再生可能エネルギーを利用した高温ヒートポンプは産業用蒸気の最も安価な選択肢である

オーストリアの新しい研究では、さまざまな産業用熱生成技術を比較し、風力または太陽光発電のヒートポンプが最も安価で最も環境に優しいソリューションであることが判明しました。

研究に使用したヒートポンプ
*画像: Johannes Kepler Universität Linz、持続可能な生産と消費。 CC BY 4.0*

オーストリアのリンツ・ヨハネス・ケプラー大学の研究チームは、政策立案者がヒートポンプを使って蒸気を生成する産業プロジェクトに、ギガジュール（GJ）当たり3ユーロ（3.2ドル）の料金で補助金を与えることを提案した。これは、さまざまな蒸気技術が環境に与える影響を価格分析した結果であり、再生可能エネルギーで動作するヒートポンプが最もコストが低いことが判明しました。「プラントの耐用期間中に生成される43.20テラジュール（TJ）を考慮すると、129,600ユーロの補助金が支払われる可能性がある」と研究者らは述べた。

この研究は再生可能電力源として風力エネルギーに焦点を当てているが、共著者のルーカス・ツァイラーバウアー氏はこう語った。 太陽光発電マガジン 太陽エネルギーを使用しても、非常に似た結果が得られるはずです。「太陽光発電は一般的に風力発電よりも地球温暖化係数に大きな影響を与えますが、もちろん化石エネルギー事業者よりははるかに低いです」と彼は述べた。「太陽光発電の影の価格は1.46ユーロ（1.58ドル）なので、風力発電とほぼ同じです。」

論文「産業用高温ヒートポンプで生成される蒸気のライフサイクル評価とシャドウコスト」 持続可能な生産と消費、科学者らは、ライフサイクル評価（LCA）を利用して、高温ヒートポンプ（HTHP）を含む工業規模で使用されるさまざまな蒸気発生技術を比較したと説明しました。他の蒸気製造技術には、蒸気バイオガスプロセス、固体バイオマスプロセス、および天然ガスおよび軽油に基づくその他のプロセスが含まれます。

研究者らは 2 つの異なるシナリオを検討しました。5 つは XNUMX バールの圧力で、もう XNUMX つは XNUMX バールの圧力で蒸気が生成されるシナリオです。どちらのシナリオでも、風力または系統電力の使用が考慮されています。

「LCA手法の問題は、通常、LCA手法が10を超える損傷カテゴリーで構成されており、そのため異なる領域を扱う異なる結果があり、これらの非常に異なる結果の間で重み付け係数を見つけるのが難しいことです」と研究グループは説明した。「しかし、専門家は早い段階で金銭的価値を使用することを提案しました。それらのアプローチの1つはシャドープライスであり、これには最終的には国民を代表する政府が環境破壊を「修復」しなければならず、したがってこれらのコストを軽減することに関心があるという根本的な考え方があります。」

驚くことではないが、学者らは、ヒートポンプと風力発電の組み合わせが、1.44バールのシナリオでは2GJ当たり2.24ユーロ、5バールの場合では3.83ユーロという最低コストであることを発見した。風力エネルギーをスペインの送電網構成に変更すると、LCA 価格はそれぞれ 6.23 ユーロと 17.2 ユーロになりました。比較すると、蒸気プロセスに固体バイオマスを使用した場合の環境価格は 9.81 GJ あたり XNUMX ユーロ、軽油コストは XNUMX ユーロでした。

^{さまざまな蒸気機関の環境影の価格
画像: Johannes Kepler Universität Linz、持続可能な生産と消費。 CC BY 4.0}

さまざまな方法が環境に及ぼす影響をさらに詳しく調査した結果、温室効果ガス排出量を 98% 削減できる最良のシナリオが判明しました。しかし、他の環境対策では、毒性関連の結果がヒートポンプとベンチマークの間で変動するなど、より複雑な結果が示されました。

「予期せぬ発見は、作動流体とその漏洩が地球温暖化係数に重大な寄与を持たず、オゾン層破壊の可能性のほぼ唯一の原因であるということでした」と研究者らは強調した。彼らは、LCA 学術文献で入手可能な情報を持っている唯一のものであるため、作動流体として R134a の使用を想定しました。

この研究で検討された HTHP は、スペインの製鉄所の酸洗ラインでの導入を目的として設計されました。公称熱供給能力は 250 kW で、蒸気生成用のカスタム設計のフラッシュタンクと循環ポンプが含まれています。

「この研究で検討された蒸気発生ヒートポンプは製鉄所の仕上げラインに導入されるように設計されましたが、蒸気は多くの産業にとって普遍的な熱媒体であるため、この研究の結果は他の多くの産業分野にも適用できます」プロセスです」と学者たちは説明した。「このヒートポンプは、最大 5 bar の低圧蒸気を必要とする他のプロセスでも使用できます。」

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ソースから 太陽光発電マガジン

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