC)
Electric Turbo Compounding (ETC) es una solución tecnológica para el desafío de mejorar la eficiencia del combustible de los motores de gas y diesel mediante la recuperación de energía residual de los gases de escape.
Impacto medioambiental
Existe un gran potencial para la recuperación de energía en sistemas compactos como grandes industrias y servicios públicos. Junto con la conservación de la energía , debería ser posible reducir drásticamente el consumo mundial de energía . El efecto de esto será entonces:
- Número reducido de centrales eléctricas de carbón
- Reducción de partículas en el aire, NOx y CO2 : mejor calidad del aire
- Ralentizar o reducir el cambio climático
- Menores facturas de combustible en el transporte
- Mayor disponibilidad de petróleo crudo
- Cambio de industrias y economías no completamente investigado
En 2008, Tom Casten , presidente de Recycled Energy Development , dijo que " creemos que podríamos generar entre el 19 y el 20 por ciento de la electricidad de los EE. UU. Con el calor que actualmente desperdicia la industria " . [7]
Un estudio del Departamento de Energía de 2007 encontró el potencial de 135,000 megavatios de calor y energía combinados (que usa recuperación de energía) en los EE. UU., [8] y un estudio del Laboratorio Nacional Lawrence Berkley identificó alrededor de 64,000 megavatios que podrían obtenerse a partir de energía de desecho industrial. sin contar la cogeneración. [9] Estos estudios sugieren que alrededor de 200.000 megavatios, o el 20%, de la capacidad total de energía podrían provenir del reciclaje de energía en los EE. UU. El uso generalizado del reciclaje de energía podría reducir las emisiones de calentamiento global en un 20 por ciento estimado. [10] De hecho, en 2005, aproximadamente el 42% de la contaminación por gases de efecto invernadero en Estados Unidos procedía de la producción de electricidad y el 27% de la producción de calor. [11] [12]
Sin embargo, es difícil cuantificar el impacto ambiental de una implementación de recuperación energética global en algunos sectores. Los principales impedimentos son: [ cita requerida ]
- Falta de tecnologías eficientes para viviendas particulares. Los sistemas de recuperación de calor en hogares privados pueden tener una eficiencia tan baja como del 30% o menos. Puede ser más realista utilizar la conservación de energía como aislamiento térmico o edificios mejorados. Muchas áreas dependen más del enfriamiento forzado y no se dispone de un sistema para extraer el calor de las viviendas para otros usos.
- Infraestructura ineficaz. La recuperación de calor, en particular, necesita una corta distancia entre el productor y el consumidor para ser viable. Una solución puede ser trasladar a un gran consumidor a las proximidades del productor. Esto puede tener otras complicaciones.
- El sector del transporte no está listo. Dado que el sector del transporte utiliza aproximadamente el 20% del suministro de energía, la mayor parte de la energía se gasta en superar la gravedad y la fricción. Los coches eléctricos con frenado regenerativo parecen ser el mejor candidato para la recuperación de energía. Los sistemas eólicos de los barcos están en desarrollo. Se conoce muy poco trabajo sobre la industria aérea en este campo.
Ver también
- Uso eficiente de la energía
- Conservación de energía
- DWEER
- Lista de proyectos de almacenamiento de energía
- Recompresión mecánica de vapor
- Análisis de pellizco
Referencias
- ^ Andersson, O .; Hägg, M. (2008), " Producto final 10 - Suecia - Diseño preliminar de un almacenamiento de calor estacional para ITT Flygt, Emmaboda, Suecia" [ enlace muerto permanente ] , IGEIA - Integración de la energía geotérmica en aplicaciones industriales, págs. 38–56 y 72–76, consultado el 21 de abril de 2013
- ^ Wong, Bill (28 de junio de 2011), "Drake Landing Solar Community" Archivado el 4 demarzo de 2016en Wayback Machine , Conferencia IDEA / CDEA District Energy / CHP 2011, Toronto, págs. 1-30, consultado el 21 de abril de 2013
- ^ Wong B., Thornton J. (2013). Integración de bombas solares y de calor. Taller de Calor Renovable.
- ^ Paksoy, H .; Stiles, L. (2009), "Sistema de almacenamiento en frío de energía térmica de acuíferos en el Richard Stockton College" Archivado el 12 de enero de 2014 en Wayback Machine , Effstock 2009 (11º Internacional) - Almacenamiento de energía térmica para la eficiencia y la sostenibilidad, Estocolmo.
- ^ Willemsen, G. 1998. Sistemas de bomba de calor geotérmica de circuito abierto en los EE. UU. Y almacenamiento en frío de acuíferos en los Países Bajos: similitudes y diferencias. La Segunda Conferencia Geotérmica Internacional de Stockton. 16 y 17 de marzo de 1998
- ^ Sitio web de Cyclone Power Technologies
- ^ 'Reciclaje' de energía visto ahorrando dinero a las empresas . Por David Schaper. 22 de mayo de 2008. Edición matutina . Radio Pública Nacional .
- ^ Bruce Hedman, Energía y análisis ambiental / USCHPA, "Calor combinado y recuperación de energía y calor como opciones de eficiencia energética", Informe al Caucus de energía renovable del Senado, 10 de septiembre de 2007, Washington DC.
- ^ "Tecnologías de energía limpia: un inventario preliminar del potencial de generación de electricidad, Laboratorio Nacional Lawrence Berkley, 4/05" (PDF) .
- ^ "La Administración de Información Energética, Capacidad Existente por Fuente de Energía, 2006" .
- ^ "Inventario de sumideros y emisiones de gases de efecto invernadero de Estados Unidos" . Agencia de Protección Ambiental de EE . UU . Archivado desde el original el 18 de diciembre de 2011.
- ^ "Emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos 2005" . Administración de Información Energética de EE . UU .
enlaces externos
- Valorización energética de la combustión de residuos sólidos urbanos -EPA
- 26 proyectos financiados: métodos de recuperación de energía estudiados con becas de pregrado de ASHRAE
- Recuperación de calor en la industria