الهندسة من أجل عالم أفضل
المضخات الحرارية: تحويل مشهد الطاقة في العالم
تحظى GEA بالأسبقية عندما يتعلق الأمر بتحسين صحة الكوكب. وكون ذلك أحد أهدافنا الاستراتيجية التي تركز على الاستدامة، نعمل على صياغة مسار لمساعدة عملائنا في العديد من الصناعات على تقليل استخدام الطاقة وخفض انبعاثات الكربون بطرق هادفة وقابلة للقياس. ويشمل هذا استخدام أنظمة المضخات الحرارية من GEA.
يزداد الاعتماد على تكنولوجيا المضخات الحرارية على نطاق واسع عالميًا في مختلف القطاعات لالتقاط وتعزيز وإعادة استخدام ما يمثل مجرد حرارة مهدرة. يمكن أن تؤدي عملية إعادة التدوير هذه إلى خفض تكاليف التدفئة بشكل كبير وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. وعند تطبيقها على نطاق واسع، يمكن تحقيق مزايا مالية وبيئية كبيرة.
في السنوات الأخيرة، ركبّت GEA تكنولوجيا التدفئة والتبريد المعتمدة على الأمونيا في منشآت معالجة الأطعمة، ومرافق المشروبات والألبان، ومصانع الجعة، ومخازن التبريد، وأنظمة تدفئة المناطق وغير ذلك من المنشآت.
لماذا الأمونيا؟
الكفاءة الديناميكية الحرارية للأمونيا تجعلها خيارًا اقتصاديًا للغاية، فبفضل التحسينات في تكنولوجيا الضاغط، يمكن للمضخات الحرارية التي تعمل بالأمونيا إنتاج درجات حرارة أعلى من السابق.
في مرافق الإنتاج الكبيرة التي تتطلب كلًا من التدفئة والتبريد، مثل شبكة طاقة المنطقة أو مصنع للأطعمة، يمكن أن توفر تقنية المضخات الحرارية بالأمونيا استهلاكًا أقل للطاقة بنسبة 40%، وتكلفة أقل بنسبة تصل إلى 40% وانبعاثات أقل بنسبة 40% مقارنةً باستخدام مواد التبريد الاصطناعية.
استعادة الحرارة للتدفئة والتبريد
انطلاقًا من الرغبة في توسيع نطاق التدفئة والتبريد الصديقان للبيئة، بدأت إحدى الشركات الكندية الرائدة في مجال التبريد والتدفئة في مشروع طموح باستخدام تكنولوجيا GEA لتزويد 557.000 متر مربع (ستة ملايين قدم مربع) من مساحة البناء بتدفئة وتبريد المناطق.
ومن أجل تلبية هذه المتطلبات الشاملة، صممت GEA وسلمَّت مضختان حراريتان، GEA RedGenium، إلى الموقع في أونتاريو، حيث وفرت كل مضخة حرارية 2 ميجاوات (569 طن تبريد) من الماء الساخن عند 85 درجة مئوية (185 درجة فهرنهايت)، وكذلك ماء بارد عند 4.4 درجة مئوية (40 درجة فهرنهايت) لمتطلبات التبريد.
في حين أن مواد التبريد الاصطناعية التقليدية مثل مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) معروفة بأنها ضارة بالبيئة، يستخدم النظام الجديد الأمونيا الطبيعية كمادة تبريد. ولديها قدرة صفرية على استنفاد الأوزون.
الكفاءة المستدامة
يوجد في قلب كل مضخة من مضخات RedGenium الحرارية ضاغط متردد GEA V XHP عالي الضغط جدًا. مع القدرة على توفير درجات حرارة مياه تصل إلى 95 درجة مئوية (203 درجة فهرنهايت) ونطاق سعة كبير مع أقصى ضغط تصميمي يبلغ 63 بارًا (914 رطل لكل بوصة مربعة)، يوفر النظام المعتمد على الأمونيا الأداء الأفضل في فئته. ويؤدي هذا إلى انخفاض التكلفة الإجمالية للملكية بفضل استهلاكه المنخفض للطاقة بشكل كبير، ولأن توريد الأمونيا غير مكلف نسبيًا.
يستخدم النظام بعد ذلك مقدارًا صغيرًا من الكهرباء (المتجددة بشكل مثالي) لتعزيز الحرارة الملتقطة. تعمل محركات التردد المتغير على تشغيل المحركات الكهربائية، كما تسمح المبادلات الحرارية ذات اللوحة والغطاء عالية الكفاءة للنظام ككل بالحفاظ على أعلى معايير الاستدامة.
أحد نظامي المضخات الحرارية المزدوجة المصممة خصيصًا من GEA، باستخدام مادة التبريد الطبيعية، الأمونيا، لتطبيقات طاقة المناطق في أونتاريو، كندا.
