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取用超過1.2億瓦的電力，輸向廠內五座電弧爐，將石英加熱到約1500度，以生產高質量的硅，用來制造計算機芯片、太陽能電池等產品。然后合金廠會將電弧爐內溫度達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能源。由于能源生產成本低廉，一般來說設計工業(yè)流程的人既沒有本事，也欠缺經濟動機去節(jié)約能源。
現(xiàn)在，西弗吉尼亞的合金廠已經試圖改變浪費的習性。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)展公司的設備，將合金廠廢棄熱能轉為電力，總計可轉化超過4000萬瓦，足以減少合金廠1／3的電力消耗。
麻省理工學院21世紀能源研究中心機械工程師葛寧恩表示，就環(huán)境保護來說，改良傳統(tǒng)燃料使用方式的能源效率，比起推動廣泛應用再生能源，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，這大約相當全美總電力的1／5。
而要達成這項目標，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)電事務的復雜管制結構所構成的龐大迷宮?？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年夏天油價一路飆漲，無論眼前油價可能會如何探底，大家還是相信能源價格別無去路，只會一路爬升。
壞消息則是成本高昂。把再生廢棄熱能的設備整合到并非為此設計的工廠內，價碼會把潛在客戶給嚇傻了。整合到西弗吉尼亞合金廠內的設備，花費大約要1億美元，這就是為什么卡斯頓的公司在這個案例中，不但提供安裝節(jié)能系統(tǒng)的專業(yè)技能，也一并負擔其費用，交換條件是合金廠同意與其共享利益?？ㄋ诡D說，工廠經理并不具備解決這項挑戰(zhàn)的知識，如果他們想自己來，會高估風險，卻低估了報酬。
盡管如此，技術本身倒是直截了當，廢熱能轉化成電力的方式，跟大多數(shù)發(fā)電廠制造電力的方式完全一樣。標準電廠會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；接著把蒸汽導人渦輪機，這基本上就是一組經過排列的高科技風扇葉片，由于蒸汽前推的力量而轉動。渦輪機的轉軸帶動發(fā)電機，從而制造出電力；從遠程噴出的蒸汽則會通過冷卻器，再度凝結回液態(tài)水。
這套以蘇格蘭工程師蘭金命名的“蘭金循環(huán)”是一種將溫度差轉化為有用電力，既實用又有效的方法。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，所以工程師經常提到的高質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，主要就是蒸汽凝結回液態(tài)水的過程中浪費掉的能量。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械能，但是葛寧恩說，由于殘留的熱能質量較低，通常你必須再多用點力才能榨出能量。
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度廢氣熱能就會用來蒸發(fā)水，然后通過標準“蘭金循環(huán)”系統(tǒng)制造電力。卡斯頓說，熔礦業(yè)和冶煉業(yè)等大型工業(yè)通常都會排放出這樣的熱能，除了加熱周遭的空氣，毫無他用。
高質量熱能固然很誘人，不過化工業(yè)、造紙業(yè)等許多數(shù)不清的產業(yè)廢棄不用的低質量熱能，也有很多可以回收使用的機會。再生能源發(fā)展公司看準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械能。
高科技領域也同時在研發(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)電機體積小巧，也沒有活動的組件，汽車產業(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)較奇特的化學合成材質。具備納米結構的材質可以減低熱傳導度，降低熱能流動的速度，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，但是只花費數(shù)百美元，把熱電發(fā)電機裝在汽車上，還是很值得考慮的。
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