دانلود مقاله ارائه راهکارهایی برای صرفه جویی در مصرف انرژی

بخشی از مقاله

ارائه راهكارهايي براي صرفه جويي در مصرف انرژي

چكيده
با توجه به افزايش مصرف انرژي، محدود بودن منابع طبيعي، حركت در راستاي طرح توسعه پايدار و حفظ محيط زيست بايستي تا حد امكان از هدر رفتن و تلف شدن انرژي جلوگيري شود. در اين تحقيق كارهايي كه بايستي در اين زمينه انجام بگيرد مورد بررسي قرار گرفته و نمونه‌هايي از كارهايي كه مي‌توان انجام داد به تفضيل ارائه شده‌اند. از جملة كارهاي علمي و كاربردي مي‌توان به موارد زير اشاره كرد: 1- استفاده از تكنولوژيهاي جديد و مواد اوليه بهتر و سازگار با محيط زيست. 2- استفاده بهينه از مواد و بازيابي آنها در صنايع مختلف. 3- بهينه‌سازي واحدهاي صنعتي و توليدي. 4- بالا نگهداشتن قيمت انرژي. 5- يافتن كاربردهاي جديد براي موادي كه به وفور يافت مي‌شوند و فعلاً كم مصرف هستند. 6- استفاده از انرژيهاي نو و تجديدپذير. 7- آموزش مصرف انرژي به افراد از طريق رسانه‌هاي ارتباط جمعي. 8- توسعه فرهنگ عامه مردم در جهت مصرف كمتر و بهينه از انرژي.
كلمات كليدي: صرفه‌جويي، مصرف انرژي، راهكارها، جديد، بهينه سازي، بالا بردن فرهنگ عامه.

مقدمه
كشور پهناور ايران داراي منابع و ذخاير بزرگ انرژي است. در حال حاضر تعداد 85 ميدان نفتي كشف شده در كشور وجود دارد. از لحاظ ذخاير گازي، ايران دومين مقام را در جهان دارد. ذخاير گازي باقيمانده در ايران در حدود 2616 تريليون متر مكعب مي‌باشد. منابع ديگر انرژي مثل ذغال سنگ و … نيز در كشور وجود دارد ]1[. با توجه به افزايش مصرف انرژي، محدود بودن منابع طبيعي، حركت در راستاي طرح توسعه پايدار و حفظ محيط زيست بايستي تا حدامكان از حدر رفتن و تلف شدن انرژي جلوگيري شود. براي اين منظور بايستي در زمينه استفاده بهينه از منابع انرژي در كشور قدمهايي برداشته شود.

واژه بهينه‌سازي ترجمه كلمه optimization است كه در رياضيات مفهوم خاص خود را دارد و در كشور ما نيز در زمينه هاي مختلف از جمله انرژي مورد استفاده قرار گرفته ‌است. بهينه‌سازي مصرف انرژي براي يك فرايند مي‌تواند به صورت موضعي (Local) و يا بصورت جامع (Global) براي يك سيستم كه متشكل از چندين فرايند است، انجام شود. بر اساس تئوري بهينه‌سازي، نتيجه بهينه‌سازي براي چندين فرايند به صورت جداگانه الزاما برابر با نتيجه بهينه‌سازي به صورت جامع نيست و بنابر تعريف، بهينه‌سازي به صورت جامع مي‌تواند در برگيرنده تركيبي از دو فرايند و يا چندين فرايند باشد. اعمال بهينه‌سازي بصورت جامع نياز به درك صحيح ديناميك انرژي ‌بري تجهيزات هر يك از فرايندها دارد و به مراتب پيچيده‌تر از به كارگيري روش بهينه سازي موضعي مي‌باشد. روشهاي كنترل كه بر اساس ديناميك انرژي بري و نظارت بر تمامي فرايندها كار مي‌كنند و يا تكنولوژيPinch كه مبتني بر اصل كاهش مصرف انرژي از طريق تركيب فرايندها و يا Process integration است، از جمله روشهاي بهينه سازي به صورت جامع هستند ]2[.

