“Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων” 10ο Εξάμηνο – Κωδικός Μαθήματος 245 Δρ Γεώργιος Σκόδρας Επίκουρος Καθηγητής.

Παρουσίαση με θέμα: "“Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων” 10ο Εξάμηνο – Κωδικός Μαθήματος 245 Δρ Γεώργιος Σκόδρας Επίκουρος Καθηγητής."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 “Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων” 10ο Εξάμηνο – Κωδικός Μαθήματος 245 Δρ Γεώργιος Σκόδρας Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εξέργεια και απώλειες αναντιστρεπτότητας

2 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Εξέργεια και απώλειες αναντιστρεπτότητας  Καλούμε διαθέσιμο έργο ή διαθέσιμη ενέργεια ή εξέργεια το μέγιστο έργο που μπορούμε να πάρουμε από ένα σύστημα έως ότου αυτό φθάσει σε ισορροπία με το περιβάλλον του  Για το υπολογισμό της εξέργειας ενός ρεύματος, των μεταβολών των ρευμάτων εισόδου – εξόδου μιας διεργασίας, του μέγιστου αντιστρεπτού έργου ή της απώλειας έργου λόγω αναντιστρεπτότητας στηριζόμαστε στα ισοζύγια ενέργειας, εξέργειας και εντροπίας  Αναπτύσσονται οι μορφές των ισοζυγίων για (α) σύστημα ροής (β) κλειστό σύστημα Ενέργεια & Θερμοδυναμική

3 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Σύστημα ροής  Ας θεωρήσουμε ένα σύστημα ροής με ομοιόμορφες ιδιότητες στην είσοδο, στην έξοδο και στον όγκο ελέγχου. Το ισοζύγιο ενέργειας έχει την μορφή:  Όπου dU OE παριστά την μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας στον όγκο ελέγχου και (h + u 2 /2 + z*g)*δm την ενέργεια (εσωτερική, ροής, κινητική και δυναμική) των ρευμάτων εισόδου (με δείκτη 1) και εξόδου (με δείκτη 2)  Το αντίστοιχο ισοζύγιο εντροπίας έχει την μορφή Ενέργεια & Θερμοδυναμική συσσώρευση Εισροή με το ρεύμα m 1 Εκροή με το ρεύμα m 2 θερμότητα έργο συσσώρευση εισροή εκροή παραγωγή από Q παραγωγή από αναντιστρεπτότητα

4 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων  Πολλαπλασιάζοντας την σχέση του ισοζυγίου εντροπίας με T 0 και αφαιρώντας την από την σχέση του ισοζυγίου ενέργειας προκύπτει μια άλλη μορφή του ισοζυγίου ενέργειας όπου κάθε όρος παριστάνει ισοδύναμο έργο ή εξέργεια  Ο όρος d(U-T 0 *S) OE δίδει την μεταβολή στο ισοδύναμο έργο του όγκου ελέγχου  Ο όρος (h – T 0 *S + u 2 /2 + z*g) το ισοδύναμο έργο ανά μονάδα μάζας ρέοντος ρευστού των ρευμάτων εισόδου (1) και εξόδου (2)  Ο όρος (1 – T 0 / T)*δQ το μέγιστο έργο που μπορεί να δώσει η θερμότητα δQ θερμοκρασίας T  Ο όρος T 0 *δS παριστάνει την απώλεια σε διαθέσιμο έργο που οφείλεται στην αναντιστρεπτότητα της διεργασίας Ενέργεια & Θερμοδυναμική Συσσώρευση εξέργειας Εξέργεια ρεύματος εισόδου Εξέργεια ρεύματος εξόδου ΈργοΙσοδύναμο έργο θερμότητας Απώλεια αναντιστρεπτότητας

