Lämmön talteenoton soveltaminen kaupunkialueiden lämmitykseen
Lämmön talteenoton soveltaminen aluelämmitykseen on olennaisesti energian kaskadikäytön ja kiertoregeneroinnin saavuttaminen, ja sen ydinarvo on "energiajätteen" ja "lämmitystarpeen" välisen rakenteellisen epäsuhtaisuuden purkaminen. Teollisen tuotannon ja kaupunkikäytön prosessissa suuri määrä keski- ja matalalämpöistä hukkalämpöä vapautuu suoraan ympäristöön, mikä ei ainoastaan aiheuta energiahäviöitä, vaan voi myös johtaa lämmön saastumiseen. Kiinan energiansäästöyhdistyksen lämpövoimateollisuuskomitean tietojen mukaan valtakunnallisen teollisuussektorin vuotuinen talteen otettava jäännöslämpö on noin 1,08 miljardia tonnia standardihiiliekvivalenttia, josta taloudellisesti kannattava talteenottopotentiaali on noin 320 miljoonaa tonnia tavallista hiiltä, mikä vastaa 47 % kaupunkien keskuslämmityksen kokonaisenergiankulutuksesta vuonna 2023. Perinteisiin lämmitysmuotoihin verrattuna lämmön talteenottolämmitys ei ole riippuvainen uusien fossiilisten polttoaineiden kulutuksesta. Se voi vain ottaa talteen, puhdistaa ja kuljettaa käyttämätöntä hukkalämpöä teknisten keinojen avulla täyttääkseen alueen asukkaiden, liike- ja julkisten rakennusten lämmitystarpeet ja saavuttaa kaksi tavoitetta: "energiansäästö ja hiilidioksidin vähentäminen" ja "elintulon turvallisuus".
Tällä hetkellä lämmön talteenottoteknologian soveltaminen aluelämmitykseen on muodostanut monipuolisia skenaarioita, jotka kattavat useita aloja, kuten teollisuuden hukkalämmön ja kaupunkien hukkalämmön, ja sopeutuvat eri alueiden lämmitystarpeisiin ja resursseihin. Teollisuuden hukkalämmön talteenotto on kypsin ja laajimmin käytetty skenaario. Keskeisten paljon energiaa kuluttavien teollisuudenalojen, kuten teräksen, sementin, kemian ja sähkön, prosessin jätekaasut, jäähdytysvedet, savukaasut ja muu hukkalämpö voidaan liittää suoraan aluelämpöverkkoon kohdistetun teknisen käsittelyn jälkeen. Esimerkiksi "Chatting Heat into Jinan" -projekti Shandongin maakunnassa käyttää lämmönlähteenä Liaocheng Xinfa Groupin voimalaitoksen teollisuuden hukkalämpöä ja siirtää lämpöenergiaa Jinaniin yli 100 kilometriä pitkän lämmitysputkiverkoston kautta. Saavutettuaan täyden kapasiteetin, se voi vastata noin 100 miljoonan neliömetrin lämmitystarpeeseen Jinanin kaupungissa. Kullakin lämmityskaudella voidaan korvata noin 1,299 miljoonaa tonnia tavallista hiiltä, vähentää hiilidioksidipäästöjä noin 3,56 miljoonalla tonnilla, mikä vastaa neljän uuden Saihanba-metsätilan lisäämistä hiilen sitomiseen vuodessa, ja siitä tulee vertailuprojekti alueellisen teollisuuden hukkalämmön lämmittämiseen.
Kaupunkien hukkalämmön talteenotto tarjoaa innovatiivisen polun lämmitykseen tiheästi asutuilla kaupunkialueilla. Se kattaa uudet lämmönlähteet, kuten jätteenpolton hukkalämmön, konesalin hukkalämmön ja jätevedenpuhdistamoiden jäteveden hukkalämmön. Tianjin Dongli District ottaa innovatiivisesti käyttöön lämpöenergian kaskadikäyttötekniikan muuntaakseen jätteenpolton tuottaman keski- ja matalalämpöisen hukkalämmön lämmityslähteiksi. Kolmivaiheisessa lämmönpoistoprosessissa hukkalämpö muunnetaan 80-asteiseksi kuumaksi vedeksi, joka kuljetetaan Dabizhuangin lämpökeskukseen 12 kilometriä pitkää lämmitysputkea pitkin, joka kattaa 3 miljoonan neliömetrin lämmitysalueen. Tämä ei ainoastaan hyödynnä täysin hukkalämpöä, joka syntyy jätteenpolttolaitoksen päivittäisestä 1900 tonnin kotitalousjätteen käsittelystä, vaan myös suoraan puolittaa lämmityskustannukset. Yksi lämmityskausi säästää noin 34 miljoonaa yuania hallitukselle myönnetyissä tuissa, mikä mahdollistaa ekologisen ja taloudellisen hyödyn. Lisäksi Pekingin Yizhuangissa sijaitseva datakeskus käyttää lämpöpumppujärjestelmää hukkalämmön talteenottoon ja talven lämmittämiseen 120 000 neliömetrille ympäröiville asuinalueille. Vuotuinen lämmön talteenotto on 150 000 GJ, mikä vähentää hiilidioksidipäästöjä noin 4200 tonnia, mikä osoittaa hukkalämmön hyödyntämisen valtavan potentiaalin kaupunkien uudessa infrastruktuurissa.
Teknologiset innovaatiot ovat ydintuki aluelämpövoiman vahvistamiseksi lämmön talteenotolla. Vuosien kehitystyön jälkeen kypsä teknologiajärjestelmä on muodostettu sopeutumaan erilaisiin hukkalämmön tyyppeihin, mukaan lukien pääasiassa lämpöpumpputekniikka, absorptiolämmönvaihto, orgaaninen Rankine-kierto (ORC) ja korkean -lämpötilan vesihöyryn muunnosjärjestelmä. Niistä lämpöpumpputekniikka soveltuu matalan-lämpöisen hukkalämmön talteenottoon ja hyödyntämiseen (alle 100 astetta). Pienen määrän sähköä kuluttamalla matala-laatuinen hukkalämpö voidaan nostaa lämpötilaan, joka vastaa lämmitystarpeita energiatehokkuussuhteella 3-4 tai enemmän. Sitä käytetään laajalti matalan lämpötilan hukkalämmön skenaarioissa, kuten datakeskuksissa ja jätevedenpuhdistamoissa. Absorptiolämmönvaihto- ja korkean lämpötilan vesihöyryn muunnosjärjestelmä soveltuu keski- tai korkean lämpötilan hukkalämmölle (yli 100 astetta), joka pystyy muuttamaan teollisuustuotannosta peräisin olevan korkean lämpötilan hukkalämmön suoraan lämmitysenergiaksi ilman lisälämmityskäsittelyä, mikä vähentää energiahävikkiä. Samalla älykkään teknologian integrointi lisää lämmöntalteenottolämmitysjärjestelmien vakautta ja tehokkuutta entisestään. Tekoälyalgoritmeihin perustuva lämpökuormituksen ennuste ja dynaaminen ohjausjärjestelmä voivat säätää lämmitysmäärää reaaliajassa ulkolämpötilan ja käyttäjän tarpeen mukaan välttäen energiahukkaa. Uusien faasimuutosten lämpövarastomateriaalien käyttö ratkaisee tehokkaasti epävakaan hukkalämmönsyötön kipupisteen ja varmistaa lämmityksen jatkuvuuden.