美國是世界能源消耗大國，開發(fā)綠色新能源一直高唱入云。一些能源專家卻指出，光是改善原本工業(yè)與發(fā)電廠的能源效率，就比開發(fā)綠色能源更能節(jié)省能源，減少污染，而且立可見效。
隱身于美國西弗吉尼亞州卡諾瓦河河谷，查爾斯頓市上游大約50千米處的合金廠，是該州用電量第二大的客戶。這座合金廠每天從配電網(wǎng)取用超過1.2億瓦的電力，輸向廠內(nèi)五座電弧爐，將石英加熱到約1500度，以生產(chǎn)高質(zhì)量的硅，用來制造計(jì)算機(jī)芯片、太陽能電池等產(chǎn)品。然后合金廠會(huì)將電弧爐內(nèi)溫度達(dá)800度的廢氣，連同其中包含的許多原生能源，從煙囪噴出去。
倡導(dǎo)節(jié)約工業(yè)能源已有30年歷史的企業(yè)家卡斯頓表示，這種情況并非特例，工業(yè)界繼續(xù)以令人驚愕的速度在浪費(fèi)能源。由于能源生產(chǎn)成本低廉，一般來說設(shè)計(jì)工業(yè)流程的人既沒有本事，也欠缺經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)去節(jié)約能源。
現(xiàn)在，西弗吉尼亞的合金廠已經(jīng)試圖改變浪費(fèi)的習(xí)性。西弗吉尼亞的合金廠安裝了美國伊利諾伊州魏斯特蒙市再生能源發(fā)展公司的設(shè)備，將合金廠廢棄熱能轉(zhuǎn)為電力，總計(jì)可轉(zhuǎn)化超過4000萬瓦，足以減少合金廠1／3的電力消耗。
麻省理工學(xué)院21世紀(jì)能源研究中心機(jī)械工程師葛寧恩表示，就環(huán)境保護(hù)來說，改良傳統(tǒng)燃料使用方式的能源效率，比起推動(dòng)廣泛應(yīng)用再生能源，可說是毫不遜色。他說，世界大約85％的能源是燃燒化石燃料，所以若能增加20％的能源效率，所能減少的溫室氣體污染與排放量，就相當(dāng)于全球綠色能源的2倍，而那需要好幾年甚至好幾十年才可望達(dá)成?？ㄋ诡D則表示，光是美國一地，能源再生就可抵上大約2000億瓦的電力，這大約相當(dāng)全美總電力的1／5。
而要達(dá)成這項(xiàng)目標(biāo)，就必須穿越由科技議題、成本、國家能源政策以及執(zhí)掌發(fā)電事務(wù)的復(fù)雜管制結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的龐大迷宮?？ㄋ诡D說，要把這一切全兜在一起，異乎尋常的復(fù)雜。
對卡斯頓的公司以及其他從事能源再生工作的人來說，好消息是有愈來愈多的潛在客戶開始留意此事。2009年夏天油價(jià)一路飆漲，無論眼前油價(jià)可能會(huì)如何探底，大家還是相信能源價(jià)格別無去路，只會(huì)一路爬升。
壞消息則是成本高昂。把再生廢棄熱能的設(shè)備整合到并非為此設(shè)計(jì)的工廠內(nèi)，價(jià)碼會(huì)把潛在客戶給嚇傻了。整合到西弗吉尼亞合金廠內(nèi)的設(shè)備，花費(fèi)大約要1億美元，這就是為什么卡斯頓的公司在這個(gè)案例中，不但提供安裝節(jié)能系統(tǒng)的專業(yè)技能，也一并負(fù)擔(dān)其費(fèi)用，交換條件是合金廠同意與其共享利益?？ㄋ诡D說，工廠經(jīng)理并不具備解決這項(xiàng)挑戰(zhàn)的知識(shí)，如果他們想自己來，會(huì)高估風(fēng)險(xiǎn)，卻低估了報(bào)酬。