5 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων  Αν δεχθούμε ότι η θερμότητα μεταφέρεται υπό σταθερή θερμοκρασία T και ότι έχουμε μόνιμη κατάσταση (οπότε δεν υπάρχει μεταβολή με το χρόνο στον όγκο ελέγχου και ο ρυθμός ροής μάζας είναι ο ίδιος στο ρεύμα εισόδου και εξόδου) η προηγούμενη σχέση μετά από ολοκλήρωση και διαίρεση με το m γίνεται  Όπου τα q, w, s g είναι αντίστοιχα η θερμότητα, το έργο και η παραγωγή εντροπίας ανά μονάδα μάζας ρέοντος ρευστού Ενέργεια & Θερμοδυναμική

6 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων  Ορίζουμε ως συνάρτηση διαθεσιμότητας ανοιχτού συστήματος την ιδιότητα  Η συνάρτηση διαθεσιμότητας ψ έχει την ίδια μορφή με τη συνάρτηση της ελεύθερης ενέργειας Gibbs με την διαφορά ότι αντί της θερμοκρασίας του συστήματος χρησιμοποιείται η θερμοκρασία περιβάλλοντος  Με αντικατάσταση στην προηγούμενη προκύπτει ότι το έργο ανοιχτού συστήματος σε μόνιμη κατάσταση δίδεται από την σχέση Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εξέργεια εισόδου – εξέργεια εξόδου Ισοδύναμο έργο από q Απώλειες αναντιστρεπτότητας

7 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων  Το μέγιστο έργο αντιστρεπτής διεργασίας αποδίδεται όταν s g = 0  Χωρίς εναλλαγή θερμότητας (q = 0) και αμελώντας την μεταβολή κινητικής και δυναμικής ενέργειας (οι μορφές αυτές δεν μας απασχολούν εδώ γιατί είναι πλήρως μετατρέψιμες σε έργο) οι παραπάνω σχέσεις γίνονται Ενέργεια & Θερμοδυναμική

8 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων  Το διαθέσιμο έργο (ή εξέργεια) ενός ρεύματος είναι το μέγιστο έργο που μπορεί να δώσει το ρεύμα αυτό έως ότου φθάσει σε ισορροπία με το περιβάλλον, δηλαδή όταν στην έξοδο έχει θερμοκρασία T 0 και πίεση p 0, οπότε προκύπτει  Όπου m η μαζική παροχή του ρεύματος (kg/s)  Το ψ αναφέρεται στις συνθήκες του συστήματος και το ψ 0 στις συνθήκες του περιβάλλοντος  Αμελώντας την επίδραση της κινητικής και δυναμικής ενέργειας η εξέργεια δίδεται από την σχέση  Η διαφορά ενθαλπίας H – H 0 είναι η θερμότητα που μπορεί να αποδώσει το ρεύμα έως ότου έρθει σε ισορροπία με το περιβάλλον  Η παράσταση στην παρένθεση παριστάνει το ποσοστό αυτής της θερμότητας που μπορεί να μετατραπεί σε έργο και παίρνει τιμές μεταξύ 0 - 1 Ενέργεια & Θερμοδυναμική

9 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Θερμοδοχείο σταθερής θερμοκρασίας  Η εξέργεια ενός ποσού θερμότητας που παραλαμβάνεται σε σταθερή θερμοκρασία T είναι σύμφωνα με τον κύκλο Carnot Ενέργεια & Θερμοδυναμική

10 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Θερμοδοχείο μεταβαλλόμενης θερμοκρασίας  Η εξέργεια ενός ποσού θερμότητας που παραλαμβάνεται από θερμοδοχείο του οποίου η θερμοκρασία ελαττώνεται καθώς χάνει θερμότητα (από T σε T 0 ) μπορεί να υπολογιστεί από μια σχέση αντίστοιχη με την προηγούμενη για θερμοδοχείο σταθερής θερμοκρασίας, αν το T αντικατασταθεί με την κατάλληλη μέση τιμή της θερμοκρασίας  Όταν δεν υπάρχει αλλαγή φάσης και p = p 0 με αντικατάσταση των Η σχέση για την εξέργεια παίρνει την μορφή Όπου T lm είναι η μέση λογαριθμική τιμή της θερμοκρασίας μεταξύ T και T 0 Ενέργεια & Θερμοδυναμική T σε Κ

