京津高村清數(shù)科技園數(shù)據(jù)中心余熱利用供能項目預(yù)計每年可節(jié)省標煤633.3噸，減排二氧化碳1659噸、二氧化硫5.4噸、二氧化氮4.6噸，為實現(xiàn)“雙碳”目標提供了可復(fù)制、可推廣的綜合能源解決方案。
“2022年，京津高村清數(shù)科技園(以下簡稱清數(shù)科技園)數(shù)據(jù)中心余熱利用供能項目實施后，如果將數(shù)據(jù)中心運行所產(chǎn)生的余熱收集起來，通過供冷系統(tǒng)冷凍水取熱技術(shù)，為清數(shù)科技園提供冬季供暖、夏季供冷以及生活熱水供應(yīng)，將大大提高數(shù)據(jù)中心用能效率。”2021年12月31日，國網(wǎng)(天津)綜合能源服務(wù)有限公司(以下簡稱天津能源)客戶經(jīng)理楊延春說，該項目預(yù)計每年可節(jié)省標煤633.3噸，減排二氧化碳1659噸、二氧化硫5.4噸、二氧化氮4.6噸，為實現(xiàn)“雙碳”目標提供了可復(fù)制、可推廣的綜合能源解決方案。
在近日發(fā)布的《2030年前碳達峰行動方案》中，“余熱”一詞在不同章節(jié)共出現(xiàn)5次，可見我國在戰(zhàn)略層面已經(jīng)對余熱利用的巨大價值予以重視。
低品位余熱仍有能量和價值
余熱在能源行業(yè)中具有重要地位。余熱資源普遍存在于鋼鐵、化工、輕工、食品生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域，是生產(chǎn)過程中釋放出來的可被利用的熱能。據(jù)國外研究機構(gòu)統(tǒng)計，工業(yè)部門在對化石能源的利用過程中，被有效利用的能源量僅占40%，其余60%都最終轉(zhuǎn)化為了余熱。
余熱按品位分為高品位、中品位、低品位，其中，中高品位的余熱大多通過余熱發(fā)電項目得到了回收利用。天津能源市場經(jīng)營部副經(jīng)理韓慎朝舉例說，比如渤化永利化工廠的高溫高壓蒸汽，需要使用減溫減壓閥，減成中壓和低壓的蒸汽，才能進一步利用。這種情況下，在中間加一個汽輪機，用高壓的蒸汽推動汽輪機做功，把壓力轉(zhuǎn)化為動能，可以帶動發(fā)電機發(fā)電。同時高壓的蒸汽也轉(zhuǎn)化成了低壓和中壓的蒸汽，繼續(xù)在工藝中使用。
而低品位余熱，包括熱值小于600千卡/標準立方米的低濃度可燃物，溫度低于800攝氏度的顯熱物體，溫度低于400攝氏度的低溫尾氣、煙氣，由于溫度低、濃度小、能量少，因此被當成廢熱，大多通過冷卻的形式排放或直接排放。
“廢熱雖然品位低，但仍然具有能量。”韓慎朝介紹，比如把低溫的熱水或冷卻水，經(jīng)過熱泵做功，提升至80攝氏度，在工業(yè)中還能再利用。此外還能將低品位工業(yè)余熱作為重要熱源補充，和熱電廠以及鍋爐房一起，用于城鎮(zhèn)集中供熱，對于解決北方城市冬季供熱熱源緊缺、降低北方集中供熱能源消耗、改善冬季大氣環(huán)境，以及進一步提高工業(yè)企業(yè)能源利用效率都具有十分重要的意義。
可以說，低品位余熱利用是一個能量梯級利用和實現(xiàn)整體能效提升的手段。
隨著技術(shù)進步，充分利用低品位工業(yè)余熱等低碳能源供應(yīng)低品位熱力需求，已成為節(jié)能降碳的必要路徑，也將成為我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要突破口。
余熱利用還有待各方有效協(xié)同
“我國在工業(yè)領(lǐng)域的能源消耗占總能耗的60%，但工業(yè)領(lǐng)域的余熱利用效率卻偏低，初步統(tǒng)計不足50%。”清華大學(xué)建筑學(xué)院副教授夏建軍曾經(jīng)在一次以低品位工業(yè)余熱利用為主題的研討會上如是說。
目前，熱力供給中煤炭、天然氣占比超過90%。由于大量低品位工業(yè)熱能長期得不到重視，造成了大量的能源資源浪費與高碳、高污染物排放，增加了環(huán)境治理的成本。
不過，隨著全社會對余熱利用的重視，低品位余熱也開始進入人們的視野。韓慎朝介紹：“我們之前做的渤海石化的項目就有低品位余熱的利用。原來煙氣是通過煙囪直接排放掉，后來我們應(yīng)用低溫余熱發(fā)電機組把熱量提取出來，轉(zhuǎn)化為動能，再推動發(fā)電機發(fā)電供企業(yè)使用。”
