Ενεργειακή ολοκλήρωση διεργασιών

Η βασική ιδέα της ενεργειακής ολοκλήρωσης διεργασιών (Energy Process Integration) είναι η βελτιστοποίηση των διεργασιών σαν συνολικό σύστημα, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η βελτιστοποίηση της κάθε διεργασίας χωριστά. Η ολοκλήρωση διεργασιών μπορεί να οριστεί ως:

Όλοι οι τρόποι σύνδεσης των ξεχωριστών διεργασιών (ή των λειτουργικών τους συστημάτων) με στόχο την βελτίωση της ποιότητας και την ελαχιστοποίηση της καταναλισκόμενης ενέργειας και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων (εκπομπές, απορριπτόμενα προϊόντα). Η σύνδεση ξεχωριστών διεργασιών μπορεί να αφορά ροές ενέργειας ή/και μάζας, αλλά επίσης και συνένωση δύο ή περισσοτέρων ξεχωριστών διεργασιών σε μία.

Η ενεργειακή ολοκλήρωση διεργασιών είναι ένα εργαλείο διαχείρισης/σχεδιασμού που χρησιμοποιείται για τη βελτιστοποίηση της χρήσης ενέργειας σε μία βιομηχανία, χρησιμοποιώντας συμβατικές τεχνολογίες. Αναπτύχθηκε από τις αρχές της δεκαετίας του 1970 και τώρα είναι μια καθιερωμένη μεθοδολογία για τις συνεχείς διεργασίες, όπου τα θερμικά φορτία και η ζήτηση μένουν σταθερά με το χρόνο. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει τη σύνδεση θερμών και ψυχρών ρευμάτων των διεργασιών με τον θερμοδυναμικά βέλτιστο τρόπο. Στις συνεχείς διεργασίες τα φορτία θερμότητας και η ζήτηση είναι επίσης συνεχή. Συνεπώς είναι δυνατός ο επανασχεδιασμός των ροών των διαφόρων ρευμάτων, ώστε με χρήση εναλλακτών θερμότητας να γίνεται η βέλτιστη αξιοποίηση των θερμικών ή ψυκτικών φορτίων.

Στις διαλειπτόμενες διεργασίες, τα θερμικά φορτία και η ζήτηση μεταβάλλονται με το χρόνο, και συνεπώς η παραπάνω μεθοδολογία δεν είναι κατάλληλη. Οι διαλειπτόμενες διεργασίες απαιτούν μια λειτουργία αποθήκευσης ενέργειας, ώστε να καλύπτονται οι μεταβολές μεταξύ της παροχής και της ζήτησης των διαφόρων διεργασιών.

Από ειδικές μελέτες για συγκεκριμένες περιπτώσεις μονάδων παραγωγής χημικών προϊόντων, προέκυψε ότι με κατάλληλο αναπρογραμματισμό των διεργασιών επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας μέχρι 12%. Με χρήση αποθήκευσης θερμότητας η εξοικονόμηση ενέργειας μπορούσε να φτάσει το 28%, το κόστος όμως ήταν απαγορευτικό. Με τον βέλτιστο συνδυασμό των δύο τεχνικών, που περιορίζει την αποθήκευση θερμότητας, η εξοικονόμηση ενέργειας φθάνει το 16%.

Τα κύρια εμπόδια για την εφαρμογή της ενεργειακής ολοκλήρωσης των διεργασιών είναι:

• Το υψηλό κόστος του επιπρόσθετου εξοπλισμού.

• Η ανάγκη για πιο ευέλικτα εργαλεία σχεδιασμού της ολοκλήρωσης των διεργασιών και πιο αποδοτικών εναλλακτών θερμότητας.

• Ή έλλειψη γνώσης της συγκεκριμένης μεθοδολογίας σε πολλές βιομηχανίες.

• Οι επιπτώσεις των απαιτούμενων μετατροπών στην αξιόπιστη λειτουργία του εργοστασίου.

• Ο κίνδυνος δημιουργίας προβλημάτων στην παραγωγική διαδικασία.