11 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Θερμοδοχείο μεταβαλλόμενης θερμοκρασίας  Όπως εύκολα φαίνεται από την προηγούμενη σχέση, ο λόγος εξέργειας προς ενέργεια είναι συνάρτηση μόνο των θερμοκρασιών T και T 0  Ο λόγος αυτός λέγεται εξεργειακός συντελεστής (C δ = E δ / Q) και δείχνει το ποσοστό ενέργειας που είναι μετατρέψιμο σε έργο Ενέργεια & Θερμοδυναμική

12 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εξεργειακός συντελεστής θερμότητας, χωρίς αλλαγή φάσης (0 – 500°C) 75°C100°C 350°C350°C

13 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εξεργειακός συντελεστής θερμότητας, χωρίς αλλαγή φάσης (400 – 2400°C)

14 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική

15 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Εξεργειακός συντελεστής θερμότητας, χωρίς αλλαγή φάσης (0 – 500°C) Ενέργεια & Θερμοδυναμική

16 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Εξεργειακός συντελεστής θερμότητας, χωρίς αλλαγή φάσης (400 – 2400°C) Ενέργεια & Θερμοδυναμική

17 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εξεργειακός συντελεστής κορεσμένου ατμού

18 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Απώλειες λόγω αναντιστρεπτότητας  Οι απώλειες σε διαθέσιμο έργο μιας πραγματικής διεργασίας είναι η διαφορά του πραγματικού από το αντιστρεπτό έργο  Για σύστημα ροής σε μόνιμη κατάσταση (dS OE = 0 και m 1 = m 2 ) η παραγωγή εντροπίας είναι  Με αντικατάσταση στην παραπάνω σχέση υπολογίζεται η απώλεια σε διαθέσιμο έργο από την σχέση  Όπου s 2 – s 1 η διαφορά εντροπίας εισόδου – εξόδου  Οι παραπάνω σχέσεις αναφέρονται στη μονάδα μάζας ρέοντος ρευστού

19 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Απώλειες λόγω αναντιστρεπτότητας  Η συνολική απώλεια σε διαθέσιμη ενέργεια είναι  ή αν η θερμοκρασία μεταφέρεται υπό σταθερή θερμοκρασία  Ο όρος παριστάνει την αύξηση εντροπίας του συστήματος λόγω μεταφοράς θερμότητας από κάποιο άλλο σύστημα ή συστήματα  Αν η μεταφορά γίνει με αντιστρεπτό τρόπο συνεπάγεται αντίστοιχη ελάττωση της εντροπίας του ή των συστημάτων αυτών κατά

20 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Απώλειες λόγω αναντιστρεπτότητας  Επομένως, οι απώλειες σε διαθέσιμο έργο υπολογίζονται επίσης από την σχέση  Όπου το ΔS(συνολικό) είναι η συνολική μεταβολή εντροπίας του συστήματος και των όποιων άλλων συστημάτων ανταλλάσσουν με αυτό θερμότητα  Η προηγούμενη σχέση ισχύει και στην περίπτωση που η μεταφορά θερμότητας δεν γίνεται με αντιστρεπτό τρόπο  Στην περίπτωση αυτή υπολογίζεται η απώλεια σε διαθέσιμη ενέργεια του σύμπαντος, δηλαδή όχι μόνο του εξεταζόμενου συστήματος αλλά και των άλλων συστημάτων που ανταλλάσσουν θερμότητα  Για αδιάθερμη διεργασία (Q = 0) οι απώλειες σε διαθέσιμη ενέργεια υπολογίζονται μόνο από την μεταβολή εντροπίας του συστήματος

