Ứng dụng thu hồi nhiệt trong sưởi ấm khu vực đô thị
Ứng dụng thu hồi nhiệt trong sưởi ấm khu vực về cơ bản là để đạt được việc sử dụng theo tầng và tái tạo năng lượng theo chu trình, và giá trị cốt lõi của nó nằm ở việc phá vỡ sự không phù hợp về cấu trúc giữa "lãng phí năng lượng" và "nhu cầu sưởi ấm". Trong quá trình sản xuất công nghiệp và vận hành đô thị, một lượng lớn nhiệt thải ở nhiệt độ trung bình và thấp được thải trực tiếp ra môi trường, không chỉ gây thất thoát năng lượng mà còn có thể dẫn đến ô nhiễm nhiệt. Theo dữ liệu từ Ủy ban Công nghiệp Nhiệt điện thuộc Hiệp hội Bảo tồn Năng lượng Trung Quốc, nhiệt dư có thể thu hồi hàng năm trong ngành công nghiệp quốc gia là khoảng 1,08 tỷ tấn than tiêu chuẩn tương đương, trong đó tiềm năng thu hồi khả thi về mặt kinh tế là khoảng 320 triệu tấn than tiêu chuẩn, tương đương 47% tổng mức tiêu thụ năng lượng của sưởi ấm tập trung đô thị vào năm 2023. Điều này cung cấp đủ nguồn nhiệt tiềm năng cho sưởi ấm khu vực. So với các phương thức sưởi ấm truyền thống, sưởi ấm thu hồi nhiệt không phụ thuộc vào việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch mới. Nó chỉ có thể thu giữ, thanh lọc và vận chuyển nhiệt thải nhàn rỗi thông qua các phương tiện công nghệ để đáp ứng nhu cầu sưởi ấm của người dân, các tòa nhà thương mại và công cộng trong khu vực, đạt được mục tiêu kép là "bảo tồn năng lượng và giảm lượng carbon" và "an ninh sinh kế".
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ thu hồi nhiệt trong sưởi ấm khu vực đã hình thành các kịch bản đa dạng, bao gồm nhiều lĩnh vực như nhiệt thải công nghiệp và nhiệt thải đô thị, đồng thời thích ứng với nhu cầu sưởi ấm và nguồn tài nguyên của các khu vực khác nhau. Thu hồi nhiệt thải công nghiệp là phương án hoàn thiện nhất và được sử dụng rộng rãi. Quá trình xử lý khí thải, nước làm mát, khí thải và nhiệt thải khác được tạo ra bởi các ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng cao như thép, xi măng, hóa chất và điện có thể được kết nối trực tiếp với mạng lưới sưởi ấm khu vực sau khi xử lý kỹ thuật theo mục tiêu. Ví dụ, dự án "Chatting Heat to Jinan" ở tỉnh Sơn Đông sử dụng nhiệt thải công nghiệp từ nhà máy điện của Tập đoàn LiaoThành Xinfa làm nguồn nhiệt và truyền năng lượng nhiệt đến Tế Nam thông qua mạng lưới đường ống sưởi ấm dài hơn 100 km. Sau khi đạt công suất tối đa, nó có thể đáp ứng nhu cầu sưởi ấm cho khoảng 100 triệu mét vuông ở thành phố Tế Nam. Mỗi mùa sưởi ấm có thể thay thế khoảng 1,299 triệu tấn than tiêu chuẩn, giảm lượng khí thải carbon dioxide khoảng 3,56 triệu tấn, tương đương với việc bổ sung thêm bốn trang trại rừng Saihanba mới để cô lập carbon trong một năm, trở thành dự án chuẩn về sưởi ấm chất thải công nghiệp xuyên khu vực.