به غير از تقسيم‌بندي روشهاي بهينه‌سازي به موضعي و جامع، تقسيم‌بندي ديگري نيز وجود دارد كه بر اساس هزينه هاي لازم براي انجام بهينه‌سازي مي‌باشد و عبارتند از روشهاي با هزينه پايين يا بدون هزينه، روشهاي با هزينه متوسط و روشهاي با هزينه بالا. از روشهاي بدون هزينه مي توان به موارد زير اشاره كرد: انتخاب سوخت و يا حامل انرژي بهتر، تنظيم ساعات كاري، تنظيم نورپردازي، تنظيم دماي سيستم آبگرم، تنظيم فشار در سيستمهاي هواي فشرده و … ]2[.

در اين تحقيق كارهايي كه مي‌تواند در زمينه كاهش مصرف انرژي مفيد واقع شود در چند گروه دسته‌بندي شده و در هر مورد مثالهايي كه از روشهاي گفته‌ شده استفاده كرده‌اند و نتيجه مطلوب گرفته‌اند بيان شده ‌است.

پيشنهادات براي كاهش مصرف انرژي
كارهايي كه مي‌توان براي كاهش مصرف انرژي پيشنهاد داد به شرح زير مي‌باشند.
1- استفاده از تكنولوژيهاي جديد و مواد اوليه بهتر و سازگار با محيط زيست
يكي از مواردي كه باعث كاهش مصرف انرژي مي شود استفاده از تكنولوژيهاي جديد و مواد اوليه با كيفيت بالا مي‌باشد. اكثر واحدهايي كه در كشور وجود دارند قديمي بوده و نشتيهاي زيادي در قسمتهاي مختلف آنها وجود دارد يا راندمان آنها پايين است و بعضي وقتها كيفيت محصولات توليدي قابل قياس با مشابه‌هاي خارجي نيست. لذا بهتر است در مورد صنايع موجود در كشور بررسيهاي علمي و دقيق‌تر انجام گيرد تا واحدهايي كه انرژي بالايي مصرف مي‌كنند شناسايي شوند و در راه تغيير فرايند و كارهاي ديگر اقدام شود. از جمله كارهايي كه در كشورهاي مختلف در اين زمينه انجام شده‌است مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

1-1- استفاده از MDEA (متيل دي اتانل آمين) در صنايع پالايش گاز و شيرين‌سازي آن: در صورت استفاده از اين ماده، ظرفيت واحد بالا، انرژي مورد نياز كم و در نتيجه كاهش سرمايه‌گذاري را باعث مي‌شود. اين آمينها مي‌توانند تا غلظتهاي بالاي 50% مورد استفاد قرار گيرند ولي آمينهاي خيلي خورنده مثل MEA و DEA حداكثر تا غلظتهاي به ترتيب 15 و 30% مي‌توانند مورد استفاده قرار گيرند. آمينهاي بر پايه MDEA در غلظتهاي بالا فعاليت بيشتري براي حذف گازهاي اسيدي دارند. بنابراين هر گالن از محلول حجم بالايي از گاز را تصفيه خواهد كرد.

همچنين اپراتورها مي‌توانند جريان برگشتي را كم كنند و در نتيجه توان كمتري براي كار پمپها لازم است. همچنين در ريبويلر به خاطر اينكه انرژي كمتري براي شكستن پيوند بين آمين و گاز اسيدي لازم است، انرژي كمتر مصرف مي شود. انتخاب پذيري بالاي MDEA باعث صرفه‌جويي در مصرف انرژي مي‌شود و نيز به علت خاصيت خورندگي كم آن، طول عمر تجهيزات افزايش مي‌يابد و هزينه‌هاي نگهداري نيز كمتر مي شود. براي مثال واحدي را در نظر بگيريد كه از حلال MDEA براي تصفيه MM scfd 60 گاز طبيعي و حذف سولفيد هيدروژن تا كمتر از ppm 4 استفاده مي‌كند. در اين حالت 9 ميليون Btu بر ساعت انرژي مصرف مي شود. اگر از DEA استفاده شود براي تصفيه MM scfd 45 مقدار انرژي مصرفي 16 ميليون Btu بر ساعت خواهد بود. مشاهده مي شود كه در استفاده از MDEA، 33% گاز بيشتر با 56% انرژي كمتر تصفيه مي‌شود و در صورت تبديل واحد از DEA به MDEA، ظرفيت واحد از 75 به 90 افزايش مي‌يابد ]3[. خوشبختانه در پالايشگاه گاز در عسلويه نيز از اين ماده استفاده مي‌شود.