المضخات الحرارية تقلل الانبعاثات في Mars
قامت Mars الرائدة في مجال صناعة الحلويات بتركيب حل المضخة الحرارية المعتمد على الأمونيا من GEA في مرافق إنتاجها في فيغيل، هولندا، أحد أكبر مصانع الشوكولاتة في العالم. بعد تحليل فُرص توفير الطاقة وإدارتها في مرفق الإنتاج، تقرر أن تركيب أنظمة المضخات الحرارية من شأنه تعزيز كفاءة الطاقة لعمليات Mars الشاملة، ودعم التزام الشركة بخفض الانبعاثات.
حلول المضخات الحرارية المخصصة من GEA، والتي تعتمد على الضاغط الترددي عالي الضغط من GEA، تتيح إمكانية استخراج وتعزيز ما هو غير صالح للاستعمال من الحرارة المنخفضة من وحدات التبريد، والتي تستخدم بعد ذلك في عملية تسخين الماء. يتم تمرير الحرارة المأخوذة من وحدات التبريد عبر مبادل حراري يمكنه تسخين الماء حتى درجة حرارة 63 درجة مئوية (145 درجة فهرنهايت).
يتم بعد ذلك توجيه هذه المياه عبر شبكة أنابيب المياه الدافئة المعدة خصيصًا على سطح المصنع، حيث يمكن إرسالها إلى مناطق مختلفة لاستخدامها داخل المنشأة، بما في ذلك وحدات تخزين الشوكولاتة والشراب ووحدات معالجة الهواء. وتعادل كمية الحرارة التي توفرها المضخات الحرارية حوالي 26 تيراجول من الغاز وحوالي 1000 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنويًا.
تخطط Mars لتركيب مضخات حرارية أكثر في منشآت أخرى حول العالم، حيث أن إعادة استخدام الحرارة المهدرة هي أحد عوامل التمكين الرئيسية لهدف الشركة المتمثل في أن تصبح محايدة للطاقة بحلول عام 2040.
تم تركيب أنظمة المضخات الحرارية من GEA في مصنع شوكولاتة Mars في هولندا.
إحداث ثورة في إنتاج العصير
كجزء من مسعى واسع لبناء مصنع عصير محايد الكربون كليًا، عهدت العلامة التجارية للعصائر والسموزي Innocent Drinks إلى GEA بتوفير تكنولوجيا المعالجة والتدفئة والتبريد المستدامة لموقعها الجديد. مشاركة GEA المبكرة في المشروع عنت قدرتها على تنفيذ العديد من العمليات المبتكرة منذ البداية، بشكل يضع Innocent Drinks على الطريق الصحيح لتحقيق أهداف الاستدامة الخاصة بها.
توجد المضخات الحرارية من GEA في قلب الإعداد الموفر للطاقة لدى Innocent. بهدف دمج الأنظمة معًا لكفاءة قصوى، أشارت GEA على Innocent باستخدام دائرتين منفصلتين للتسخين - واحدة عند 65 درجة مئوية (149 درجة فهرنهايت) للتنظيف والأخرى عند 90 درجة مئوية (194 درجة فهرنهايت) للبسترة والتعقيم. تم دمج المضخات الحرارية لتسخين المياه من الحرارة المهدرة المتولدة في عمليات المعالجة. كان على GEA تقليل كمية البخار إلى حد يمكن فيه استخدام مولد البخار الكهربائي الذي يتم تغذيته بالطاقة الخضراء.
"في العادة، يتم توفير جميع الحرارة فوق 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) باستخدام البخار كوسيلة لإنتاج المشروبات،" كما يقول روبرت أونسورث، مدير الاستدامة التقنية العالمية في GEA. "لكننا قمنا بإخضاع ذلك للمراجعة. الآن، يحتاج جزء بسيط فقط من التسخين إلى البخار، والذي يُستخدم للتعقيم." من خلال استغلال مبدأ المبادل الحراري لتعظيم التأثير، تم تحقيق مكاسب لا تصدق من حيث إعادة استخدام الحرارة والحد من كم الطاقة الهائلة المهدر على البخار غير المستخدم.
واستمر المشروع في الفوز بالميدالية الذهبية في جائزة اختيار الجمهور من جمعية المضخات الحرارية الأوروبية (EHPA). يقول آندي جوينسون، مدير العمليات السابق لـ Innocent Drinks في أوروبا: "أنحني احترامًا لـ GEA لأنهم كانوا إلى جانبنا في كل خطوة على الطريق، وساعدونا في تحدي أساليب التصميم التقليدية". "كل التفاصيل الصغيرة تضيف نجاحًا كبيرًا. نحن نعمل بما يقرب من 60% من طلب الطاقة الذي سيكون مطلوبًا لتشغيل منشأة ذات حجم مماثل، لذا يمثل هذا فرقًا كبيرًا."
أنظمة المضخات الحرارية من GEA في مرفق إنتاج العصائر الخاص بـ Innocent Drinks - أول مصنع عصير محايد للكربون في العالم - هي عنصر أساسي لتقليل الطاقة بشكل كبير والمساعدة في تحقيق أهداف الاستدامة للشركة.
