C2I 2018:平衡能源网络(BEN)使供暖脱碳

伦敦正在试验一种通过建筑间共享能源和使用热泵来降低供暖碳排放的系统

BEN旨在创建和开发一种被称为“供热互联网”的新型供热网络，目前已接近由Innovate UK资助的27个月项目的尾声。BEN是供暖脱碳努力的一部分，2016年英国的碳排放总量超过30%。政府将这一努力描述为实现碳减排目标最困难的政策和技术挑战，2017年的要求是到2030年通过低碳网络提供40TW小时的热量，到2020年提供10TW小时的热量。由于目前建造的80%的房屋到2050年仍将存在，因此该项目既适合安装在新建房屋中，也适合改造现有建筑。

合作团队的成员正在试图演示一种称为冷水热网络(CWHN)的热共享概念，该概念适用于在正常加热回路温度为80°C的情况下运行的新型先进热泵，以及现有的燃气锅炉。CWHN的目的是能够有机地扩展并连接整个城市，并与天然含水层的大规模季节性储热和先进水库的短期高温储热相关联;所有这些都将能够在基于云的需求侧响应聚合器的控制下运行。

CWHN由ICAX开发，ICAX是该项目的协调者;它还设计和开发了一种新型的高温泵，这是这个概念的核心。与此同时，LSBU正在充当一个实验网络的主机站点，同时还提供网络的系统建模和评估。Terra Firma地面调查公司(TFGI)设计并钻了两个110米的钻孔来调节网络温度。向上能源提供了系统电气元件的需求侧管理分析和基于云的控制;混合，设计开发储热缸;Origen Power与克兰菲尔德大学(Cranfield University)合作开发了一种称为燃料电池分解器的设备，这种设备可以在发电的同时去除大气中的二氧化碳。

更多2018年c2i2018获奖者请点击这里

简而言之，热量共享网络的工作原理是通过接近地面温度的建筑物之间的管道电路传递热量，并通过每个建筑物的热泵回收热量。这些热泵旨在取代现有建筑中的燃气锅炉，而不需要更换现有的热分配系统。

这种类型的系统优于传统的CHP(热电联产)区域供热系统的优点包括:通过回收低品位废热将不同的供热系统集成;同时提供加热和冷却，并通过利用现有的基础设施降低安装成本。当建筑商需要降温时，热量可以释放到区域回路中，为需要降温的建筑物供暖。其结果是一个灵活的网络，既有利于释放热量，也有利于提取热量。该系统内置的设备可以交换有关加热和冷却的来源和需求的信息，从而可以灵活地使用可用能源。

LSBU能源和建筑服务工程高级讲师Aaron Gillich说:“供热网络的能源效率有巨大的提高，我们已经知道很长时间了。”但他补充说，建立这样的网络存在重大的工程挑战，尤其是它们的规模。“这些东西很大。我们必须提前几十年制定计划，我们必须知道未来的需求是什么，谁会是客户。客户和供应商的长期法律问题变得非常棘手，无法提前那么长时间计划。”

吉利奇说，一个困难是传统的系统只能加热;英国是一个非常注重供暖的国家，但随着气候变化，我们可能不得不更多地考虑限制夏季过热。在系统中使用热泵代表了加热的电气化，他说，脱碳的一个重要组成部分可以来自低碳源。Gillich解释说，在LSBU，热泵系统与钻孔储热相连接，由钻井专家TFGI在白垩含水层中钻了两个100米的孔，当需要时，可以在大约15°C的温度下从那里取水来调节循环的温度。“出于某种原因，我们还没有在英国真正做到这一点，”他说。“有钻孔服务于个别建筑，但它们还没有连接成网络。”

吉利奇说，该系统的另一个重要组成部分是需求方面的反应。他解释说，这类似于电网中的电池管理系统:它在需要时开启充放电，以平衡整个系统;在这种情况下，它在建筑物之间穿梭热量，必要时将其倾倒到10,000升热水储存罐中。燃料电池分解炉组件提供了一种非间断的发电方式，为热泵提供动力。

分解炉的工作原理是将天然气注入标准燃料电池中以产生电力。这个过程产生热量，将石灰石分解成石灰(CaO)和纯二氧化碳，可以使用或储存在地下。这种生产线也可以用于工业生产，在此过程中，它吸收二氧化碳，并转化为碳酸钙——原始的石灰石。总的来说，该过程是负碳的，每千瓦时发电吸收800克碳，而传统燃烧技术每千瓦时释放400克二氧化碳。Origen Power的蒂姆·克鲁格(Tim Kruger)建议使用石灰来对抗海洋酸化。“当你把二氧化碳添加到海水中时，你吸收的二氧化碳是你在工业上使用时的两倍。”

该项目已经为合作伙伴带来了回报。ICAX和LSBU已经赢得了两个进一步的合作研发项目，并正在就进一步的研发提案进行合作;Origen已经获得了一项重大的进一步研发奖，并正在与ICAX和LSBU合作提出建议;Upside和Mixergy还获得了研发奖。ICAX、Upside、Mixergy和Origen也即将获得商业收益。