21 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Ισοζύγιο εξέργειας  Σε μια διεργασία με περισσότερα ρεύματα εισόδου και εξόδου το ισοζύγιο εξέργειας γίνεται  Όπου το E δ,i = (c + u 2 /2 + z*g) i *m i είναι η εξέργεια του κάθε ρεύματος που εισρέει ή εκρέει στη μονάδα του χρόνου και Q, W, S g ο ρυθμός με τον οποίο προσδίδεται θερμότητα, παράγεται έργο ή παράγεται εντροπία αντίστοιχα (kJ/s)  Η προηγούμενη σχέση είναι το ισοζύγιο εξέργειας διεργασιών που γίνονται σε ανοιχτό σύστημα και μόνιμη κατάσταση  Οι απώλειες σε εξέργεια μιας διεργασίας μπορούν να υπολογιστούν από τη διαφορά εξέργειας των ρευμάτων εισόδου και εξόδου

22 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Κλειστό σύστημα  Στην βιομηχανία σπάνια έχουμε να αντιμετωπίσουμε διεργασίες που γίνονται σε κλειστό σύστημα δηλαδή διεργασίες όπου δεν υπάρχει εισροή ή εκροή υλικών  Σε ένα κλειστό σύστημα το έργο που λαμβάνεται ως έργο εκτόνωσης δεν είναι όλο ωφέλιμο. Ένα μέρος πρέπει να ανακυκλωθεί για να υπερνικηθεί η ατμοσφαιρική πίεση. Έτσι αν το περιβάλλον έχει πίεση p 0, σύμφωνα με το 1 ο Θερμοδυναμικό αξίωμα  Σύμφωνα με το 2 ο Θερμοδυναμικό αξίωμα

23 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Κλειστό σύστημα  Πολλαπλασιάζοντας την σχέση του 1 ου Θερμοδυναμικού αξιώματος με T0 και αφαιρώντας την από αυτή του 2 ου Θερμοδυναμικού αξιώματος προκύπτει η σχέση του ισοδύναμου μηχανικού έργου για κλειστό σύστημα ή μετά από ολοκλήρωση για σταθερό T και επίλυση ως προς W ωφ :

24 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Κλειστό σύστημα  Το μέγιστο (αντιστρεπτό) ωφέλιμο έργο που μπορεί να δώσει ένα κλειστό σύστημα που ανταλλάσσει θερμότητα Q με το περιβάλλον του είναι (S g = 0):  Ορίζουμε ως συνάρτηση διαθεσιμότητας κλειστού συστήματος:W ωφ :  Οπότε το μέγιστο ωφέλιμο έργο δίδεται από την σχέση:

25 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Κλειστό σύστημα  Το διαθέσιμο έργο ενός κλειστού συστήματος, δηλαδή το μέγιστο ωφέλιμο έργο που μπορούμε να πάρουμε έως ότου το σύστημα έρθει σε ισορροπία με το περιβάλλον του είναι  Όπου το φ αναφέρεται στις συνθήκες (p, T) του συστήματος και το φ0 στις συνθήκες (p 0, T 0 ) του περιβάλλοντος  Η απώλεια σε διαθέσιμο έργο υπολογίζεται από την σχέση  Όπου ΔS (συνολικό) παριστάνει το άθροισμα των εντροπικών μεταβολών του συστήματος και όλων των άλλων συστημάτων που ανταλλάσσουν με αυτό θερμότητα  Οι απώλειες σε διαθέσιμο έργο κλειστού συστήματος υπολογίζονται επίσης από την σχέση

26 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Ανακεφαλαίωση  Η ενέργεια που χρησιμοποιείται σε μια διεργασία δεν χάνεται αλλά υποβαθμίζεται, δηλαδή, χάνει την δυνατότητα που έχει να προκαλεί αλλαγή  Η εξοικονόμηση ενέργειας συνδέεται με την προσπάθεια ελαχιστοποίησης της υποβάθμισης της ενέργειας  Η δυνατότητα της ενέργειας να προκαλεί μια αλλαγή προσδιορίζεται από το μέγιστο έργο που μπορεί να δώσει  Το μέγιστο έργο που μπορούμε να παραλάβουμε από ένα σύστημα έως ότου αυτό έρθει σε ισορροπία με το περιβάλλον ονομάζεται εξέργεια ή διαθέσιμο έργο και μπορεί να υπολογιστεί ως συνάρτηση των ιδιοτήτων του συστήματος και του περιβάλλοντος  Με όμοιο τρόπο προσδιορίζεται το μέγιστο έργο που μπορούμε να πάρουμε από μια αυθόρμητη διεργασία ή το ελάχιστο έργο που πρέπει να δώσουμε για να πετύχουμε μια διεργασία που δεν γίνεται αυθόρμητα

