Споживання енергоресурсів у всьому світі безперервно збільшується, млрд. т умовного палива:
1900-1925 рр. - 30; 1950-1975 рр. - 95;
1925-1950 рр. - 50; 1975-2000 рр. – 300-450.
Нині на одну людину припадає в середньому в США - близько 7 т енергоресурсів, у Японії - 1,5-5 т, а в країнах, що розвиваються, - 0,15- 0,3 т у нафтовому еквіваленті (нафтовий еквівалент 1 т = 44 • 1015 Дж). У період з 1990 до 2000 р. споживання енергоресурсів на 1 людину збільшилося приблизно в 5 разів. Задоволення зростаючих потреб населення полягає в раціональному використанні енергоресурсів, якого досягають кількома способами:
-реструктиризацією енергоємних галузей господарства з використанням менш енергоємних;
- економією енергоресурсів у всіх галузях господарської діяльності;
- використанням нетрадиційних джерел енергії;
- використанням вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР), тобто утилізацією відходів теплоти й енергії.
Ці способи реалізуються відповідно до закону енерговіддачі в природокористуванні: у процесі добування з природних систем корисної продукції з часом (в історичному аспекті) на її виготовлення витрачається в середньому дедалі більше енергії (зростають енергетичні витрати на одну людину). Так, якщо в неоліті витрати на одну людину становили 42 000 кДж (близько 10-12 тис. кДж для харчування), наприкінці середніх віків - 92 000 кДж, то в 1970 р. на одного жителя США - 964 000 кДж. Ці потреби, очевидно, зростатимуть і надалі.
Враховуючи вичерпність викопного палива та забруднення довкілля відходами енергетики, дедалі більше зростатиме значення відновних джерел енергії. За прогнозами, до 2020 р. ці джерела замінять близько 2,5 млрд. т палива. їх частка у виробництві електроенергії й теплоти становитиме 8 %. Отже, дедалі більше використовуватимуть енергію Сонця (геліостанції), вітру (вітродвигуни), геотермальні теплові електростанції (ГеоТЕС), енергію океанів у вигляді теплоти, енергії течій, хвиль і припливів.
Для виробництва електричної й теплової енергії у лісопереробній промисловості використовують біомасу - енергоносії рослинного походження. Турбогенератори, що працюють на продуктах газифікації біомаси, можуть успішно конкурувати з традиційними тепловими, ядерними та гідравлічними енергоресурсами.
Істотним резервом економії енергії є використання вторинних енергетичних ресурсів (теплових відходів). На машинобудівних підприємствах тепловими відходами є фізична теплота викидних газів, охолодження нагрівних і термічних печей та вагранок, теплота відпрацьованої пари ковальсько-пресового обладнання тощо.
У чорній та кольоровій металургії до теплових ВЕР належать фізична теплота основної продукції та відходів виробництва, теплота викидних газів мартенівських і доменних печей, конверторів, нагрівних печей прокатного виробництва, а також відведена теплота після охолодження агрегатів.
У хімічній промисловості в значних кількостях ВЕР утворюються в результаті виробництва сульфатної та нітратної кислот, аміаку, каустичної соди, добрив, хімічних волокон і пластмас. Це теплота викидних газів, фізична теплота охолодних рідин промивних ванн, теплообмінників, теплота відпрацьованої пари й конденсату тощо.
На підприємствах нафтопереробної промисловості ВЕР - це фізична теплота продукційного потоку, викидних газів трубчастих печей і печей спалювання гідрогенсульфіду, установок регенерації каталізатора, фізична теплота після спалювання токсичної органіки і теплота охолодної води.
Вторинні енергетичні ресурси є також на тепло- і електростанціях (ТЕС і ГЕС). На ТЕС - це теплота охолодної води конденсаційних пристроїв, на ГЕС - відходи тепловиділення в електрогенераторах. Джерелами ВЕР є викидні димові гази котелень або відведені продукти спалювання в газотурбінних установках, нагріта охолодна вода із системи охолодження генераторів електростанцій. На АЕС - теплота конденсату і охолодних систем.
Утилізацію відходів теплоти й енергії здійснюють, безпосередньо використовуючи їх у процесах, які були джерелом цих відходів, або в інших, та за допомогою теплообмінних пристроїв різної конструкції - рекуператорів, регенераторів, котлів-утилізаторів, а також в інших конструкціях, наприклад агрегатах мотор-насос-турбіна. Відпрацьовані пару й гарячу воду використовують зазвичай безпосередньо (без трансформації в інші енергоносії) для опалення та гарячого водозабезпечення. Теплоту викидних газів можна використати для сушіння, випарювання, дистиляції та здійснення інших процесів.
У хімічній та деяких інших галузях промисловості утилізовану теплоту продуктів реакції використовують для попереднього нагрівання сировини (реагентів), що надходить у ті самі апарати. Таке нагрівання здійснюють у рекуператорах, регенераторах і теплообмінниках. Реагенти надходять у теплообмінник 1 (рис. 4.2), де нагріваються за рахунок теплоти гарячих продуктів, які виходять з реакційного апарата, а потім подаються в реактор 2. За цією схемою теплообмін між гарячими й холодними продуктами відбувається через стінки труб теплообмінника
Регенератори застосовують для утилізації теплоти газів. Вони складаються з періодично діючих камер, заповнених насадкою з огнетривкої цегли. Для створення безперервного процесу потрібно мати не менш як два регенератори. Гарячий газ спочатку проходить через регенератор А, нагріває його насадку, а сам охолоджується. Холодний газ проходить через регенератор Б і нагрівається за допомогою попередньо нагрітої насадки. За такого режиму роботи непарні заслінки І, 3, 5, 7 закриті, а парні - 2, 4, 6 і 8 - відкриті. Після нагрівання насадки регенератора А і охолодження насадки регенератора Б здійснюють перемикання і гарячий газ спрямовують у регенератор Б, а холодний - у регенератор А. При цьому парні заслінки мають бути відкритими, а непарні - закритими. Після охолодження насадки регенератора А і нагрівання насадки регенератора ізнову здійснюють перемикання. За організації такої періодичної роботи регенераторів забезпечується постійне нагрівання холодного газу за рахунок теплоти гарячого газу, який викидається.