エネルギーリサイクル

エネルギーリサイクルとは、通常は廃棄されるはずのエネルギーを電気や熱エネルギーに変換して利用するエネルギー回収プロセスである。製造施設、発電所、病院や大学などの大規模施設で実施され、効率が大幅に向上し、エネルギーコストと温室効果ガス汚染を同時に削減する。このプロセスは、地球温暖化を収益性高く緩和する可能性があることで知られている。^{[1] [2]この作業は通常、}熱電併給（コジェネレーションとも呼ばれる）または廃熱回収の形で行われる。

廃熱回収は、通常製造施設で排出される余分な熱を捕捉し、それを電気と蒸気に変換するか、加熱された空気、水、グリコール、または油の形で製造プロセスにエネルギーを戻すプロセスです。「廃熱回収ボイラー」には、熱が放出される領域全体に配置された一連の水で満たされたチューブが含まれています。高温の熱がボイラーに当たると蒸気が生成され、次にタービンが回転して電気を生成します。このプロセスは他の燃焼ボイラーと似ていますが、この場合、廃熱が従来の炎に取って代わります。このプロセスでは化石燃料は使用されません。金属、ガラス、パルプと紙、シリコン、およびその他の製造工場は、廃熱回収が効果的である典型的な場所です。^[1]

熱電併給発電（CHP）は、コジェネレーションとも呼ばれ、米国環境保護庁によると、「単一の燃料源から電気と熱エネルギーを生成する効率的でクリーンで信頼性の高いアプローチです。施設の熱および電気のベース負荷を満たすように設計されたCHPシステムを設置することで、CHPは施設の運用効率を大幅に向上させ、エネルギーコストを削減できます。同時に、CHPは地球温暖化の一因となる温室効果ガスの排出を削減します。」CHPプラントでオンサイトで電気が生成される場合、余剰熱は処理された熱と追加の電力の両方を生成するためにリサイクルされます。^{[3] [4]}

空調からの廃熱回収は、チラープラントから大気中に熱を放出する代わりにも使用されます。チラープラントから夏に回収された熱は地中のサーマルバンク^[5]に蓄えられ、冬にはヒートポンプを介して同じ建物にリサイクルされ、化石燃料を燃やさずに暖房を提供します。この優れたアプローチは、夏の熱を冬にリサイクルすることで、どちらの季節で​​もエネルギーと炭素を節約します。

一部の企業は、HVACコンデンサーユニットに取り付けて、コンデンサーが空気中に排出する廃熱を集め、給湯器などの熱発生装置を加熱する製品を提供しています。これらの装置は熱回収ユニット（HRU）と呼ばれます。住宅用途では、HotSpot Energy熱回収ユニット^[6]またはLG熱回収ユニット^{[7]が利用可能です。}

産業用途では、これらのユニットは通常、廃熱回収ユニット(WHRU) と呼ばれます。

ヒートポンプと熱エネルギー貯蔵は、温度が低すぎて使用できない、またはエネルギーが利用可能になってから必要な時までに時間差があるために、通常はアクセスできないエネルギーのリサイクルを可能にする技術クラスです。ヒートポンプは、利用可能な再生可能熱エネルギーの温度を高める一方で、低品質のソース（海水、湖水、地面、空気、またはプロセスからの廃熱など）から追加のエネルギーを抽出するために電力（場合によっては機械的または熱的エネルギー）を活用するという追加の特性を持っています。現在、冷媒調整ヒートポンプモジュールによる多段階熱リサイクルを使用して COP 5と9の間の効率レベルにある産業用ヒートポンプ^{[8]を含む、産業の完全}電化に向けた革新の取り組みが進行中です。