Thu hồi nhiệt thải đô thị mang đến một giải pháp đổi mới để sưởi ấm ở các khu đô thị đông dân cư, bao gồm các nguồn nhiệt mới như nhiệt thải đốt rác thải, nhiệt thải của trung tâm dữ liệu và nhiệt thải của nhà máy xử lý nước thải. Quận Dongli Thiên Tân áp dụng một cách sáng tạo công nghệ sử dụng tầng năng lượng nhiệt để chuyển đổi nhiệt thải ở nhiệt độ trung bình và thấp do đốt rác thải thành nguồn sưởi ấm. Thông qua quy trình tách nhiệt ba-giai đoạn, nhiệt thải được chuyển thành nước nóng làm nóng 80 độ, được vận chuyển đến trạm sưởi ấm Dabizhuang thông qua đường ống sưởi ấm dài 12 km, bao phủ khu vực sưởi ấm rộng 3 triệu mét vuông. Điều này không chỉ tận dụng triệt để nhiệt thải được tạo ra từ quá trình xử lý 1900 tấn rác thải sinh hoạt hàng ngày của nhà máy đốt rác mà còn trực tiếp cắt giảm một nửa chi phí sưởi ấm. Một mùa sưởi ấm tiết kiệm được khoảng 34 triệu nhân dân tệ tiền trợ cấp cho chính phủ, đạt được tình thế đôi bên cùng có lợi về lợi ích kinh tế và sinh thái. Ngoài ra, một trung tâm dữ liệu ở Yizhuang, Bắc Kinh, sử dụng hệ thống bơm nhiệt để thu hồi nhiệt thải và cung cấp hệ thống sưởi ấm vào mùa đông cho 120.000 mét vuông khu dân cư xung quanh. Lượng nhiệt thu hồi hàng năm đạt 150000 GJ, giảm lượng khí thải carbon khoảng 4200 tấn, chứng tỏ tiềm năng to lớn của việc sử dụng nhiệt thải trong cơ sở hạ tầng đô thị mới.
Đổi mới công nghệ là hỗ trợ cốt lõi để tăng cường khả năng thu hồi nhiệt trong khu vực. Sau nhiều năm phát triển, một hệ thống công nghệ hoàn thiện đã được hình thành để thích ứng với các loại nhiệt thải khác nhau, chủ yếu bao gồm công nghệ bơm nhiệt, trao đổi nhiệt hấp thụ, chu trình Rankine hữu cơ (ORC) và hệ thống chuyển đổi hơi nước ở nhiệt độ cao. Trong số đó, công nghệ bơm nhiệt phù hợp cho việc thu hồi và tận dụng nhiệt thải ở nhiệt độ-thấp (dưới 100 độ). Bằng cách tiêu thụ một lượng điện nhỏ, nhiệt thải-cấp thấp có thể được nâng lên nhiệt độ có thể đáp ứng nhu cầu sưởi ấm với tỷ lệ hiệu suất năng lượng từ 3-4 trở lên. Nó được sử dụng rộng rãi trong{10}các tình huống nhiệt thải ở nhiệt độ thấp như trung tâm dữ liệu và nhà máy xử lý nước thải; Hệ thống trao đổi nhiệt hấp thụ và chuyển đổi hơi nước ở nhiệt độ cao{12}}thích hợp cho nhiệt thải ở nhiệt độ trung bình đến cao (trên 100 độ), có thể chuyển đổi trực tiếp nhiệt thải ở nhiệt độ cao từ sản xuất công nghiệp thành năng lượng sưởi ấm mà không cần xử lý nhiệt bổ sung, giảm thất thoát năng lượng. Đồng thời, việc tích hợp công nghệ thông minh càng nâng cao tính ổn định và hiệu quả của hệ thống sưởi thu hồi nhiệt. Dựa trên thuật toán AI, hệ thống dự đoán tải nhiệt và điều khiển động có thể điều chỉnh lượng sưởi ấm theo thời gian thực theo nhiệt độ ngoài trời và nhu cầu của người dùng, tránh lãng phí năng lượng. Việc áp dụng vật liệu lưu trữ nhiệt thay đổi pha mới giải quyết một cách hiệu quả điểm yếu của việc cung cấp nhiệt thải không ổn định và đảm bảo sưởi ấm liên tục.
