Villanyszerelők Lapja

Az ipari folyamatok villamosításában rejlő lehetőségek az Európai Unióban

A hevítés

| |  3342 | |

Az ipari folyamatok villamosításában rejlő lehetőségek az Európai Unióban

A hevítés folyamatának villamosítása az ipar dekarbonizációjának attraktív lehetősége, és jelentősen megváltoztathatja a villamos energia ipari felhasználását egy olyan világban, ahol a szén-dioxid-kibocsátás korlátozva van.

A piackész villamos hevítési technológiák, mint az indukciós, ellenállás, infravörös, elektromos ív, rádiófrekvencia és a mikrohullám már napjainkban rendelkezésre állnak, az ígéretes, innovatív technológiák, mint a lézer, elektronsugaras és a plazmasugaras hevítés pedig az ajtón kopogtatnak, de még esetleges további fejlesztést igényelhetnek.

Ugyan sokféle villamos fűtési folyamat létezik, de a vezető technológiák (ellenállás, indukció és infravörös) jelenleg az alkalmazások 80%-át fedik le. (forrás: DecarbEurope)

Miért villamosítsuk a hevítést?

Az villamos hevítési technológiák közvetlenül a célanyagban generálják a hőt ezáltal az elektromagnetikus jelenséget mikroszinten használják. Ezen a szinten a termodinamikát nem lehet alkalmazni, mivel a hő helyi generálásáról beszélünk annak átvitele helyett, és ez teszi a villamos hevítést nagyon hatékonnyá. Még néhány nemfémes anyag, mint pl. a gumi és az üveg is hatékonyabban hevíthető villamos energiával.

A hagyományos (fosszilis) fűtéssel összehasonlítva, a az ipari folyamatok villamos hevítése 1,5 és 8 közötti faktorral csökkenti a végső energiaigényt, de a felére, harmadára való csökkenés a legáltalánosabb, különösen, ha figyelembe veszük a csökkenő oxidációs veszteségeket a villamos kemencékben.

Ezen felül, ezek a technológiák további előnyöket is biztosítanak, például növekvő termelékenység, javuló termékminőség, és jobb munkakörülmények, többek között. A villamos hevítés gyorsan eléri a magas hőmérsékletet: pl. a 2000 °C értéket két másodperc alatt, és ez a hő rendkívül lokálisan alkalmazható, pl. a felületi keménység növelésére, ami hozzáadott értéket növel a gyártási folyamatban. Ezek a technológiák megkönnyítik a teljesen automatizált termelés terjedését, megfelelve ezzel az ipar 4.0 kihívásainak és csökkentve a gépek méretét a termelési folyamatban.

Az ipari folyamatok hőtermelésének villamosítása olyan előnyökkel rendelkezik, amelyek túlmutatnak az energiahatékonyság és a dekarbonizáció jelentette potenciálon. (forrás: University of Hannover)

A termelési folyamaton kívüli előnyök

Rendszerszinten a villamos hevítés előmozdítja az igény oldali választ, lehetővé teszi az ipar aktívabb részvételét az energiapiacon, csökkenti az energiaköltségeket, ugyanakkor a megújulók mélyebb rendszerintegrációját is segíti.

A villamosítás a körkörös gazdaság szempontjainak is jobban megfelel, hiszen csökkenti az oxidáció miatti anyagveszteségeket a kemencékben. 2-4% között van a tipikus veszteség a fosszilis tüzelésű kemencékben, míg a villamos hevítés alkalmazása esetén ez 1% alatt marad. A százalékbeli különbség kicsinek tűnik, de a veszteség jelentős lehet, ha a hőfolyamatokban érintett anyagok teljes élettartam alatti környezeti hatását vizsgáljuk.

