Αξιοποίηση Απορριπτόμενης Θερμότητας μέσω Τεχνολογίας ORC: Κύρια Συμπεράσματα του TEHAG White Paper του KCOR

Το KCORC (Knowledge Center on Organic Rankine Cycle Technology) δημοσίευσε πρόσφατα τη 2^η έκδοση του Thermal Energy Harvesting Advocacy Group (TEHAG) White Paper, η οποία επιχειρεί να αναδείξει τον ρόλο της απορριπτόμενης θερμότητας (waste heat) ως έναν από τους πλέον ανεκμετάλλευτους και τεχνικά ώριμους ενεργειακούς πόρους στην Ευρώπη, με δυνατότητες ηλεκτροπαραγωγής μηδενικού ανθρακικού αποτυπώματος μέσω της τεχνολογίας Οργανικού Κύκλου Rankine - Organic Rankine Cycle (ORC).

Ο Τίτλος του δοκιμίου (White Paper) είναι: Thermal Energy Harvesting. The Path to Tapping into a Large CO2-free European Power Source – Version 2.-

Η ευρωπαϊκή βιομηχανία απορρίπτει ετησίως πολύ υψηλές ποσότητες θερμότητας κυρίως με τη μορφή καυσαερίων χαμηλής και μέσης θερμοκρασιακής στάθμης (70–300 °C), οι οποίες μπορούν να αξιοποιηθούν μέσω συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής με χρήση του θερμοδυναμικού κύκλου ORC. Με έναν πρώτο υπολογισμό που πραγματοποιήθηκε από το KCORC, η ετήσια ηλεκτρική ενέργεια που θα μπορούσε να παραχθεί από ένα μόνο μέρος της απορριπτόμενης θερμότητας της βιομηχανίας στην Ευρώπη θα είναι 150 TWh_e. Η τεχνολογία ORC έχει τις ίδιες αρχές λειτουργίας με την τεχνολογία συστημάτων Rankine νερού-ατμού που υλοποιείται σε συμβατικούς θερμικούς σταθμούς στερεών καυσίμων, ωστόσο διαφοροποιείται σε ό,τι αφορά στη χρήση οργανικών ρευστών ως εργαζόμενων μέσων (χαμηλού περιβαλλοντικού αντίκτυπου), τα οποία είναι καταλληλότερα για χαμηλές θερμοκρασίες λειτουργίας και κλίμακες ισχύος σε σχέση με το νερό.

Τα βασικά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας ORC είναι:

• Υψηλή απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες λόγω των κατάλληλων θερμοφυσικών ιδιοτήτων των οργανικών ρευστών.
• Ευελιξία διαστασιολόγησης, με σπονδυλωτές (modular) εμπορικές λύσεις από <100 kW_el έως >10 MW_el.
• Απλοποίηση συστημάτων, καθώς το οργανικό ρευστό επιτρέπει χαμηλότερες πιέσεις λειτουργίας.
• Υψηλός συντελεστής διαθεσιμότητας χάρη σε μειωμένες ανάγκες συντήρησης, καθώς τα συστήματα ORC είναι κατάλληλα για απρόσκοπτη λειτουργία σε βιομηχανικό περιβάλλον.

Αξίζει να σημειωθεί πως τα συστήματα ORC μπορούν να ενσωματωθούν χωρίς ουσιώδεις τροποποιήσεις σε υπάρχουσες βιομηχανικές εγκαταστάσεις, γεγονός που μειώνει δραστικά τα εμπόδια υλοποίησής τους και επιτρέπει αξιοποίηση «ευκαιριακών» θερμικών πηγών.