27 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Ανακεφαλαίωση  Οι απώλειες σε διαθέσιμο έργο μιας αναντίστρεπτης διεργασίας μπορούν να υπολογιστούν από την συνολική μεταβολή εντροπίας συστήματος και περιβάλλοντος  Εναλλακτικά υπολογίζεται για ανοιχτό σύστημα από την διαφορά σε διαθέσιμο έργο της αρχικής και τελικής κατάστασης

28 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εφαρμογή των ισοζυγίων ενέργειας και εξέργειας σε προβλήματα εξοικονόμησης ενέργειας  Το ισοζύγιο ενέργειας μιας διεργασίας βοηθά στον εντοπισμό των απωλειών ενέργειας όπως απώλειες θερμότητας λόγω κακής μόνωσης ή απώλειες με τα καυσαέρια που βγαίνουν από την καμινάδα  Αποτελεί το πρώτο βήμα για την ενεργειακή ανάλυση μιας διεργασίας, ώστε να επισημανθούν τα σημεία όπου υπάρχει πρόβλημα και να αναζητηθούν τρόποι βελτίωσης της απόδοσης  Ακολούθως πρέπει να αξιολογηθούν τεχνικο-οικονομικά οι δυνατές παρεμβάσεις και να κριθεί η σκοπιμότητα της λήψης μέτρων  Το ενεργειακό ισοζύγιο αναφέρεται στις ποσότητες ενέργειας χωρίς να λαμβάνει υπόψη την ποιότητα της ενέργειας

29 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Εφαρμογή των ισοζυγίων ενέργειας και εξέργειας σε προβλήματα εξοικονόμησης ενέργειας  Εκτός όμως από τις εμφανείς απώλειες που προκύπτουν από το ενεργειακό ισοζύγιο, υπάρχουν και οι αφανείς απώλειες που οφείλονται στην αναντιστρεπτότητα των διεργασιών, στην ποιοτική δηλαδή υποβάθμιση της ενέργειας  Οι απώλειες αυτές γίνονται φανερές από το εξεργειακό ισοζύγιο  Ο εντοπισμός των σημείων όπου υπάρχει αναντιστρεπτότητα δεν σημαίνει βεβαίως ότι είναι πάντα εφικτή η βελτίωση της εξεργειακής απόδοσης της διεργασίας  Στις περισσότερες περιπτώσεις για τη βελτίωση της εξεργειακής απόδοσης απαιτούνται πολύ πιο δραστικές επεμβάσεις απ’ ότι για τον περιορισμό των ενεργειακών απωλειών  Πχ. είναι γνωστό ότι η απόσταξη είναι μια διεργασία με πολύ χαμηλό εξεργειακό βαθμό απόδοσης, εντούτοις χρησιμοποιείται ευρύτατα επειδή δεν έχουν αναπτυχθεί σε ικανοποιητικό βαθμό άλλες εναλλακτικές διεργασίες διαχωρισμού

30 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Θέρμανση με ηλεκτρική ενέργεια Ενέργεια & Θερμοδυναμική ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

31 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Θέρμανση με ατμό Ενέργεια & Θερμοδυναμική

