Zastosowanie odzysku ciepła w ogrzewaniu obszarów miejskich

Zastosowanie odzysku ciepła w ciepłownictwie regionalnym ma zasadniczo na celu osiągnięcie kaskadowego wykorzystania i cyklicznej regeneracji energii, a jego podstawową wartością jest przełamanie strukturalnego niedopasowania pomiędzy „marnotrawieniem energii” a „zapotrzebowaniem na ciepło”. W procesie produkcji przemysłowej i eksploatacji miejskiej duża ilość średnio- i niskotemperaturowego ciepła odpadowego jest bezpośrednio odprowadzana do środowiska, co nie tylko powoduje straty energii, ale może także prowadzić do zanieczyszczenia cieplnego. Według danych Komitetu Przemysłu Energetyki Cieplnej Chińskiego Stowarzyszenia Ochrony Energii, roczne możliwe do odzyskania ciepło resztkowe w krajowym sektorze przemysłowym wynosi około 1,08 miliarda ton standardowego ekwiwalentu węgla, z czego ekonomicznie uzasadniony potencjał odzysku wynosi około 320 milionów ton standardowego węgla, co odpowiada 47% całkowitego zużycia energii przez miejskie centralne ogrzewanie w 2023 roku. Zapewnia to wystarczające potencjalne źródła ciepła dla ciepłownictwa regionalnego. W porównaniu z tradycyjnymi sposobami ogrzewania, ogrzewanie z odzyskiem ciepła nie opiera się na zużyciu nowych paliw kopalnych. Może jedynie wychwytywać, oczyszczać i transportować niewykorzystane ciepło odpadowe za pomocą środków technologicznych, aby zaspokoić potrzeby grzewcze mieszkańców, budynków komercyjnych i publicznych w regionie, osiągając podwójne cele: „oszczędność energii i redukcja emisji dwutlenku węgla” oraz „bezpieczeństwo źródeł utrzymania”.

Obecnie zastosowanie technologii odzyskiwania ciepła w ciepłownictwie regionalnym doprowadziło do powstania zróżnicowanych scenariuszy, obejmujących wiele dziedzin, takich jak przemysłowe ciepło odpadowe i ciepło odpadowe komunalne, oraz dostosowujących się do potrzeb grzewczych i możliwości wykorzystania zasobów różnych regionów. Odzysk ciepła odpadowego w przemyśle jest najbardziej dojrzałym i powszechnie stosowanym scenariuszem. Gazy odlotowe z procesu technologicznego, woda chłodząca, gazy spalinowe i inne ciepło odpadowe wytwarzane przez kluczowe gałęzie przemysłu zużywające dużo energii, takie jak stal, cement, chemia i energia elektryczna, mogą być bezpośrednio podłączone do regionalnej sieci ciepłowniczej po ukierunkowanej obróbce technicznej. Na przykład projekt „Rozmowa ciepła w Jinan” w prowincji Shandong wykorzystuje jako źródło ciepła ciepło odpadowe przemysłowe z elektrowni Liaocheng Xinfa Group i przesyła energię cieplną do spółki Jinan siecią rurociągów ciepłowniczych o długości ponad 100 km. Po osiągnięciu pełnej wydajności może zaspokoić zapotrzebowanie na ciepło około 100 milionów metrów kwadratowych w mieście Jinan. Każdy sezon grzewczy może zastąpić około 1,299 miliona ton standardowego węgla, zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o około 3,56 miliona ton, co równa się dodaniu czterech nowych gospodarstw leśnych Saihanba do sekwestracji dwutlenku węgla w ciągu jednego roku, stając się projektem wzorcowym w zakresie międzyregionalnego ogrzewania odpadami przemysłowymi.

