تُفهم تقنيات توفير الطاقة على أنها عمليات إنتاجية ومنزلية مختلفة تهدف إلى تقليل استهلاك المواد وموارد الطاقة لكل وحدة إنتاج، أو لكل وحدة طاقة مستهلكة – حرارية أو كهربائية.
من حيث المبدأ، هناك طريقتان ممكنتان لتوفير الطاقة – إما إنفاق كميات أقل من موارد الطاقة غير المتجددة (الغاز والفحم والنفط) أو استخدامها بشكل أكثر كفاءة.
دعونا ننظر في معظم قطاعات النشاط الاقتصادي واسعة النطاق، حيث يكون إدخال التقنيات الموفرة للطاقة ذا أهمية خاصة. هذه هي الصناعة والبناء والأسر.
ممارسة تطبيق تقنيات توفير الطاقة في الإنتاج
الخسائر الرئيسية هي:
- خسائر الاحتكاك التي تنشأ أثناء تشغيل أي أنظمة تحويل الطاقة الميكانيكية.
- فقدان الحرارة، حيث يتم إنفاق الموارد الزائدة على التدفئة غير المنتجة للبيئة.
- فقدان الطاقة الكهربائية المصاحب لعمليات نقل الطاقة الكبيرة لمسافات طويلة.
- الفقد المغناطيسي في الأجهزة المصممة لتحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر.
وفي الوقت نفسه، مع زيادة قوة الوحدة الواحدة، يزداد أيضًا مستوى خسائرها. وبما أن موارد الطاقة التقليدية تستخدم في كثير من الأحيان لتشغيل الصناعات المعدنية، فإن زيادة استهلاك الطاقة غالبا ما يكون مصحوبا بتدهور في الوضع البيئي.
من أجل تقليل استهلاك الطاقة النوعية في صناعة المعادن، يتم استخدام ما يلي:
- الاستخدام الموسع للمواد الخام الثانوية ونفايات الإنتاج؛
- تحسين إدارة المنشآت المعدنية باستخدام تكنولوجيا الكمبيوتر؛
- أجهزة تتميز بزيادة الكفاءة أثناء تشغيلها.
ويجري إدخال تقنيات توفير الموارد بطرق مماثلة في الصناعة الكيميائية. وفي تشغيل المعادن، تُستخدم التقنيات الخالية من النفايات في الغالب: على سبيل المثال، تُفضل عمليات تشوه البلاستيك بشكل متزايد على المعالجة الميكانيكية (التي تنتج كمية كبيرة من الرقائق)، وفي الحالة الباردة، عندما تكون كمية النفايات في حدها الأدنى.
تتطور تقنيات توفير الطاقة بشكل مكثف بشكل خاص في الصناعات ذات الإنتاج الضخم. مثال على ذلك هو إنتاج السيارات أو المحركات. ترافق التقنيات الحديثة الموفرة للطاقة سلسلة ولادة السيارة الجديدة بأكملها – بدءًا من تصميمها، وأثناء تطويرها يتم أخذ عوامل مقاومة حركة السيارة في الاعتبار بالكامل، وحتى عمليات التجميع التي تتم بأعلى إنتاجية وجودة.
عند إنتاج محركات موفرة للطاقة، يتم أخذ حمل المحرك والحد الأدنى من الحرارة المهدرة وغازات العادم في الاعتبار، والحد الأقصى من الكفاءة، وبالنسبة لمحركات الاحتراق الداخلي، يتم أيضًا أخذ التركيب الكيميائي الأفضل للوقود في الاعتبار.
تقنيات جديدة لتوفير الطاقة في البناء
عند تصميم وبناء المباني السكنية والعامة، ينبغي أن تؤخذ تكاليف الخسائر غير المنتجة في الاعتبار بشكل كامل.
فيما بينها:
- الخسائر أثناء تسخين المكان.
- فقدان الحرارة عبر أسطح المباني.
- ضعف التحكم في عمليات التبادل الحراري بين السطح الخارجي للمبنى والبيئة، خاصة خلال موسم البرد.
- تكييف الهواء غير فعال.
إن تكنولوجيا البناء الموفرة للطاقة الواعدة في روسيا هي تركيب وحدات طلاء التكثيف. توفر هذه الأجهزة كفاءة احتراق أعلى – من 89% إلى 97% وتعتبر الطريقة الأكثر كفاءة للتدفئة والتهوية التي تستخدم وقود الغاز.
يتم تركيب وحدات التكثيف على الأسطح، مما يوفر أيضًا تهوية فعالة. تحتوي هذه الأجهزة على مبادل حراري ثانوي. تعمل غازات العادم التي تمر عبر هذا المبادل الحراري على خفض درجة حرارتها إلى النقطة التي يتكثف عندها بخار الماء. يتيح ذلك للأجهزة استعادة الحرارة الكامنة التي قد يتم فقدها في هواء العادم.
