京津高村清数科技园数据中心余热利用供能项目预计每年可节省标煤633.3吨，减排二氧化碳1659吨、二氧化硫5.4吨、二氧化氮4.6吨，为实现“双碳”目标提供了可复制、可推广的综合能源解决方案。
“2022年，京津高村清数科技园(以下简称清数科技园)数据中心余热利用供能项目实施后，如果将数据中心运行所产生的余热收集起来，通过供冷系统冷冻水取热技术，为清数科技园提供冬季供暖、夏季供冷以及生活热水供应，将大大提高数据中心用能效率。”2021年12月31日，国网(天津)综合能源服务有限公司(以下简称天津能源)客户经理杨延春说，该项目预计每年可节省标煤633.3吨，减排二氧化碳1659吨、二氧化硫5.4吨、二氧化氮4.6吨，为实现“双碳”目标提供了可复制、可推广的综合能源解决方案。
在近日发布的《2030年前碳达峰行动方案》中，“余热”一词在不同章节共出现5次，可见我国在战略层面已经对余热利用的巨大价值予以重视。
低品位余热仍有能量和价值
余热在能源行业中具有重要地位。余热资源普遍存在于钢铁、化工、轻工、食品生产等工业领域，是生产过程中释放出来的可被利用的热能。据国外研究机构统计，工业部门在对化石能源的利用过程中，被有效利用的能源量仅占40%，其余60%都最终转化为了余热。
余热按品位分为高品位、中品位、低品位，其中，中高品位的余热大多通过余热发电项目得到了回收利用。天津能源市场经营部副经理韩慎朝举例说，比如渤化永利化工厂的高温高压蒸汽，需要使用减温减压阀，减成中压和低压的蒸汽，才能进一步利用。这种情况下，在中间加一个汽轮机，用高压的蒸汽推动汽轮机做功，把压力转化为动能，可以带动发电机发电。同时高压的蒸汽也转化成了低压和中压的蒸汽，继续在工艺中使用。
而低品位余热，包括热值小于600千卡/标准立方米的低浓度可燃物，温度低于800摄氏度的显热物体，温度低于400摄氏度的低温尾气、烟气，由于温度低、浓度小、能量少，因此被当成废热，大多通过冷却的形式排放或直接排放。
“废热虽然品位低，但仍然具有能量。”韩慎朝介绍，比如把低温的热水或冷却水，经过热泵做功，提升至80摄氏度，在工业中还能再利用。此外还能将低品位工业余热作为重要热源补充，和热电厂以及锅炉房一起，用于城镇集中供热，对于解决北方城市冬季供热热源紧缺、降低北方集中供热能源消耗、改善冬季大气环境，以及进一步提高工业企业能源利用效率都具有十分重要的意义。
可以说，低品位余热利用是一个能量梯级利用和实现整体能效提升的手段。
随着技术进步，充分利用低品位工业余热等低碳能源供应低品位热力需求，已成为节能降碳的必要路径，也将成为我国实现碳达峰、碳中和目标的重要突破口。
余热利用还有待各方有效协同
“我国在工业领域的能源消耗占总能耗的60%，但工业领域的余热利用效率却偏低，初步统计不足50%。”清华大学建筑学院副教授夏建军曾经在一次以低品位工业余热利用为主题的研讨会上如是说。
目前，热力供给中煤炭、天然气占比超过90%。由于大量低品位工业热能长期得不到重视，造成了大量的能源资源浪费与高碳、高污染物排放，增加了环境治理的成本。
不过，随着全社会对余热利用的重视，低品位余热也开始进入人们的视野。韩慎朝介绍：“我们之前做的渤海石化的项目就有低品位余热的利用。原来烟气是通过烟囱直接排放掉，后来我们应用低温余热发电机组把热量提取出来，转化为动能，再推动发电机发电供企业使用。”
“发展余热利用，面临的一大困难是很多企业对此缺乏重视。”韩慎朝表示，有些企业觉得余热提取节约的能量少，对于效益提升没有太大帮助；或者余热提取虽然整体量大，但是对于某一个企业来说却很有限，这些都使得企业不够重视这方面的工作。
韩慎朝说，必须让余热利用的观念深入人心，让人们认识到，过去余热都白白扔掉了，现在如果把它用好，可以大幅减少化石能源的消耗，具有不小的经济价值。
据了解，目前已经有一些能源企业开始尝试通过给产生余热的企业提供技术支持和投资支持，进行低品位余热利用，产生节能经济效益之后，双方再对经济收益进行分成，这样可以引导产生余热的企业接受“节能效益分享”模式。韩慎朝举例说，比如数据中心没有太多的供热需求，但是它会产生大量蕴含余热的冷却水，提取出的热量可以给周围写字楼等商用设施供热，这就使余热产生了经济效益。
专家表示，总体来看，我国低品位余热利用规模还比较小，目前的落地项目基本以单个企业项目为主，缺乏系统统筹与规划。虽然全国各地都在积极完成碳达峰、碳中和的目标，余热利用也不存在技术上的障碍，但要真正实现广泛的余热利用还有待各方的有效协同。
数据中心成余热利用新增长点
“数据中心是余热利用新的增长点，天津的余热利用增长就很快。”杨延春介绍，目前天津上规模的数据中心有三四十个，数据中心能耗密度非常高，尽管产生的余热品位低一些，不像工业余热能达到80—90摄氏度，而且数据中心的余热还需要热泵提温，但是因为数据中心服务器全年365天运转不停，因此产生余热的量非常大，且稳定，属于比较优质的低品位余热。
据介绍，数据中心一般采用中央空调散热，通过冷却水循环让室内降温，15摄氏度的水进到末端风机盘管，吸收数据中心的热量后变成20多摄氏度。“天津能源采用先进的磁悬浮水源热泵技术，利用这些余热，给数据中心旁边的综合体、写字楼、商场、餐厅等设施供暖、供给热水，并把供热水变成15摄氏度后再进行末端介质循环。”杨延春说。
以清数科技园数据中心余热利用供能项目为例，天津能源与数据中心建立了余热利用合作关系，后期园区有其他用热单位入驻，都将从数据中心提取余热向用热单位提供供热服务。根据规划，整个清数科技园将有近10万台机架服务器，理论上能满足四五百万平方米建筑的供热。
杨延春分析：“根据清数科技园项目测算，通过生活热水加供冷、供热，数据中心一年能降低160万度电耗，节省约100万元的能源费用；天津能源向清数科技园收取供冷供热费，低于传统集中供冷供热价格；余热利用所得供冷供热费用减去运营的电费、人工等成本，天津能源还有部分差额收益。实际上，这个模式是三方共赢，数据中心节能，清数科技园的大楼降低了供冷、供热成本，天津能源还能盈利，这种模式也属于全国首创。”
在“双碳”目标背景下，天津通过区域能源解决方案，为城市能源革命探索出了一条新路径，最终实现了低品位余热资源的综合合理匹配。天津低品位余热利用的探索，不仅实现了节能减排，而且对于改善环境也具有重要意义。