1-2- استفاده از لامپهاي گوگردي: كه در محيطهاي شهري و هم صنعتي كاربرد خوبي دارند و از لامپهاي فلورسنت روشنايي بيشتر و بازده بيشتري دارند. از جمله ايرادهاي اين محصولات، سمي بودن تركيبات گوگرد در اثر شكستن و آلوده كردن محيط زيست است. بنابراين آنها در يك محفظه شيشه‌اي محكم تعبيه شده‌اند ]4[.

1-3- استفاه از شيشه‌هاي دوجداره، پنجره‌هاي PVC و عايق كردن درز پنجره‌ها: عامل اتلاف گرما و سرما در منازل در زمستان و تابستان پنجره‌ها هستند كه محل تعبيه، تعداد و نوع آن مهم است. در اين زمينه مدل‌سازيهاي كامپيوتري و شبيه‌سازيهايي انجام شده‌است. جديدترين اين تحقيقات، تكنولوژي DOE-2.1E است كه مفيدترين شبيه‌سازي بوده است.

در اين زمينه همچنين مي‌توان به موارد زير اشاره كرد.
استفاده از ميكرو ويو براي گرم كردن مواد شيميايي كه علاوه بر كاهش مصرف انرژي، سازگار با محيط زيست نيز مي‌باشد ]5[.
توليد اتيلن گليكول و پروپيلن گليكول به روشي كه حداقل انرژي را مصرف مي كند. با استفاده از اين روش 32 تريليون بي‌تي‌يو انرژي صرفه‌جويي مي‌شود ]6[.
2- استفاده بهينه از مواد و بازيابي آنها در صنايع مختلف
در بيشتر صنايع كشور به خاطر ناقص انجام گرفتن واكنشها، قديمي بودن دستگاهها، تكنولوژيهاي قديمي و تخصصي نبودن مسئوليتها مواد با ارزش زيادي در پسابهاي واحدها وارد شده و دور ريخته مي‌شوند. در اين زمينه هم مي‌توان با انجام تحقيقات لازم اقدام به بازيابي اين مواد كرد. از كارهاي انجام گرفته در اين زمينه مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

2-1- بازيابي فلزات با ارزش از كاتاليزورهاي مستعمل: ساليانه مقدار زيادي از كاتاليزورهاي مورد استفاده در صنايع پالايشگاهي و پتروشيمي‌ها به صورت مستعمل انبار مي‌شوند كه داراي فلزات با ارزشي همچون پلاتين، كبالت، موليبدن و … مي‌باشند. اين فلزات قابل بازيابي بوده و بازيافت آنها از لحاظ اقتصادي نيز مقرون به صرفه است و با احداث واحدي مي‌توان اين كار را انجام داد. در كشورهاي مختلف شركتهايي وجود دارند كه به اين كار مشغول هستند ]7[.

2-2- بازيابي و استفاده مجدد متانول مصرفي: سالانه حدود 198 ميليون كيلوگرم متانول سمي در آمريكا توليد مي شود. براي مثال در واحد خالص‌سازي پروكسيد هيدروژن FMC توانسته‌اند با استفاده از روش تقطير بخار تا 90% متانول را از پساب بازيابي كنند. استفاده از اين روش باعث كاهش توليد پسابهاي حاوي متانول در حدود 2/2 ميليون پوند بر سال با كاهش مصرف انرژي در حدود 2/19 بيليون Btu بر سال شده‌ است. بعلاوه اين سيستم باعث شده است تا شركت FMC در هزينه عملياتي ساليانه‌اش 5/1 ميليون دلار صرفه‌جويي كند. شواهد نشان مي دهد كه در جاهاي ديگر نيز مي خواهند از اين تكنولوژي استفاده كنند ]8[.