Η έκθεση καταγράφει πλήθος εφαρμογών όπου η τεχνολογία ORC έχει αποδεδειγμένη βιομηχανική ωριμότητα:

• ενεργοβόρες βιομηχανίες (τσιμέντο, ασβέστης, χαλυβουργία, γυαλί),
• παραγωγή και συμπίεση αερίων (air compressors, PSA/VSA μονάδες),
• μονάδες αποτέφρωσης αποβλήτων
• διυλιστήρια, χημικές διεργασίες και βιοδιυλιστήρια
• συστήματα πρόωσης πλοίων και κινητήρες μεγάλης κλίμακας
• data centers και συστήματα τηλεθέρμανσης

Το κύριο εμπόδιο για την εμπορική διάδοση της τεχνολογίας είναι το γεγονός πως η ηλεκτροπαραγωγή από απορριπτόμενη θερμότητα δεν ταξινομείται ως "ανανεώσιμη" στο υπάρχον ευρωπαϊκό ρυθμιστικό πλαίσιο. Αυτό οδηγεί σε:

• απουσία οικονομικών κινήτρων
• μη ένταξη στα σχήματα υποστήριξης ΑΠΕ
• δυσκολία χρηματοδότησης έργων
• περιορισμένη διείσδυση της τεχνολογίας σε κλάδους υψηλής έντασης θερμότητας, παρά την τεχνική ωριμότητά της

Στο παραπάνω πλαίσιο, στην έκθεση προτείνεται η δημιουργία της ETIPoRc (European Technology & Innovation Platform on organic Rankine cycle), μιας ευρωπαϊκής τεχνολογικής πλατφόρμας με ρόλο αντίστοιχο άλλων κλάδων (π.χ. αιολική, φωτοβολταϊκά), ώστε να προωθηθεί η τεχνολογική ανάπτυξη, η χρηματοδότηση και η πολιτική υποστήριξη της τεχνολογίας.

Η ποσοτική και ποιοτική αξιολόγηση από το KCORC καταλήγει ότι η συστηματική αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας μπορεί να:

• μειώσει δραστικά την κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας στον ευρωπαϊκό βιομηχανικό τομέα
• συμβάλει άμεσα σε μείωση εκπομπών CO₂ χωρίς να απαιτούνται νέες ενεργειακές υποδομές
• ενισχύσει την ενεργειακή ευελιξία παρέχοντας κατανεμημένη, σταθερή και προβλέψιμη ηλεκτροπαραγωγή
• βελτιώσει την ενεργειακή αποδοτικότητα της βιομηχανίας, κάτι που συνδέεται άμεσα με την ανταγωνιστικότητά της
• μειώσει την εξάρτηση από εισαγόμενη ενέργεια, δεδομένου ότι η απορριπτόμενη θερμότητα βρίσκεται επιτόπου στις εγκαταστάσεις.

Η τεχνολογία ORC χαρακτηρίζεται από υψηλό capacity factor, κάτι που την διαφοροποιεί από τις κλασικές μεταβλητές ΑΠΕ, ενισχύοντας τη σταθερότητα των ηλεκτρικών συστημάτων.

Για την ελληνική πραγματικότητα, η ενσωμάτωση ORC συστημάτων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, δεδομένου ότι:

• μεγάλοι βιομηχανικοί τομείς (τσιμεντοβιομηχανία, διυλιστήρια, μεταλλουργία, τρόφιμα/ποτά) διαθέτουν πληθώρα πηγών απορριπτόμενης θερμότητας με κατάλληλα θερμοκρασιακά προφίλ
• η ναυτιλία προσφέρει ένα σημαντικό πεδίο εφαρμογής για ORC σε κύριες και βοηθητικές μηχανές
• το υψηλό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας καθιστά την αυτοπαραγωγή από απορριπτόμενη θερμότητα εξαιρετικά ελκυστική
• η χώρα αναζητά τεχνολογίες με άμεσο και μετρήσιμο περιβαλλοντικό όφελος.

Ως εκ τούτου, η υιοθέτηση ενός κατάλληλου ρυθμιστικού πλαισίου αποτελεί κρίσιμο βήμα για την αξιοποίηση ενός ενεργειακού δυναμικού που προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα χωρίς την ανάγκη προσθήκης νέων καυσίμων ή εκτεταμένων υποδομών.

_________

Ο Σωτήριος Καρέλλας είναι Καθηγητής ΕΜΠ, Μέλος του Thermal Energy Harvesting Advocacy Group και του Knowledge Center for ORC (www.KCORC.org)

Στο παρακάτω link μπορείτε να διαβάσετε ολόκληρο το White Paper:

www.kcorc.org/en/committees/thermal-energy-harvesting-advocacy-group/