32 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική Η παραπάνω ανάλυση μπορεί να μας καθοδηγήσει στην αναζήτηση τρόπων βελτίωσης της απόδοσης (α)Βελτίωση του βαθμού απόδοσης με ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας  Για την βελτίωση του ενεργειακού βαθμού απόδοσης θα πρέπει να αναζητηθούν χρήσεις που μπορούν να ικανοποιηθούν από ενέργεια χαμηλής ποιότητας όπου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί η ενέργεια των καυσαερίων ή/και του συμπυκνώματος  Παρόλο που η εξέργεια αυτών των ρευμάτων είναι πολύ χαμηλή θα μπορούσαν να υποκαταστήσουν ενέργεια υψηλής ποιότητας  Η χρησιμοποίηση πχ. των καυσαερίων για την προθέρμανση του αέρα καύσης του λέβητα είναι μια κλασσική μέθοδος εξοικονόμησης όπου μια μονάδα ενέργειας χαμηλής ποιότητας υποκαθιστά μια μονάδα ενέργειας υψηλής ποιότητας (καύσιμο)

33 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική (β)Βελτίωση του εξεργειακού βαθμού απόδοσης (1/2)  Όπως φάνηκε από την προηγούμενη ανάλυση το ~75% της εξέργειας του καυσίμου χάνεται λόγω της αναντιστρεπτότητας των διεργασιών καύσης και μεταφοράς θερμότητας που γίνονται στον λέβητα  Για να περιοριστεί ο υποβιβασμός της ενέργειας θα μπορούσε το καύσιμο να χρησιμοποιηθεί πρώτα σε μια διεργασία που απαιτεί ενέργεια υψηλής ποιότητας (πχ. για θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία ή παραγωγή έργου). Η ενέργεια που απορρίπτεται στην πρώτη διεργασία χρησιμοποιείται στη συνέχεια σε δεύτερη φάση σε μια διεργασία που δεν απαιτεί υψηλή ποιότητα ενέργειας για θέρμανση πχ. σε χαμηλή θερμοκρασία  Επιδιώκεται δηλαδή πολλαπλή, διαδοχική, χρήση της ενέργειας με στόχο την ελαχιστοποίηση της υποβάθμισης σε κάθε χρήση  Η ευρύτερα εφαρμοζόμενη σήμερα μέθοδος βελτίωσης της εξεργειακής απόδοσης των συστημάτων καύσης είναι η μέθοδος της συμπαραγωγής  Η ενέργεια του καυσίμου δηλαδή χρησιμοποιείται σε πρώτη φάση για την παραγωγή έργου, ενώ η θερμική ενέργεια που απορρίπτεται από τον κύκλο ισχύος χρησιμοποιείται για την κάλυψη των θερμικών αναγκών

34 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική (β)Βελτίωση του εξεργειακού βαθμού απόδοσης (2/2)  Στο παράδειγμα η διεργασία δεν απαιτούσε ενέργεια υψηλής ποιότητας, έτσι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αεριοστρόβιλος ή ατμοστρόβιλος για την παραγωγή έργου και η απορριπτόμενη θερμότητα, δηλαδή τα καυσαέρια του αεριοστροβίλου ή ο ατμός χαμηλής πίεσης από την έξοδο του ατμοστροβίλου να χρησιμοποιηθεί για να θερμάνει το ρεύμα του υγρού από τους 25°C στους 27°C  Επισημαίνεται ότι μια λύση που φαίνεται ενεργειακά βέλτιστη δεν είναι κατ’ ανάγκη αποδεκτή με βάση οικονομικά ή άλλα κριτήρια. Πχ. Είναι πρόδηλο ότι είναι ασύμφορη η θέρμανση με ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιείται όμως, συχνά, γιατί έχει άλλα χαρακτηριστικά ιδιαίτερα επιθυμητά χαρακτηριστικά σε ορισμένες εφαρμογές, όπως μικρό κόστος εγκαταστάσεων, μικρός όγκος, καθαρότητα, χαμηλά έξοδα συντήρησης ευχέρεια στη ρύθμιση κλπ.

35 Μεθοδολογίες Εξοικονόμησης Ενέργειας & Βελτιστοποίησης Βιομηχανικών Συστημάτων Ενέργεια & Θερμοδυναμική