الحلول المجمعة في مصنع الدجاج لـ Wipasz
احتاجت Wipasz SA إلى حل كبير ومعقد، وهي إحدى أكبر الشركات البولندية المنتجة للأعلاف والرائدة في إنتاج لحوم الدجاج الطازجة. بالنسبة لمنشأة الدواجن الجديدة، في ميدزيرزيك بودلاسكي ببولندا، كانت الشركة تبحث عن حلول لجعل الإنتاج أكثر استدامة وكفاءة في استخدام الطاقة.
وقال أندريه فاشينك، المدير الفني لـ Wipasz SA: "المنشأة الجديدة واسعة للغاية وحديثة جدًا. وضعنا لـ GEA ثلاثة تحديات: الحفاظ على برودة المنشأة؛ واستعادة الحرارة المهدرة لتقليل استهلاك الطاقة في الغلايات المستخدمة لإنتاج المياه الساخنة، وخلق تهوية مناسبة، خاصةً في منطقة الذبح."
تعتبر عمليات التجميد والتبريد حساسة جدًا لدرجة الحرارة، حيث يتم تعبئة المنتج المخصص للتوزيع الطازج عند درجة حرارة 0 درجة مئوية (32 فهرنهايت) ويتم تجميد الدفعة المتبقية إلى -18 درجة مئوية (0 فهرنهايت)، لأغراض التصدير أو للمعالجة الإضافية، مثل قطع الدجاج.
من أجل تلبية متطلبات المنشأة المتنوعة، قامت GEA بتصميم وهندسة وتسليم 5,3 ميجاوات (1,507 من التبريد) من سعة التبريد لخمس مجمدات لوحات وأنفاق تجميد لخمس دفعات ومخزني تبريد و64 مبرد هواء. تشتمل المعدات على وحدات الضاغط المتردد من GEA - الضاغط المتردد Grasso V1800 لتكييف الهواء في المنشأة، والضاغط الحلزوني Grasso SP1 الذي يقود عملية التبريد الرئيسية للدواجن، والضاغط الحلزوني Grasso SP2 للتجميد وتوليد الحرارة للمياه ولتكييف الهواء.
بالإضافة إلى ذلك، قامت الشركة بتركيب ثماني وحدات لمناولة الهواء من أجل تهوية غرف الإنتاج وأربع وحدات لتكييف الهواء في مبنى المكاتب، وجميعها مزودة بتبريد من منشأة الأمونيا المركزية وتستعيد الحرارة منها. تم تجهيز Wipasz أيضًا بنظامين لاستعادة الحرارة يغطيان احتياجات المياه الساخنة بالكامل في المرفق ومتطلبات التدفئة الأخرى، بما في ذلك المكاتب والمناطق الاجتماعية، مما يعني تقليل انبعاثات الكربون وعائد سريع للغاية على الاستثمار بفضل عدم وجود متطلبات للمرجل.
عندما يتم دمج مضخة حرارية مع وحدة التبريد، يكون كلا التبريد والتسخين ممكَّنَين، مما يحوِّل الاستخدام لمرة واحدة إلى دورة مستمرة، ويقلل تكاليف الطاقة بنسبة 40% أو أكثر. يمثل هذا توفيرًا كبيرًا عندما تضع في الاعتبار أن ما يصل إلى 60% من استخدام الطاقة في صناعات الأغذية والمشروبات ومنتجات الألبان يذهب إلى التدفئة والتبريد. ترى مصانع الدواجن مثل Wipasz الفوائد المالية والبيئية الكبيرة لاستخدام استعادة الحرارة والمضخة الحرارية في عمليات الإنتاج، خاصة تلك التي تتطلب استخدام الحرارة أثناء التحضير والتبريد والتجميد اللاحقان.
وحدات الضواغط الحلزونية من مرحلتين Grasso من GEA في غرفة منشأة التبريد الخاصة بـ Wipasz.
التدفئة والتبريد المعتمدان للمستقبل
تم تصميم المضخات الحرارية التي قامت GEA بتركيبها في المنشآت حول العالم لتلبية متطلبات درجة الحرارة الدقيقة خصيصًا، وستظل معتمدة للمستقبل لسنوات عديدة قادمة، وذلك بفضل العمر الطويل للأمونيا. بالمقارنة مع مواد التبريد الأخرى، والتي قد تدوم لمدة 10 سنوات فقط أو نحو ذلك، فإن الإنفاق على نظام الأمونيا آمن لمدة 30 إلى 40 سنة، وربما أكثر.
مع التخلص التدريجي من الغازات المفلورة في جميع أنحاء العالم بهدف الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة، يتم الاعتماد على المبردات الطبيعية مثل الأمونيا بشكل متزايد. وقد مهد هذا الطريق لاستخدامها على نطاق أوسع، ومع توسع الطلب على حلول الطاقة الخضراء، أصبحت مضخات الأمونيا الحرارية الآن أكثر انتشارًا في مرافق الطاقة الحرارية والتصنيع في جميع أنحاء العالم.
بدأت عمليات GEA في يورك، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية، في عام 1949
