京津高村青樹科技園數(shù)據(jù)中心余熱利用及能源供應(yīng)項(xiàng)目預(yù)計(jì)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤633.3噸，減少二氧化碳1659噸，每年5.4噸二氧化硫和4.6噸二氧化氮，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供可再生和普及的綜合能源解決方案。
2022年，京津高村青樹科技園（以下簡(jiǎn)稱青樹科技園）數(shù)據(jù)中心余熱利用和能源供應(yīng)項(xiàng)目實(shí)施后，如果收集數(shù)據(jù)中心運(yùn)行產(chǎn)生的余熱，并利用冷卻系統(tǒng)的冷水取熱技術(shù)提供冬季供暖，為青樹科技園提供夏季制冷和生活熱水供應(yīng)，數(shù)據(jù)中心的能耗效率將大大提高。2021年12月31日，國(guó)家電網(wǎng)（天津）綜合能源服務(wù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱天津能源）客戶經(jīng)理?xiàng)钇G春表示，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)每年可節(jié)約633.3噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少1659噸二氧化碳、5.4噸二氧化硫和4.6噸二氧化氮，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供可再生和普及的綜合能源解決方案。
在最近發(fā)布的《2030年前碳高峰行動(dòng)計(jì)劃》中，“余熱”一詞在不同章節(jié)中出現(xiàn)了五次，這表明中國(guó)在戰(zhàn)略層面上重視余熱利用的巨大價(jià)值。
低品位廢熱仍然具有能源和價(jià)值
廢熱在能源工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。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。它是生產(chǎn)過程中釋放的可用熱量。據(jù)國(guó)外研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，在化石能源利用過程中，只有40%的能源被工業(yè)部門有效利用，剩下的60%最終轉(zhuǎn)化為廢熱。
余熱按品位分為高品位、中品位和低品位。大部分中高檔余熱通過余熱發(fā)電項(xiàng)目回收利用。例如，天津市能源市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)部副經(jīng)理韓申超，博華永利化工廠的高溫高壓蒸汽需要通過使用減溫減壓閥降為中壓和低壓蒸汽，才能進(jìn)一步利用。在這種情況下，在中間添加蒸汽輪機(jī)，使用高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功，將壓力轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)，高壓蒸汽也被轉(zhuǎn)化為低壓和中壓蒸汽，將繼續(xù)在工藝中使用。
低品位余熱，包括熱值低于600千卡/標(biāo)準(zhǔn)立方米的低濃度可燃物、溫度低于800℃的顯熱物、溫度低于400℃的低溫尾氣和煙氣，被視為廢熱，由于溫度低、濃度低、能量少，主要以冷卻或直接排放的形式排放。
“盡管廢熱的等級(jí)很低，但它仍然有能量?！表n申超介紹，例如，低溫?zé)崴蚶鋮s水通過熱泵提升到80℃后，可以在工業(yè)上重復(fù)使用。此外，低品位工業(yè)廢熱可與火電廠、鍋爐房一起作為城市集中供熱的重要熱源補(bǔ)充，對(duì)解決北方城市冬季供熱熱源短缺、降低北方集中供熱能耗具有重要意義，改善冬季大氣環(huán)境，進(jìn)一步提高工業(yè)企業(yè)能源利用效率。
可以說，低品位廢熱的利用是能源梯級(jí)利用和整體能效提高的一種手段。隨著技術(shù)進(jìn)步，充分利用低品位工業(yè)廢熱等低碳能源，滿足低品位熱需求，已成為節(jié)能減排的必由之路，也將成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳高峰、碳中和目標(biāo)的重要突破。
所有締約方都需要有效地協(xié)調(diào)余熱的利用?！爸袊?guó)工業(yè)領(lǐng)域的能耗占總能耗的60%，但工業(yè)領(lǐng)域的余熱利用效率低，初步統(tǒng)計(jì)不到50%。”清華大學(xué)建筑學(xué)院副教授夏建軍曾在一次關(guān)于低品位工業(yè)廢熱利用的研討會(huì)上說。目前，煤炭和天然氣占供熱量的90%以上。由于大量低品位的工業(yè)熱能長(zhǎng)期沒有得到重視，造成了能源資源的大量浪費(fèi)和高碳、高污染物的排放，增加了環(huán)境治理的成本。然而，隨著全社會(huì)對(duì)余熱利用的重視，低品位余熱也開始進(jìn)入人們的視野。