蓄熱技術により、熱や冷気を数時間または一晩から季節外れまでさまざまな期間蓄えることができ、顕熱（媒体の温度を変えることによって）または潜熱（水と泥水または氷などの媒体の相変化によって）の蓄えを伴うことがあります。短期蓄熱は、地域暖房または電気配電システムのピークカットに使用できます。利用できる再生可能または代替エネルギー源の種類には、自然エネルギー（太陽熱コレクターまたは冬の冷気を集めるために使用される乾式冷却塔を介して収集されたものなど）、廃エネルギー（HVAC機器、産業プロセス、または発電所からのものなど）、または余剰エネルギー（季節的に水力発電プロジェクトから、または断続的に風力発電所からのものなど）が含まれます。ドレイクランディングソーラーコミュニティ（カナダ、アルバータ州）がその好例です。ボアホール熱エネルギー貯蔵により、コミュニティは年間を通じて熱の97％をガレージの屋根の太陽熱コレクターから得ており、熱のほとんどは夏に収集されています。^{[9] [10]} 顕熱エネルギー貯蔵装置の種類には、断熱タンク、砂利から岩盤までの基質内のボーリング孔クラスター、深い帯水層、または上部が断熱された浅いライニングピットなどがあります。貯蔵装置の種類によっては、季節の変わり目の間に熱や冷気を貯蔵することができ（特に非常に大きい場合）、貯蔵アプリケーションによってはヒートポンプを組み込む必要があります。潜熱は通常、氷タンクまたは相変化材料（PCM）と呼ばれるものに貯蔵されます。

廃熱回収とCHPはどちらも「分散型」エネルギー生産を構成しており、これは地域の電力会社が運営する大規模発電所で生成される従来の「集中型」電力とは対照的です。^[4] 「集中型」システムの平均効率は34％で、1単位の電力を生成するのに約3単位の燃料が必要です。^[11] 熱と電力の両方を回収することで、CHPと廃熱回収プロジェクトはより高い効率を実現します。

2007年のエネルギー省の調査では、米国には135,000メガワットのCHPの潜在能力があることが判明し^[12]、ローレンス・バークレー国立研究所の調査では、CHPを除いて、産業廃棄物エネルギーから約64,000メガワットを得られることが特定されました。^[13] これらの研究は、米国の総電力容量の約200,000メガワット、つまり20％がエネルギーリサイクルから得られる可能性があることを示唆しています。したがって、エネルギーリサイクルの広範な使用により、地球温暖化ガスの排出量を推定20％削減できます。^[14] 実際、2005年の時点で、米国の温室効果ガス汚染の約42％は電力生産に起因し、27％は熱生産に起因していました。^{[15] [16]}

支持者たちは、リサイクルエネルギーは現在使用されている他のほとんどのエネルギーオプションよりもコストが安く、排出量も少ないと主張している。^[17]

現在、RecyclingEnergy Int. Corp.は、熱回収換気、潜熱熱ポンプ、CHCPにおいてリサイクルエネルギーを活用しています。 ^[18]

おそらく、エネルギーリサイクルの現代的な最初の利用はトーマス・エジソンによって行われた。1882年に彼が建設したパールストリート発電所は世界初の商用発電所であり、電気と熱エネルギーの両方を生産し、廃熱を利用して近隣の建物を暖めた熱電併給発電所だった。^[19]リサイクルにより、エジソンの発電所は約50パーセントの効率を達成した。

1900年代初頭までに、地方の電力会社が管理する集中型発電所の建設を通じて農村部の電化を促進するための規制が生まれました。これらの規制は、田舎全体の電化を促進しただけでなく、CHPなどの分散型発電を阻害しました。非公益事業会社が電力を販売することを違法にするまでに至りました。^[20]

1978年までに、議会は中央発電所の効率が停滞していることを認識し、公益事業規制政策法（PURPA）で効率の改善を促し、公益事業会社が他のエネルギー生産者から電力を購入することを奨励しました。CHPプラントは急増し、すぐに米国の全エネルギーの約8％を生産するようになりました^[21] しかし、この法案は各州の実施と施行に委ねられており、多くの地域ではほとんど何も行われませんでした。

2008年にリサイクルエネルギー開発の会長トム・カステンは「現在産業界が捨てている熱を利用して、米国の電力の約19～20％を生成できると考えている」と述べた。 ^[22]

米国以外では、エネルギーのリサイクルはより一般的です。デンマークはおそらく最も活発なエネルギーリサイクル国であり、エネルギーの約55％をコージェネレーションと廃熱回収から得ています。ドイツ、ロシア、インドを含む他の大国も、分散型エネルギー源からより高い割合のエネルギーを得ています。^{[21] [22]}

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