يتميز تصميم وتركيب أنظمة الإضاءة للمباني والشوارع والمرافق الأخرى بنطاق أكبر بكثير من تطبيق تقنيات توفير الطاقة في البناء. تتمتع مصابيح LED بميزة واضحة هنا: فهي تتمتع بتدفق ضوئي أعلى بنسبة 85٪ من القيمة التي توفرها المصابيح المتوهجة بنفس الطاقة. على مدى السنوات القليلة المقبلة، من المتوقع أن تتضاعف كثافة طاقة مصابيح LED، من 125-135 لومن لكل واط حاليًا إلى 230 لومن لكل واط.
والأكثر واعدة من وجهة نظر التقنيات الحديثة الموفرة للطاقة هو استخدام الإضاءة التعريفي. بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة، تعد المصابيح الحثية أكثر كفاءة بحوالي أربع مرات وتدوم لفترة أطول بأكثر من 40 مرة.
أهم التوجهات وبرامج توفير الطاقة في المستوطنة
وتشكل الموارد والتكنولوجيات الموفرة للطاقة أهمية خاصة بالنسبة للمنازل الخاصة، حيث لا يمكن ضمان التوفير في تكاليف المواد إلا من خلال استخدامها الرشيد.
الاتجاهات الرئيسية لإدخال تقنيات توفير الطاقة لمنزل خاص هي:
- العزل الفعال للجدران واستخدام مواد ذات قدرة حرارية متزايدة في البناء.
- تقليل تكاليف الطاقة عند تركيب أنظمة تكييف الهواء.
- استخدام المضخات الحرارية لإمدادات المياه الفردية بكفاءة متزايدة.
- استخدم، حيثما أمكن، محطات توليد الطاقة التي تستخدم مصادر الطاقة المتجددة: الرياح، والإضاءة الشمسية، والمياه الحرارية الأرضية، وما إلى ذلك.
مثال على الاستخدام الرشيد للموارد والتقنيات الموفرة للطاقة هو عملية تبريد المبرد في أنظمة تكييف الهواء. تتميز المبردات الحديثة بزيادة حجم المكثفات والمبخرات، وتسمح لك الضواغط بتغيير سرعة القيادة والتحكم في قوة مكيفات الهواء.
إن دور عمليات كفاءة الطاقة والتقنيات الموفرة للطاقة في السباكة المنزلية عظيم. وعلى وجه الخصوص، يمكن للمراحيض ذات الدفق المزدوج والمباول الجاذبية التي لا تحتوي على ماء أن توفر ما يصل إلى 30% من المياه. والأهم من ذلك، أن آلية التدفق المزدوج هي جزء من صمام التدفق ويمكن تركيبها بسهولة على تركيبات السباكة الموجودة.
تعمل المبولات بدون ماء بدون آلية التنظيف. بدلاً من الصرف التقليدي، يتم استخدام خرطوشة قابلة للاستبدال تحتوي على سائل فريد يعمل بمثابة مادة مانعة للتسرب. يعمل سائل الغلق كحاجز محكم، مما يمنع ترطيب الروائح الداخلية. ويبقى في الخرطوشة، لذلك يتم تنظيف المبولة بدون ماء حوالي 3-4 مرات في السنة، مما يوفر توفيرًا كبيرًا في الطاقة.
يتم وضع خطط لإدخال التقنيات الموفرة للطاقة على نطاق واسع مع مراعاة أهميتها. وعلى هذا فإن ما يصل إلى 31% من الخسائر في موارد المواد والطاقة في البلدان المتقدمة تحدث في الصناعة، و28% في الخدمات اللوجستية، و22% في القطاع المنزلي، و19% في قطاع البناء.
حقائق مثيرة للاهتمام حول تقنيات توفير الطاقة
- تحتل الدنمارك المرتبة الأولى في العالم من حيث مستوى استخدام التقنيات الموفرة للطاقة للفرد. وبالتالي، يتم توليد ما يصل إلى ثلث إجمالي الكهرباء في البلاد عن طريق محطات طاقة الرياح.
- يذهب 35% من إجمالي استهلاك الطاقة في الصناعة العالمية إلى صناعة المعادن الحديدية وغير الحديدية.
- قامت شركتا أوك ريدج وجنرال إلكتريك بإنشاء نوع جديد من الثلاجات المنزلية التي تستخدم مغناطيسًا خاصًا لإنتاج البرودة. تستخدم هذه الثلاجة التأثير المغناطيسي الحراري، والذي يتم من خلاله تحقيق انخفاض أو زيادة في درجة حرارة المادة عن طريق تغيير المجال المغناطيسي. يتم تقليل استهلاك الطاقة النوعية بنسبة 37-40%.
