Sistema de recuperación de energía Berner Tricoil en la cima del Centro de Paisajes Sostenibles en Pittsburgh, Pensilvania
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 estar en 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 .
Una aplicación común de este principio es en sistemas que tienen una corriente de escape o una corriente residual que se transfiere del sistema a sus alrededores. Parte de la energía en ese flujo de material (a menudo gaseoso o líquido ) puede transferirse al flujo de material de entrada o de reposición . Este flujo másico de entrada a menudo proviene del entorno del sistema, que, al estar en condiciones ambientales, se encuentra a una temperatura más baja que la corriente residual . 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 recupera de corrientes de desechos líquidos o gaseosos en tomas de aire fresco y agua en los edificios , como por ejemplo para los sistemas HVAC 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, luces, 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 energía de salida y la proporcionan como energía de entrada al mismo proceso o a otro.
Un sistema de recuperación de energía cerrará este ciclo energético para evitar que la energía entrante se libere a la naturaleza y se utilice en otras formas de trabajo deseado.
Ejemplos
La recuperación de calor se implementa en fuentes de calor como, por ejemplo, una acería . El agua de refrigeración calentada procedente del proceso se vende para la calefacción de viviendas, comercios y oficinas de 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 de electricidad cuando se libera.
Sistemas activos de reducción de presión donde la presión diferencial en un flujo de fluido presurizado se recupera en lugar de convertirse en calor en una válvula reductora de presión y liberarse.
Electric Turbo Compounding (ETC) es una solución tecnológica al desafío de mejorar la eficiencia del combustible de los motores de gasolina y diésel mediante la recuperación de la energía residual de los gases de escape.
STES
En una fundición en Suecia, el calor residual se recupera y almacena en una gran masa de lecho de roca nativa que es penetrada por un grupo de 140 perforaciones equipadas con intercambiadores de calor (155 mm de diámetro) y 150 m de profundidad. Este acumulador se utiliza para calentar una fábrica adyacente según sea necesario, incluso meses después. [2]
La Comunidad Solar Drake Landing en Alberta , Canadá, utiliza STES para recuperar y utilizar el calor natural que de otro modo se desperdiciaría. La comunidad utiliza un conjunto de pozos en el lecho de roca para almacenar calor entre estaciones, lo que permite obtener el 97 por ciento de la calefacción espacial durante todo el año a partir de colectores solares térmicos en los techos de los garajes. [3] [4]
Las frías temperaturas invernales se pueden recuperar haciendo circular agua a través de una torre de enfriamiento seca y usándola para enfriar un acuífero profundo o un grupo de pozos. Posteriormente, el frío se recupera del almacenamiento para el aire acondicionado de verano. [5] Con un coeficiente de rendimiento (COP) de 20 a 40, este método de refrigeración puede ser diez veces más eficiente que el aire acondicionado convencional. [6]
Impacto medioambiental
Existe un gran potencial para la recuperación de energía en sistemas compactos como las 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:
El cambio de industrias y economías no está completamente investigado
En 2008, Tom Casten , presidente de Recycled Energy Development , dijo que " Creemos que podríamos producir entre el 19 y el 20 por ciento de la electricidad estadounidense con el calor que actualmente desperdicia la industria " .
Un estudio del Departamento de Energía de 2007 encontró potencial para 135.000 megavatios de calor y energía combinados (que utiliza 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 residual industrial. sin contar CHP. [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. Por lo tanto, el uso generalizado del reciclaje de energía podría reducir las emisiones de calentamiento global en aproximadamente un 20 por ciento. [10] De hecho, en 2005, alrededor del 42% de la contaminación por gases de efecto invernadero en Estados Unidos provino de la producción de electricidad y el 27% de la producción de calor. [11] [12]
Es difícil cuantificar el impacto ambiental de una implementación global de recuperación energética en algunos sectores. Los principales impedimentos son: [ cita necesaria ]
Falta de tecnologías eficientes para viviendas particulares. Los sistemas de recuperación de calor en viviendas particulares pueden tener una eficiencia tan baja como el 30% o menos. Puede ser más realista utilizar la conservación de energía, como aislamiento térmico o edificios mejorados. Muchas zonas dependen más de la refrigeración forzada y no se dispone ampliamente de un sistema para extraer calor de las viviendas para utilizarlo en otros usos.
Infraestructura ineficaz. La recuperación de calor, en particular, necesita una distancia corta entre el productor y el consumidor para que sea 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 preparado. Dado que el sector del transporte utiliza alrededor del 20% del suministro de energía, la mayor parte de la energía se gasta en superar la gravedad y la fricción. Los coches eléctricos con frenada regenerativa parecen ser el mejor candidato para la recuperación de energía. Se están desarrollando sistemas eólicos en barcos. Se conocen muy pocos trabajos en este campo sobre la industria aérea .
^ Andersson, O.; Hägg, M. (2008), "Entregable 10 - Suecia - Diseño preliminar de un almacenamiento de calor estacional para ITT Flygt, Emmaboda, Suecia", IGEIA - Integración de la energía geotérmica en aplicaciones industriales, págs. 38–56 y 72–76, recuperado el 21 de abril de 2013
^ Wong, Bill (28 de junio de 2011), "Drake Landing Solar Community" Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine , Conferencia IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011, Toronto, págs. 1 a 30, consultado el 21 de abril de 2013.
^ Wong B., Thornton J. (2013). Integración de bombas solares y de calor. Archivado el 15 de octubre de 2013 en el Taller de calor renovable de Wayback Machine .
^ Paksoy, H.; Stiles, L. (2009), "Sistema de almacenamiento en frío de energía térmica del acuífero en Richard Stockton College" Archivado el 12 de enero de 2014 en Wayback Machine , Effstock 2009 (undécimo internacional) – Almacenamiento de energía térmica para la eficiencia y la sostenibilidad, Estocolmo.
^ Willemsen, G. 1998. Sistemas de bombas de calor geotérmicas de circuito abierto en 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
^ Se considera que el 'reciclaje' de energía ahorra dinero a las empresas. Por David Schaper. 22 de mayo de 2008. Edición matinal . Radio Pública Nacional .
^ Bruce Hedman, Análisis energético y ambiental/USCHPA, "Calor y energía combinados y recuperación de calor como opciones de eficiencia energética", reunión informativa para el Comité Senatorial de Energía Renovable, 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".