“發(fā)展余熱利用，面臨的一大困難是很多企業(yè)對此缺乏重視。”韓慎朝表示，有些企業(yè)覺得余熱提取節(jié)約的能量少，對于效益提升沒有太大幫助;或者余熱提取雖然整體量大，但是對于某一個企業(yè)來說卻很有限，這些都使得企業(yè)不夠重視這方面的工作。
韓慎朝說，必須讓余熱利用的觀念深入人心，讓人們認識到，過去余熱都白白扔掉了，現(xiàn)在如果把它用好，可以大幅減少化石能源的消耗，具有不小的經(jīng)濟價值。
據(jù)了解，目前已經(jīng)有一些能源企業(yè)開始嘗試通過給產(chǎn)生余熱的企業(yè)提供技術(shù)支持和投資支持，進行低品位余熱利用，產(chǎn)生節(jié)能經(jīng)濟效益之后，雙方再對經(jīng)濟收益進行分成，這樣可以引導(dǎo)產(chǎn)生余熱的企業(yè)接受“節(jié)能效益分享”模式。韓慎朝舉例說，比如數(shù)據(jù)中心沒有太多的供熱需求，但是它會產(chǎn)生大量蘊含余熱的冷卻水，提取出的熱量可以給周圍寫字樓等商用設(shè)施供熱，這就使余熱產(chǎn)生了經(jīng)濟效益。
專家表示，總體來看，我國低品位余熱利用規(guī)模還比較小，目前的落地項目基本以單個企業(yè)項目為主，缺乏系統(tǒng)統(tǒng)籌與規(guī)劃。雖然全國各地都在積極完成碳達峰、碳中和的目標，余熱利用也不存在技術(shù)上的障礙，但要真正實現(xiàn)廣泛的余熱利用還有待各方的有效協(xié)同。
數(shù)據(jù)中心成余熱利用新增長點
“數(shù)據(jù)中心是余熱利用新的增長點，天津的余熱利用增長就很快。”楊延春介紹，目前天津上規(guī)模的數(shù)據(jù)中心有三四十個，數(shù)據(jù)中心能耗密度非常高，盡管產(chǎn)生的余熱品位低一些，不像工業(yè)余熱能達到80—90攝氏度，而且數(shù)據(jù)中心的余熱還需要熱泵提溫，但是因為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器全年365天運轉(zhuǎn)不停，因此產(chǎn)生余熱的量非常大，且穩(wěn)定，屬于比較優(yōu)質(zhì)的低品位余熱。
據(jù)介紹，數(shù)據(jù)中心一般采用中央空調(diào)散熱，通過冷卻水循環(huán)讓室內(nèi)降溫，15攝氏度的水進到末端風(fēng)機盤管，吸收數(shù)據(jù)中心的熱量后變成20多攝氏度。“天津能源采用先進的磁懸浮水源熱泵技術(shù)，利用這些余熱，給數(shù)據(jù)中心旁邊的綜合體、寫字樓、商場、餐廳等設(shè)施供暖、供給熱水，并把供熱水變成15攝氏度后再進行末端介質(zhì)循環(huán)。”楊延春說。
以清數(shù)科技園數(shù)據(jù)中心余熱利用供能項目為例，天津能源與數(shù)據(jù)中心建立了余熱利用合作關(guān)系，后期園區(qū)有其他用熱單位入駐，都將從數(shù)據(jù)中心提取余熱向用熱單位提供供熱服務(wù)。根據(jù)規(guī)劃，整個清數(shù)科技園將有近10萬臺機架服務(wù)器，理論上能滿足四五百萬平方米建筑的供熱。
楊延春分析：“根據(jù)清數(shù)科技園項目測算，通過生活熱水加供冷、供熱，數(shù)據(jù)中心一年能降低160萬度電耗，節(jié)省約100萬元的能源費用;天津能源向清數(shù)科技園收取供冷供熱費，低于傳統(tǒng)集中供冷供熱價格;余熱利用所得供冷供熱費用減去運營的電費、人工等成本，天津能源還有部分差額收益。實際上，這個模式是三方共贏，數(shù)據(jù)中心節(jié)能，清數(shù)科技園的大樓降低了供冷、供熱成本，天津能源還能盈利，這種模式也屬于全國首創(chuàng)。”
在“雙碳”目標背景下，天津通過區(qū)域能源解決方案，為城市能源革命探索出了一條新路徑，最終實現(xiàn)了低品位余熱資源的綜合合理匹配。天津低品位余熱利用的探索，不僅實現(xiàn)了節(jié)能減排，而且對于改善環(huán)境也具有重要意義。
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