助力“雙碳” 用低品位餘熱“溫暖”城市

京津高村清數科技園資料中心餘熱利用供能專案預計每年可節省標煤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“雙碳”目標提供了可複製、可推廣的綜合能源解決方案。

“2022年，京津高村清數科技園(以下簡稱清數科技園)資料中心餘熱利用供能專案實施後，如果將資料中心執行所產生的餘熱收集起來，透過供冷系統冷凍水取熱技術，為清數科技園提供冬季供暖、夏季供冷以及生活熱水供應，將大大提高資料中心用能效率。”2021年12月31日，國網(天津)綜合能源服務有限公司(以下簡稱天津能源)客戶經理楊延春說，該專案預計每年可節省標煤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“雙碳”目標提供了可複製、可推廣的綜合能源解決方案。

在近日釋出的《2030年前碳達峰行動方案》中，“餘熱”一詞在不同章節共出現5次，可見我國在戰略層面已經對餘熱利用的巨大價值予以重視。

低品位餘熱仍有能量和價值

餘熱在能源行業中具有重要地位。餘熱資源普遍存在於鋼鐵、化工、輕工、食品生產等工業領域，是生產過程中釋放出來的可被利用的熱能。據國外研究機構統計，工業部門在對化石能源的利用過程中，被有效利用的能源量僅佔40%，其餘60%都最終轉化為了餘熱。

餘熱按品位分為高品位、中品位、低品位，其中，中高品位的餘熱大多透過餘熱發電專案得到了回收利用。天津能源市場經營部副經理韓慎朝舉例說，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，把壓力轉化為動能，可以帶動發電機發電。同時高壓的蒸汽也轉化成了低壓和中壓的蒸汽，繼續在工藝中使用。

而低品位餘熱，包括熱值小於600千卡/標準立方米的低濃度可燃物，溫度低於800攝氏度的顯熱物體，溫度低於400攝氏度的低溫尾氣、煙氣，由於溫度低、濃度小、能量少，因此被當成廢熱，大多透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，經過熱泵做功，提升至80攝氏度，在工業中還能再利用。此外還能將低品位工業餘熱作為重要熱源補充，和熱電廠以及鍋爐房一起，用於城鎮集中供熱，對於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、改善冬季大氣環境，以及進一步提高工業企業能源利用效率都具有十分重要的意義。

可以說，低品位餘熱利用是一個能量梯級利用和實現整體能效提升的手段。

隨著技術進步，充分利用低品位工業餘熱等低碳能源供應低品位熱力需求，已成為節能降碳的必要路徑，也將成為我國實現碳達峰、碳中和目標的重要突破口。

餘熱利用還有待各方有效協同

“我國在工業領域的能源消耗佔總能耗的60%，但工業領域的餘熱利用效率卻偏低，初步統計不足50%。”清華大學建築學院副教授夏建軍曾經在一次以低品位工業餘熱利用為主題的研討會上如是說。

目前，熱力供給中煤炭、天然氣佔比超過90%。由於大量低品位工業熱能長期得不到重視，造成了大量的能源資源浪費與高碳、高汙染物排放，增加了環境治理的成本。

不過，隨著全社會對餘熱利用的重視，低品位餘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專案就有低品位餘熱的利用。原來煙氣是透過煙囪直接排放掉，後來我們應用低溫餘熱發電機組把熱量提取出來，轉化為動能，再推動發電機發電供企業使用。”

“發展餘熱利用，面臨的一大困難是很多企業對此缺乏重視。”韓慎朝表示，有些企業覺得餘熱提取節約的能量少，對於效益提升沒有太大幫助；或者餘熱提取雖然整體量大，但是對於某一個企業來說卻很有限，這些都使得企業不夠重視這方面的工作。

韓慎朝說，必須讓餘熱利用的觀念深入人心，讓人們認識到，過去餘熱都白白扔掉了，現在如果把它用好，可以大幅減少化石能源的消耗，具有不小的經濟價值。

據瞭解，目前已經有一些能源企業開始嘗試透過給產生餘熱的企業提供技術支援和投資支援，進行低品位餘熱利用，產生節能經濟效益之後，雙方再對經濟收益進行分成，這樣可以引導產生餘熱的企業接受“節能效益分享”模式。韓慎朝舉例說，比如資料中心沒有太多的供熱需求，但是它會產生大量蘊含餘熱的冷卻水，提取出的熱量可以給周圍寫字樓等商用設施供熱，這就使餘熱產生了經濟效益。

專家表示，總體來看，我國低品位餘熱利用規模還比較小，目前的落地專案基本以單個企業專案為主，缺乏系統統籌與規劃。雖然全國各地都在積極完成碳達峰、碳中和的目標，餘熱利用也不存在技術上的障礙，但要真正實現廣泛的餘熱利用還有待各方的有效協同。

資料中心成餘熱利用新增長點

“資料中心是餘熱利用新的增長點，天津的餘熱利用增長就很快。”楊延春介紹，目前天津上規模的資料中心有三四十個，資料中心能耗密度非常高，儘管產生的餘熱品位低一些，不像工業餘熱能達到80—90攝氏度，而且資料中心的餘熱還需要熱泵提溫，但是因為資料中心伺服器全年365天運轉不停，因此產生餘熱的量非常大，且穩定，屬於比較優質的低品位餘熱。

據介紹，資料中心一般採用中央空調散熱，透過冷卻水迴圈讓室內降溫，15攝氏度的水進到末端風機盤管，吸收資料中心的熱量後變成20多攝氏度。“天津能源採用先進的磁懸浮水源熱泵技術，利用這些餘熱，給資料中心旁邊的綜合體、寫字樓、商場、餐廳等設施供暖、供給熱水，並把供熱水變成15攝氏度後再進行末端介質迴圈。”楊延春說。

以清數科技園資料中心餘熱利用供能專案為例，天津能源與資料中心建立了餘熱利用合作關係，後期園區有其他用熱單位入駐，都將從資料中心提取餘熱向用熱單位提供供熱服務。根據規劃，整個清數科技園將有近10萬臺機架伺服器，理論上能滿足四五百萬平方米建築的供熱。

楊延春分析：“根據清數科技園專案測算，透過生活熱水加供冷、供熱，資料中心一年能降低160萬度電耗，節省約100萬元的能源費用；天津能源向清數科技園收取供冷供熱費，低於傳統集中供冷供熱價格；餘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，資料中心節能，清數科技園的大樓降低了供冷、供熱成本，天津能源還能盈利，這種模式也屬於全國首創。”

在“雙碳”目標背景下，天津透過區域能源解決方案，為城市能源革命探索出了一條新路徑，最終實現了低品位餘熱資源的綜合合理匹配。天津低品位餘熱利用的探索，不僅實現了節能減排，而且對於改善環境也具有重要意義。