2-3- مصرف بهينه مواد اوليه در صنايع كاغذسازي: معمولا براي ساخت يك تن كاغذ حدود 2 تا 5/3 تن درخت يا چوب مرغوب لازم است. صنايع كاغذسازي در جهان پنجمين مصرف كنده صنعتي انرژي هستند. آب نقش مهمي در صنايع كاغذسازي دارد و بطور عمده‌اي آب در اين صنعت مصرف مي‌شود كه خود باعث آلودگي آب و هوا مي شود. به همين دليل توليد كنندگان كاغذ در فكر راهي براي كاستن از انرژي مورد استفاد و آلودگي كمتر هستند.

3- بهينه‌سازي و مدل كردن واحدهاي صنعتي و افزودن تجهيزات اضافي
در اين زمينه مي‌توان با انجام تغييراتي در واحد و يا اضافه كردن تجهيزاتي و يا انجام كارهايي مثل شبيه‌سازي، مدل‌سازي و كنترل واحدها در مصرف كمتر انرژي، كيفيت بالاي محصولات و حداقل كردن هزينه‌ها قدم برداشت. در اغلب واحدهاي شيميايي كه واكنشهاي شيميايي صورت مي‌گيرد براي بهينه كردن انرژي بايد سعي شود كه واكنشها تا حد امكان در جهت كامل شدن پيش بروند و از ديگر پارامترها هم مديريت انرژي است كه با مشاهدات و كنترلهاي خود مي‌تواند فرايندهاي پيچيده صنعتي را در جهت بهينه شدن پيش ببرد (مثل انتخاب سيستم، پارامترهاي فرايند كه بايد نشان داده شوند، تجهيزات اندازه‌گيري كه بايد استفاده شوند و … ). پارامترهاي ديگري مثل برنامه كمكهاي مالي دولت از ديگر راهكارهاي بهينه‌سازي انرژي است. يك اصل كلي براي بهتر شدن كنترل فرايندها اين است كه كيفيت بايد بهتر شود. در 30 سال گذشته به دليل تمهيداتي كه در زمينه محيط زيست و همچنين بازدهي انرژي صورت گرفته، تقريبا مصرف انرژي نصف شده است. در زير به چند مورد از كارهاي انجام شده در اين زمينه اشاره مي‌شود:

3-1- بهينه‌سازي مصرف انرژي در برجهاي تقطير: در صنعت نفت، برج تقطير يا واحد تقطير يكي از كليدي‌ترين واحدهاي مصرف كننده انرژي است كه به وسيله شبيه‌سازيها و مدلهاي كامپيوتري مي‌توان مصرف انرژي را در اين بخش به حالت بهينه درآورد. امروزه كاهش مصرف انرژي در عمليات تقطير در كاهش قيمت تمام شده محصولات بيشتر موثر است ]9[. با توجه به روشهاي مختلف موجود مي‌توان كليه فعاليتها در اين رابطه را به سه گروه تقسيم‌بندي كرد.

الف- روشهايي كه سرمايه مورد نياز آنها كم است: مثل جريان برگشتي به برج، محل ورودي خوراك، بهبود در تعميرات و روشهاي تعميراتي، فشار داخل برج (فشار عامل مهمي است كه با توجه به دماي آب خنك كننده در دسترس جهت ميعان بخارات بالاسري انتخاب مي‌گردد. عمليات تقطير در فشارهاي پايين مطلوبتر است. پس در فصل زمستان و فصل باراني بعلت كاهش دماي محيط و افت دماي برج آب خنك كننده مي‌توان فشار برج را كاهش داد).
ب- روشهاي با سرمايه‌گذاري متوسط: مثل استفاده از روشهاي بازيافت اتلاف حرارتي، عايق كاري، جابجايي سيني‌ها با تجهيزات موثر مشابه ( آكنده هاي با كارايي بيشتر، با ارتفاع معادل كمتر و افت فشار كمتر).