盡管如此，技術(shù)本身倒是直截了當(dāng)，廢熱能轉(zhuǎn)化成電力的方式，跟大多數(shù)發(fā)電廠制造電力的方式完全一樣。標(biāo)準(zhǔn)電廠會(huì)先從某種主要來源取得熱能，包括煤、天然氣、生物燃料、濃縮鈾，甚至是聚合太陽光，然后用熱能把水蒸發(fā)成高壓蒸汽；接著把蒸汽導(dǎo)人渦輪機(jī)，這基本上就是一組經(jīng)過排列的高科技風(fēng)扇葉片，由于蒸汽前推的力量而轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而制造出電力；從遠(yuǎn)程噴出的蒸汽則會(huì)通過冷卻器，再度凝結(jié)回液態(tài)水。
這套以蘇格蘭工程師蘭金命名的“蘭金循環(huán)”是一種將溫度差轉(zhuǎn)化為有用電力，既實(shí)用又有效的方法。但是法國工程師卡諾于1884年指出，“蘭金循環(huán)”的效率有其基本限制，溫差愈大，最大效率也就愈高，所以工程師經(jīng)常提到的高質(zhì)量熱能指的就是熱能來源的溫度比周遭環(huán)境高出許多的情況。
然而無論科技多么精良，總會(huì)有一些熱能遺留下來。以“蘭金循環(huán)”來說，主要就是蒸汽凝結(jié)回液態(tài)水的過程中浪費(fèi)掉的能量。理論上只要還有一些溫度差，就能夠從殘留的熱能中再榨出一些機(jī)械能，但是葛寧恩說，由于殘留的熱能質(zhì)量較低，通常你必須再多用點(diǎn)力才能榨出能量。
這就是為什么能源再生公司優(yōu)先追求高質(zhì)量熱能。在西弗吉尼亞合金廠，電弧爐排放出來的800度廢氣熱能就會(huì)用來蒸發(fā)水，然后通過標(biāo)準(zhǔn)“蘭金循環(huán)”系統(tǒng)制造電力?？ㄋ诡D說，熔礦業(yè)和冶煉業(yè)等大型工業(yè)通常都會(huì)排放出這樣的熱能，除了加熱周遭的空氣，毫無他用。
高質(zhì)量熱能固然很誘人，不過化工業(yè)、造紙業(yè)等許多數(shù)不清的產(chǎn)業(yè)廢棄不用的低質(zhì)量熱能，也有很多可以回收使用的機(jī)會(huì)。再生能源發(fā)展公司看準(zhǔn)了烘干石膏板清水墻所用的多孔爐，烘干所用的能源占制作石膏板成本的八成。多孔爐排出廢氣的溫度不到200度，用在以水為本的“蘭金循環(huán)”里幾乎毫無效率可言。不過現(xiàn)在可以用氟氯烷、丙烷或丁烷等揮發(fā)性液體來代替水，購買這種時(shí)下熱賣的“蘭金循環(huán)”系統(tǒng)，就能夠從差距不大的溫差中獲得機(jī)械能。
高科技領(lǐng)域也同時(shí)在研發(fā)以固態(tài)熱電材料為主，直接以溫度差發(fā)電的廢熱能回收系統(tǒng)。熱電發(fā)電機(jī)體積小巧，也沒有活動(dòng)的組件，汽車產(chǎn)業(yè)很愛用。比方說寶馬跟福特汽車，就雙雙研發(fā)了利用引擎廢氣熱能發(fā)電的原型系統(tǒng)。
研究員還在開發(fā)較奇特的化學(xué)合成材質(zhì)。具備納米結(jié)構(gòu)的材質(zhì)可以減低熱傳導(dǎo)度，降低熱能流動(dòng)的速度，能夠更容易捕捉到這些熱能。像這樣的系統(tǒng)也許無法在工廠里跟“蘭金循環(huán)”系統(tǒng)一較高下，但是只花費(fèi)數(shù)百美元，把熱電發(fā)電機(jī)裝在汽車上，還是很值得考慮的。
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