Odzysk ciepła odpadowego z obszarów miejskich zapewnia innowacyjną ścieżkę ogrzewania na gęsto zaludnionych obszarach miejskich, obejmującą nowe źródła ciepła, takie jak ciepło odpadowe ze spalania śmieci, ciepło odpadowe z centrów danych i ciepło odpadowe z oczyszczalni ścieków. Okręg Tianjin Dongli w innowacyjny sposób wykorzystuje technologię kaskadowego wykorzystania energii cieplnej do przekształcania średnio- i niskotemperaturowego ciepła odpadowego powstałego w wyniku spalania śmieci w źródła ciepła. W trzy-etapowym procesie ekstrakcji ciepła ciepło odpadowe jest przekształcane w gorącą wodę do ogrzewania o temperaturze 80 stopni, która jest transportowana do ciepłowni w Dabizhuang rurociągiem ciepłowniczym o długości 12 km, pokrywającym obszar grzewczy o powierzchni 3 milionów metrów kwadratowych. Pozwala to nie tylko w pełni wykorzystać ciepło odpadowe powstające w wyniku codziennego przetwarzania 1900 ton śmieci domowych przez spalarnię śmieci, ale także bezpośrednio obniża o połowę koszty ogrzewania. Jeden sezon grzewczy pozwala zaoszczędzić około 34 milionów juanów w postaci dotacji dla rządu, co zapewnia korzyści ekologiczne i ekonomiczne korzystne dla obu stron. Ponadto centrum danych w Yizhuang w Pekinie wykorzystuje system pomp ciepła do odzyskiwania ciepła odpadowego i zapewnia ogrzewanie w zimie 120 000 metrów kwadratowych okolicznych obszarów mieszkalnych. Roczny odzysk ciepła sięga 150 000 GJ, redukując emisję dwutlenku węgla o około 4200 ton, co pokazuje ogromny potencjał wykorzystania ciepła odpadowego w nowej infrastrukturze miejskiej.

Innowacje technologiczne stanowią podstawowe wsparcie na rzecz wzmocnienia regionalnego ciepłownictwa poprzez odzysk ciepła. Po latach rozwoju stworzono dojrzały system technologiczny umożliwiający dostosowanie się do różnych typów ciepła odpadowego, obejmujący głównie technologię pomp ciepła, absorpcyjną wymianę ciepła, organiczny cykl Rankine’a (ORC) i system konwersji pary wodnej w wysokiej-temperaturze. Wśród nich technologia pomp ciepła nadaje się do odzyskiwania i wykorzystania niskotemperaturowego-ciepła odpadowego (poniżej 100 stopni). Zużywając niewielką ilość energii elektrycznej, ciepło odpadowe niskiej-można podnieść do temperatury, która może zaspokoić potrzeby grzewcze, przy współczynniku efektywności energetycznej wynoszącym 3-4 lub więcej. Jest szeroko stosowany w niskotemperaturowych-scenariuszach wykorzystujących ciepło odpadowe, takich jak centra danych i oczyszczalnie ścieków; Absorpcyjny system wymiany ciepła i-wysokotemperaturowej konwersji pary wodnej jest odpowiedni dla średnio- i wysokotemperaturowego ciepła odpadowego (powyżej 100 stopni), które może bezpośrednio przekształcać wysokotemperaturowe ciepło odpadowe z produkcji przemysłowej w energię grzewczą bez dodatkowej obróbki cieplnej, co zmniejsza straty energii. Jednocześnie integracja inteligentnej technologii jeszcze bardziej zwiększa stabilność i wydajność systemów grzewczych z odzyskiem ciepła. W oparciu o algorytmy AI system przewidywania obciążenia cieplnego i dynamicznego sterowania może regulować ilość ogrzewania w czasie rzeczywistym w zależności od temperatury zewnętrznej i zapotrzebowania użytkownika, unikając marnowania energii. Zastosowanie nowych materiałów do magazynowania ciepła ze zmianą fazową skutecznie rozwiązuje problem niestabilnego dostarczania ciepła odpadowego i zapewnia ciągłość ogrzewania.