韓申超說,“我們之前做的渤海石化項(xiàng)目是利用低品位的余熱，最初煙氣直接通過煙囪排放，后來我們用低溫余熱發(fā)電機(jī)組將熱量提取并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后推動(dòng)發(fā)電機(jī)為企業(yè)發(fā)電。發(fā)展余熱利用的一個(gè)主要困難是許多企業(yè)對(duì)其缺乏重視?！表n申超說，一些企業(yè)覺得余熱回收節(jié)省能源少，對(duì)提高效率沒有多大幫助；或者雖然余熱回收總量大，但對(duì)一個(gè)企業(yè)來說非常有限，這使得企業(yè)對(duì)這項(xiàng)工作的重視程度較低。韓申超說，廢熱回收的概念熱利用必須深入人心，讓人們意識(shí)到過去廢熱是被扔掉的。如果使用得當(dāng)，可以大大減少化石能源的消耗，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
據(jù)了解，目前一些能源企業(yè)已開始嘗試?yán)玫推肺挥酂?，為產(chǎn)生余熱的企業(yè)提供技術(shù)支持和投資支持。在產(chǎn)生節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益后，雙方共享經(jīng)濟(jì)效益，可以引導(dǎo)產(chǎn)生余熱的企業(yè)接受“節(jié)能效益共享”模式。例如，數(shù)據(jù)中心沒有太多的供熱需求，但會(huì)產(chǎn)生大量含有余熱的冷卻水。抽出的熱量可以加熱周圍的辦公樓和其他商業(yè)設(shè)施，使余熱產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
專家表示，總體而言，我國(guó)低品位余熱利用規(guī)模還比較小。目前登陸項(xiàng)目基本上是單一的企業(yè)項(xiàng)目，缺乏系統(tǒng)的整體規(guī)劃和規(guī)劃。盡管全國(guó)各地都在積極實(shí)現(xiàn)碳峰值和碳中和的目標(biāo)，余熱利用也沒有技術(shù)障礙，但要真正實(shí)現(xiàn)廣泛的余熱利用，需要各方的有效協(xié)調(diào)。
數(shù)據(jù)中心成為廢熱利用的新增長(zhǎng)點(diǎn)
“數(shù)據(jù)中心是廢熱利用的新增長(zhǎng)點(diǎn)，天津市的廢熱利用正在快速增長(zhǎng)?！睏钛哟航榻B，目前天津有三四十個(gè)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的能耗密度非常高。雖然產(chǎn)生的廢熱等級(jí)較低，不像工業(yè)廢熱，可以達(dá)到80-90攝氏度，數(shù)據(jù)中心的廢熱也需要熱泵來提高溫度，但由于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器一年365天連續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)生的廢熱量非常大且穩(wěn)定，屬于質(zhì)量相對(duì)較高的低品位余熱。
據(jù)報(bào)道，數(shù)據(jù)中心一般采用中央空調(diào)散熱，室內(nèi)溫度通過冷卻水循環(huán)冷卻。15°c的水進(jìn)入末端風(fēng)機(jī)盤管，吸收數(shù)據(jù)中心的熱量后溫度超過20°c?！疤旖蚰茉床捎孟冗M(jìn)的磁懸浮水源熱泵技術(shù)，利用這些余熱為數(shù)據(jù)中心附近的綜合樓、辦公樓、購(gòu)物中心、餐廳和其他設(shè)施加熱和供應(yīng)熱水，并在介質(zhì)循環(huán)結(jié)束前將熱水供應(yīng)改為15攝氏度?！睏钛哟赫f。
以青樹科技園數(shù)據(jù)中心余熱利用及能源供應(yīng)項(xiàng)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。在后期，園區(qū)內(nèi)的其他熱用戶將從數(shù)據(jù)中心提取余熱，并為熱用戶提供供暖服務(wù)。根據(jù)規(guī)劃，整個(gè)青樹科技園將擁有近10萬臺(tái)機(jī)架式服務(wù)器，理論上可滿足4500萬平方米建筑的供暖需求。
楊延春分析：“據(jù)青樹科技園項(xiàng)目測(cè)算，通過生活熱水加冷暖，數(shù)據(jù)中心每年可減少耗電160萬千瓦時(shí)，節(jié)約能源成本約100萬元；天津能源對(duì)青樹科技園冷暖收費(fèi)較低r比傳統(tǒng)集中供冷供熱價(jià)格高；余熱利用的冷暖成本減去運(yùn)行電費(fèi)、人工費(fèi)等，天津能源仍有部分差額收入。事實(shí)上，這種模式對(duì)三方來說是一種雙贏的局面。數(shù)據(jù)中心是節(jié)能的。青樹科技園的建設(shè)降低了制冷和供熱成本。天津能源仍然可以盈利。這種模式在中國(guó)也是第一種。
“目標(biāo)，天津通過區(qū)域能源解決方案，探索城市能源革命的新途徑，最終實(shí)現(xiàn)低品位余熱資源的全面合理匹配。天津低品位余熱利用的探索，不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，而且具有重大的社會(huì)意義這對(duì)改善環(huán)境很重要。