脱碳热成为一个热门话题

利用当地可利用的余热的区域供热网络可能是实现英国低碳能源承诺的关键。Will Stirling报道。

能源分配和供暖行业的工程师们正致力于一项艰巨但令人兴奋的挑战，这项挑战最近得到了政府的支持。

大约一半的能源消耗用于生产热能和热水，为了实现政府的碳排放目标，以遵守英国的《巴黎协定》义务，到2050年，这种能源的碳强度需要减少90%。由于来自加工厂、数据中心甚至污水的来源产生的大量废热正在从字面上进入烟囱，英国的能源和热量政策现在专注于捕捉这些热量并将其分配给消费者，从而减少CO，这并不令人惊讶₂排放和降低加热水所需的能量。

工程师和供热专家正在期待欧洲采用一种系统，将供暖和能源重新设计成智能、脱碳、集成的系统——供热网络。

传统的供暖系统，如燃气锅炉，往往是二元的——要么“完全打开”，要么“关闭”，需要高能量输入来将水的温度从环境温度中提高，以便为建筑物供暖，比如40°C。从废弃物中获取热量的热网被设计成以高于环境温度(可能为10°C或更低)的温度供应水，从而降低了加热水所需的能量。

热网络的另一个吸引人的特点是，一个设计良好的系统可以同时用于加热和冷却。它还使用当地可用的资源，最大限度地减少昂贵的热量运输，并使用未开发的资源，如加工厂、数据中心或地面源。

“英国在电力脱碳方面一直做得很好，但大规模的热量脱碳一直处于难以处理的境地，”Vattenfall heat英国业务发展主管伊根•马奎尔博士(Dr Eoghan Maguire)表示。“但它现在正在解决供暖问题，并开始解决运输问题，并通过部门耦合更好地连接系统。”

Vattenfall Heat在欧洲拥有220万客户。它正在帮助将阿姆斯特丹的热量和能源需求转变为一个智能电网，其中包括电动汽车的充电站。现在，它正在把它的热网络专业知识带到英国，在3月份成立了Vattenfall heat UK。

现在政府也加入了。2018年10月，英国商业、能源和工业战略部(BEIS)启动了一项3.2亿英镑计划的最新阶段，以鼓励大规模部署热网。作为热力网络投资项目(HNIP)的一部分，热力网络开发商将获得500万英镑的赠款和最高1000万英镑的贷款。政府希望利用种子基金获得约10亿英镑的投资。

当HNIP于2016年10月首次推出时，政府表示，整个项目的目标是吸引20亿英镑的公共和私营部门投资。BEIS发言人表示，将在2019年春季对第一轮申请进行评估。首批资助计划预计将在19/20财政年度初实施。

城市化是驱动因素

对于工程师来说，考虑到英国区域热网的潜力，到2050年实现碳减排目标的任务规模似乎更容易实现。一些欧洲国家，尤其是德国和北欧国家的例子是值得注意的。以柏林为例，该市30%的热水和供暖需求由Vattenfall拥有和运营的区域热网满足，包括E.ON在内的供应商提供的城市热网甚至更多。随着网络的扩张，这一比例也在不断增长，目前仅Vattenfall一家每年就有22500个家庭参与。

“我们相信热网在英国和全球减少碳排放方面发挥着巨大的作用——目前供应英国2%的供暖需求，但到2050年有可能供应到18%。”意昂集团英国区域供热业务负责人约翰·阿姆斯特朗表示，该公司在欧洲也有很大的业务，在英国运营着60多个区域供热网络，包括德文郡的克兰布鲁克区域供热网络(DHN)，这是该公司在地理上最大的网络，预计将降低CO₂一旦所有设施完工并投入使用，每年的排放量将减少1.3万吨。

虽然克兰布鲁克是一个使用“社区能源中心”作为热源的城镇，但大城市是热网命题的核心。随着大城市人口的扩张，这给供暖基础设施和碳排放带来了压力。“特别是，热力网络对城市提供能源至关重要，城市消耗了全球三分之二的能源，贡献了全球70%的CO₂阿姆斯特朗说。“到2050年，预计全球66%的人口将生活在城市，新增25亿城市居民，因此我们认为热网是解决方案的主要组成部分。”

Vattenfall公司的伊根·马奎尔说，研究表明，伦敦每年的总热量需求是66太瓦时(太瓦时)。他说:“最近为大伦敦管理局(Greater London Authority)进行的一项研究表明，伦敦从二级来源输送的总热量为71太瓦时(TWh)。”这表明，从理论上讲，超级高效的热捕获可以使伦敦的供暖几乎不受化石燃料资源的影响。“我们目前正在浪费热量，这些热量正在进入烟囱，实际上正在导致全球变暖。这种情况不能继续下去。”

工程设计

热网络的一个重要特征是它能以最佳方式利用环境来捕获和分配热量。热网的设计主要有两种方式。一种是集中式系统，将一个大的单一热源与热泵耦合，更像是一个巨大的热交换器，将原始热量的温度调节到有用的水平，另一种是分散系统，在建筑物中使用多个较小的锅炉，这是一个由迷你单元组成的集成网络。

Vattenfall heat英国公司的首席工程师桑德拉·斯利特(Sandra Slihte)说:“当我们看到有大量现成的废热源时，可以调整温度，用管道输送热量，但你不想把它输送到太远的地方，以保持系统的效率。”“在没有现成的废热源的情况下，管道是铜丝(而不是管道)，在建筑物的本地热泵网络中创建一个系统。英国将根据具体情况将这两种系统结合起来。”

英国公用事业公司所追求的热网的一个特点是低温网络。这样的网络可以让你使用较低等级的热量，例如，制冷或空调排出的热量。意昂集团拥有在欧洲和英国运营热网络的经验，并希望通过下一代低温网络开发该技术，例如意昂集团的“Ectogrid”，该网络通过分散能源发电提供更高的效率，使建筑物能够将能量输入和抽出网络。阿姆斯特朗说:“如果你使用一个温度较低的网络，你就可以再次利用这些热量，这样当热量通过城市环境时，你几乎可以循环利用这些热量，并重复使用几次。”

热网的兴起对制造商来说应该是个好消息。如今，能源中心和连接工厂到网络的许多物理基础设施都是从德国等大型DHN市场进口的。在英国，更多的dnn将为管道、阀门、泵、热交换设备和控制系统创造更大的市场。

2月4日，3.2亿英镑的HNIP主要项目开始申请。BEIS的一位发言人说:“热网投资项目为全国各地的创新能源项目开辟了一条通往市场的道路，并展示了清洁增长战略的一个关键目标:为全国各地的社区提供降低账单、减少碳排放和提高生活质量的技术。”

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