Sistema de recuperación de energía Berner Tricoil en la cima del Centro de Paisajes Sustentables en Pittsburgh, Pensilvania
La recuperación de energía incluye cualquier técnica o método para minimizar la entrada de energía a un sistema global mediante el intercambio de energía de un subsistema del sistema global 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 corriente de desechos que se transfiere desde el 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 reposición o de entrada . Este flujo de masa de entrada a menudo proviene de los alrededores del sistema, que, al estar en condiciones ambientales, están a una temperatura más baja que la corriente de desechos . Esta diferencia de temperatura permite la transferencia de calor y, por lo tanto, la transferencia de energía, o en este caso, la recuperación. La energía térmica a menudo se recupera de las corrientes de desechos líquidos o gaseosos para las tomas de aire y agua de reposición fresca en los edificios , como para los sistemas de HVAC o los sistemas de proceso.
Enfoque sistémico
El consumo de energía es una parte clave de la mayoría de las actividades humanas. Este consumo implica la conversión de un sistema energético 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, en su mayoría, se convierte 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 de entrada 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 del proceso se vende para calentar hogares, tiendas y oficinas en el área circundante.
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 reductora de presión y liberarse.
Electric Turbo Compounding (ETC) es una solución tecnológica al desafío de mejorar la eficiencia del combustible de los motores a gas y diésel mediante la recuperación de energía residual de los gases de escape.
STES
En una fundición de Suecia, el calor residual se recupera y se almacena en una gran masa de lecho rocoso autóctono, atravesada por un conjunto de 140 perforaciones (de 155 mm de diámetro) equipadas con intercambiadores de calor y de 150 m de profundidad. Este depósito se utiliza para calentar una fábrica adyacente según sea necesario, incluso meses después. [2]
La comunidad solar de Drake Landing en Alberta , Canadá, utiliza sistemas de almacenamiento de calor solar para recuperar y utilizar el calor natural que, de otro modo, se desperdiciaría. La comunidad utiliza un conjunto de pozos perforados en el lecho rocoso para el almacenamiento de calor entre estaciones, lo que permite obtener el 97 por ciento de la calefacción de los espacios durante todo el año a partir de colectores solares térmicos en los techos de los garajes. [3] [4]
Las bajas temperaturas invernales se pueden recuperar haciendo circular agua a través de una torre de refrigeración seca y utilizándola para enfriar un acuífero profundo o un grupo de pozos. El frío se recupera más tarde 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 ambiental
Existe un gran potencial de recuperación de energía en sistemas compactos como las grandes industrias y los 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:
Los cambios en las industrias y las economías no se han investigado en profundidad
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 de Estados Unidos 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 electricidad combinados (que utilizan la 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 de la energía de los desechos industriales, sin contar la cogeneración. [9] Estos estudios sugieren que alrededor de 200.000 megavatios, o el 20%, de la capacidad energética total podría 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 un 20 por ciento estimado. [10] De hecho, a partir de 2005, aproximadamente el 42% de la contaminación de gases de efecto invernadero de los EE. UU. provenía de la producción de electricidad y el 27% de la producción de calor. [11] [12]
Es difícil cuantificar el impacto ambiental de la implementación de una 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 viviendas particulares pueden tener una eficiencia de tan solo el 30 % o menos. Puede ser más realista utilizar métodos de conservación de energía como el aislamiento térmico o la mejora de los edificios. Muchas zonas dependen más de la refrigeración forzada y no hay sistemas de extracción de 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 ser viable. Una solución podría ser trasladar un gran consumidor a las inmediaciones del productor. Esto puede tener otras complicaciones.
El sector del transporte no está preparado. El sector del transporte utiliza aproximadamente el 20% del suministro de energía, y la mayor parte de la misma se gasta en superar la gravedad y la fricción. Los coches eléctricos con frenos regenerativos parecen ser los mejores candidatos para la recuperación de energía. Los sistemas eólicos en los barcos están en desarrollo. Se conocen muy pocos trabajos sobre la industria aérea en este campo.
^ 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 , IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011 Conference, Toronto, págs. 1–30, consultado el 21 de abril de 2013
^ Wong B., Thornton J. (2013). Integración de energía solar y bombas de calor. Archivado el 15 de octubre de 2013 en Wayback Machine . Taller sobre calor renovable.
^ Paksoy, H.; Stiles, L. (2009), "Sistema de almacenamiento en frío de energía térmica en acuíferos en el Richard Stockton College" Archivado el 12 de enero de 2014 en Wayback Machine , Effstock 2009 (11.° congreso internacional): Almacenamiento de energía térmica para eficiencia y sostenibilidad, Estocolmo.
^ Willemsen, G. 1998. Sistemas de bombas de calor geotérmicas de circuito abierto en los EE. UU. y almacenamiento en frío en acuíferos en los Países Bajos: similitudes y diferencias. Segunda Conferencia Internacional sobre Geotermia de Stockton. 16 y 17 de marzo de 1998
^ El "reciclaje" de energía podría ahorrar dinero a las empresas. Por David Schaper. 22 de mayo de 2008. Morning Edition . National Public Radio .
^ Bruce Hedman, Análisis de energía y medio ambiente/USCHPA, "Calor y electricidad combinados y recuperación de calor como opciones de eficiencia energética", Informe al Caucus de Energía Renovable del Senado, 10 de septiembre de 2007, Washington DC.
^ Bailey, Owen; Worrell, Ernst (2005). "Tecnologías de energía limpia: un inventario preliminar del potencial de generación de electricidad, Laboratorio Nacional Lawrence Berkley, 4/05" (PDF) . doi :10.2172/843010.
^ "La Administración de Información Energética, Capacidad existente por fuente de energía, 2006".
^ "Inventario de emisiones y sumideros de gases de efecto invernadero en Estados Unidos". Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos . Archivado desde el original el 18 de diciembre de 2011.
