廃熱

火力発電所の電気効率は、入力エネルギーと出力エネルギーの比率として定義されます。建物の暖房に熱出力が利用されない場合、通常はわずか 33% です。^{[ 10 ]}画像には冷却塔が示されており、これにより発電所は、熱差を他の形態のエネルギーに変換するために必要な温度差の低い側を維持することができます。環境に放出される廃棄または「廃熱」は、代わ​​りに有効に利用できます。

石油精製、製鉄、ガラス製造などの工業プロセスは、廃熱の主要な発生源である。^{[ 11 ]}

廃熱は蒸気製造において頻繁に回収される。多くの産業施設や発電システムでは、ガスタービン、内燃機関、工業炉、その他の熱プロセスからの高温排ガスには、熱交換によって蒸気を生成するのに十分な残留エネルギーが含まれている。廃熱ボイラーや排熱回収蒸気発生器（HRSG）などの装置は、排ガス流から水に熱エネルギーを伝達し、余剰燃料の燃焼なしに蒸気を生成する。^{[ 12 ]}

複合サイクル発電所では、ガスタービンからの排熱は熱回収ボイラーに送られ、そこで発生した蒸気が二次蒸気タービンを駆動し、発電所全体の効率を高めます。同様のシステムは、船舶推進、製油所、化学プラント、製鉄所などでも使用されており、排ガスボイラーが廃熱をプロセス蒸気に変換します。

回収された蒸気は、発電、工業プロセス、地域暖房、その他の熱利用用途に利用できます。廃熱を回収して蒸気を発生させることで、エネルギー効率全体が向上し、燃料消費量とそれに伴う排出量が削減されます。

マイクロチップやその他の電子部品から発生する廃熱は、電力的には小さいものの、重大な技術的課題となっている。そのため、ファンやヒートシンクなどを用いて熱を放散する必要がある。

例えば、データセンターは、コンピューティング、ストレージ、ネットワークのために電力を消費する電子部品を使用します。フランスのCNRSは、データセンターは抵抗器のようなもので、消費するエネルギーのほとんどが熱に変換され、冷却システムが必要になると説明しています。^{[ 13 ]}

人間は、他のすべての動物と同様に、代謝の結果として熱を産生します。暖かい環境では、この熱は温血動物の恒常性に必要なレベルを超え、発汗や喘ぎなどのさまざまな体温調節方法によって放出されます。^{[ 14 ]}

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法は数多くあり、そうした技術は数十年前から存在している。

確立されたアプローチは熱電デバイスを使用することであり^{[ 15 ]} 、半導体材料の温度変化によってゼーベック効果として知られる現象により電圧が発生する。

関連するアプローチとして、熱電電池の使用があり、温度差によって電気化学セルに電流が発生する。^{[ 16 ]}

Ormatなどの企業が提供する有機ランキンサイクルは、水の代わりに有機物質を作動流体として使用する非常によく知られたアプローチです。このプロセスの利点は、通常の水蒸気サイクルよりも低い温度で熱を放出して発電できることです。^{[ 17 ]}蒸気ランキンサイクルの使用例としては、サイクロン廃熱エンジンがあります。

コージェネレーションシステム（熱電併給システム（CHP）とも呼ばれる）を使用すれば、副産物熱の無駄を削減できます。副産物熱の利用における制約は、主に、わずかな温度差を効果的に利用して他の形態のエネルギーを生成する際の、エンジニアリング上のコストと効率の課題に起因します。廃熱を利用する用途としては、プールの暖房や製紙工場などがあります。場合によっては、吸収式冷凍機などを使用して冷却を行うこともできます。この場合、トリジェネレーションまたはCCHP（冷暖房兼用発電）と呼ばれます。

廃熱は地域暖房に利用できます。廃熱の温度と地域暖房システムによっては、十分な温度に達するためにヒートポンプを使用する必要があります。これらは、周囲温度で運転されるため、低品位の廃熱でも生産者側にヒートポンプを必要とせずに使用できるため、寒い地域暖房システムで廃熱を使用する簡単で安価な方法です。^{[ 18 ]}デンマークは廃熱回収のリーダーであり、都市はセメント工場や火葬場などさまざまな供給源からの余剰熱を再利用し、地域暖房ネットワークに再供給しています。^{[ 19 ]}

廃熱は、高温に加熱される前に、流入する流体や物体を加熱するために利用することができる。例えば、家庭や発電所で加熱される前に、排出される水から熱交換器を通して流入する水に廃熱を与えることができる。

人為的な熱は農村部の気温には影響が小さく、人口密度の高い都市部ではより顕著になります。^{[ 23 ]}これは都市ヒートアイランド現象の一因です。都市ヒートアイランド現象に寄与する可能性のあるその他の人為的な影響（アルベドの変化や蒸発冷却の喪失など）は、この定義では人為的な熱とはみなされません。

人為的な熱は、温室効果ガスに比べて地球温暖化への寄与がはるかに小さい。^{[ 24 ]} 2005年には、人為的な廃熱フラックスは、人為的な温室効果ガスによって生み出されたエネルギーフラックスのわずか1%を占めるに過ぎなかった。熱フラックスは均等に分布しているわけではなく、地域によって高く、特定の都市部では著しく高い。例えば、2005年の廃熱による地球規模の強制力は0.028 W/m ²であったが、米国本土と西ヨーロッパではそれぞれ+0.39 W/m 2と+0.68 W/m ^{2であった。 [ 25 ]}

廃熱が地域気候に影響を与えることは示されていますが、^{[ 26 ]}廃熱による気候強制力は、最新の地球気候シミュレーションでは通常計算されません。平衡気候実験では 、2100年のAHFシナリオの1つによって統計的に有意な大陸規模の地表温暖化（0.4～0.9℃）が生じることが示されていますが、現在の推定値や2040年の推定値では生じません。^{[ 25 ]}人為的熱の異なる成長率を用いた単純な地球規模の推定値^{[ 27 ]}は、最近^{[ 28 ]}実現され、次の世紀に地球温暖化に顕著な寄与があることが示されています。たとえば、廃熱の年間成長率が2%の場合、2300年の下限として3度の上昇が生じます。一方、これはより洗練されたモデル計算によって確認されています。^{[ 29 ]}

2008年の科学論文では、人為的な熱排出量が現在のペースで増加し続けると、 21世紀には温室効果ガス排出量と同じくらい強力な温暖化の原因になると示された。 ^{[ 30 ]}