ج- روشهاي با سرمايه‌گذاري بالا: اين روشها منجر به بازيافت انرژي زيادتري نسبت به دو مرحله قبل مي‌شوند كه از آن جمله مي‌توان به موارد زير اشاره كرد. بهينه‌سازي يا تعويض سيستم كنترل و ابزار دقيق، ميعان دو مرحله‌اي در بخش بالا سري ( در اين روش مرحله اول جهت حصول به ميعان كافي براي جريان برگردان انجام مي‌گيرد و مرحله دوم جهت خنك كردن و استصال محصول كافي مورد استفاده واقع مي‌شود).
3-2- اضافه كردن تجهيزاتي براي براي بازيابي انرژي: در بيشتر صنايع مي‌توان با افزودن تجهيزاتي انرژي قابل ملاحظه‌اي را بازيابي كرد كه از جمله‌ آنها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

3-2-1- استفاده از توربو اسكرابرها در خروجي دودكشهاي صنعتي: اين دستگاه به طور همزمان ذرات ريز را مي‌گيرد، گاز SO2 را جذب مي‌كند و حرارت گازهاي خروجي را بازيابي مي‌كند. اين سيستم شامل فيلتري است كه در حين عمل احتراق كه گازها به همراه دود در حال خارج شدن از دودكش هستند SO2 را جذب مي‌كند و گرماي آن را هم از طريق سنسورهاي گيرنده حساس گرما به قسمتهاي ديگر دستگاه كه نياز به انرژي گرمايي دارند، مي‌رساند ]10[.

3-2-2- استفاده از تكنولوژي HBT (Hydro Ball Technics) براي مبدلهاي لوله-پوسته: در مبدلهاي لوله-پوسته، در قسمتهاي مختلف خواه ناخواه مقداري انرژي گرمايي به هدر مي‌رود. تحقيقات نشان داده است كه هرچه ضخامت لوله‌ها بيشتر و درصد مكش هم بيشتر شود گرماي بيشتري در اين واحدها به هدر مي‌رود. پس هم بايد روي طراحي و هم استحكام و دوام اين قسمتها براي بهينه‌سازي انرژي دقت بالايي منظور شود. يكي ديگر از موارد، رسوب ناخالصيها درون لوله‌هاست كه اين خود سرعت انتقال گرما را كاهش مي‌دهد و ما مجبور هستيم انرژي بيشتري مصرف كرده و بازدهي كمتري داشته باشيم. در اين موارد هم اتلاف توان بيشتري داريم و هم زمان براي واكنش شيميايي و عمليات زيادتر از حد معمول مي‌شود. در تكنولوژي HBT توپهاي اسفنجي در درون لوله‌هاي كندانسور نصب مي‌شود تا ناخالصيهاي سيال در حال گردش را بگيرد و حكم يك فيلتر را دارد و از ته نشين شدن و رسوب اين مواد در بدنه داخلي لوله جلوگيري مي‌كند و بنابراين ريت حرارتي خوبي داريم و از هدر رفتن انرژي جلوگيري مي شود. اين مواد براحتي قابل جداسازي هستند و نصب و برداشتن آنها هم كار سختي نيست. از مزاياي اين تكنولوژي مي‌توان به اين موارد اشاره كرد: درصد بيشتر تبديل انرژي، بازده بيشتر تجهيرات عمل كننده، جلوگيري از خوردگي لوله‌هاي كندانسور، امكان ساختن كندانسورهايي با لوله هايي طويلتر در جريانهاي شيميايي.
ضمناً اين سيستم با كنترل PLC-GSM كار مي‌كند. در حين عمليات هيچ دستگاهي از كار نمي‌افتد. به هيچ پمپي نياز نيست و كمبود آب براي فرايند حس نمي شود ]11[.

3-2-3- بازيابي حرارت از گازهاي حاصل از دودكشها: براي اين منظور يك روش استفاده از مبدلهاي حرارتي است. اين مبدلها مستقيما در داخل دودكش بويلر قرار داده مي‌شوند و از انرژي حرارتي گازهاي حاصل از احتراق براي گرم كردن آب ورودي بويلر استفاده مي‌كنند و دماي آنرا از 180 درجه فارنهايت به 298 درجه مي‌رسانند و دوباره وارد ريبويلر مي‌كنند. شكل (1) انرژي بازيابي شده و صرفه‌جويي در مصرف ساليانه سوخت را نشان مي‌دهد. شكل (2) شماي كلي بويلر داراي قسمت بازيابي حرارت از گازهاي دودكش را نشان مي دهد. مبدل حرارتي در اين حالت economizer گفته مي‌شود. براي نصب اينها، لوله‌كشي، شيرها و تجهيزات كنترلي لازم است. economizer يك مبدل حرارتي گاز به مايع است ]12[.