Példaként említhetjük, hogy egy spanyol kerámiacserép gyártó 75%-os végső energiamegtakarítást ért el azzal, hogy indukciós hevítésre váltott, ráadásul a fűtési folyamat négy óráról egy órára csökkent, jelentősen növelve a termelékenységet. Az Egyesült Királyságban egy italgyártó éves szintes 10 000 angol font energiaköltséget takarított meg miután infravörös technológiára váltott, sőt, az új kemence helyet takarított meg, ahová egy közös öblítő szalagot helyezhettek a gyümölcslevek és a szénsavas italok részére.

Műszaki potenciál

A villamos hevítés a technológiák széles körét kínálja, melyek az ipar legkülönbözőbb ágazataiban alkalmazhatók. Egyes technológiák széles körben, több szektorban, míg mások, pl. az indukciós olvasztás és az ívkemencék korlátozottabban alkalmazhatók, amint azt az alábbi táblázat összefoglalja:

8 villamos hevítési technológia alkalmazási mátrixa 24 ipari szektorban (forrás: EPRI)

Ez azt mutatja, hogy a villamosítás esősorban a nagy hozzáadott értékű fémalkatrészek, gumi és műanyagok gyártása során alkalmazható.

Európai energiapotenciál

Napjainkban az ipar éves fosszilis energiafelhasználása az EU-ban 150 Mtoe (millió tonna olajegyenérték) körül van. Az Európai Réz Intézet és az EPRI friss tanulmánya szerint hat villamos hevítési technológia villamosítási potenciálja az ipar fosszilis energiafelhasználásának mintegy harmadára tehető, ez tehát évente 51 Mtoe fosszilis fűtőanyag technikai megtakarítási potenciált jelent. Ha figyelembe vesszük a fentiek szerinti energiahatékonysági javulást, egy ilyen fűtőanyagváltás 252 TWh/év új villamosenergia-igényt jelent, ami egy teljesen dekarbonizált villamos energiarendszer esetén 107 millió tonna CO2 egyenértékű üvegházhatású gáz kibocsátás csökkenést jelent.

A tanulmányban vizsgált hat villamos hevítési technológia főleg a magas hőmérsékletű folyamatok dekarbonizációját célozta, ahol a szénmentes alternatívák lehetősége korlátozott. A fosszilis energiát használó maradék alkalmazások alacsony hőmérsékletűek, mint pl. a gőzképzés, ahol több alternatíva is van. Az ilyen folyamatok 120 °C és 260 °C közötti hőmérsékletet igényelnek, és itt a hőszivattyú vagy a napkollektoros technológia is gyakran megfelelő opció lehet.

Következtetés: a villamosítás szabályozási keretei

Kijelenthetjük, hogy az ipari folyamatok villamosítása előnyök sorát biztosítja az EU ipara számára. A törekvés megfelel az EU Tiszta Energia Csomag programja követelményeinek is.

Ahhoz, hogy a benne rejlő lehetőségeket kihasználjuk, a villamosítás helyet kell kapjon az EU különböző szabályozási eszközeiben, ösztönözni kell az innovatív folyamatok fejlesztését, és növelni kell a villamos hevítési folyamatok ismertségét. Az alábbi hét pont képezheti a villamosítás szabályozási keretének alapjait:

  1. Elismerni a hevítési folyamatok villamosítását, amely megújuló energián alapszik, az EU Fűtés & Hűtés Stratégiájának keretein belül.
  2. Hozzájárulás az energiamegtakarításokhoz az Energiahatékonysági Direktíva keretein belül.
  3. Kapjon határozott fókuszt a Megújuló Energia Direktívában a fosszilis tüzelőanyagok megújuló villamos energiával való kiváltása a magas hőmérsékletű ipari folyamatok terén.
  4. Legyen definiálva a hevítés villamosításának iránymutatása a legjobb rendelkezésre álló technológiák (BAT) referencia dokumentumai között.
  5. Ösztönözni az innovatív villamosítási technológiák kutatását és fejlesztését.
  6. Támogatni a tudásmegosztást kompetencia hálózat létrehozásával.
  7. Bemutatni a legújabb technológiák potenciálját kísérleti és bemutató projekteken keresztül.

EnergetikaEnergiahatékonyságVillamosságZöld energia

Kapcsolódó