יישום של שחזור חום בחימום אזור עירוני

היישום של שחזור חום בחימום אזורי נועד בעצם להשיג ניצול מדורג והתחדשות מעגלית של אנרגיה, וערך הליבה שלה טמון בשבירת חוסר ההתאמה המבני בין "פסולת אנרגיה" ל"ביקוש לחימום". בתהליך של ייצור תעשייתי ותפעול עירוני, כמות גדולה של פסולת חום בטמפרטורה בינונית ונמוכה מוזרקת ישירות לסביבה, מה שלא רק גורם לאובדן אנרגיה אלא גם עלול להוביל לזיהום חום. על פי נתונים של ועדת תעשיית החשמל התרמית של האגודה לשימור אנרגיה בסין, החום השיורי הניתן להשבתה במגזר התעשייתי הלאומי הוא כ-1.08 מיליארד טון שווה ערך פחם סטנדרטי, מתוכם פוטנציאל ההחלמה הכלכלי הוא כ-320 מיליון טון של פחם סטנדרטי, שווה ערך ל-47% מצריכת האנרגיה הכוללת של חימום מרכזי עירוני ב-2023 מקור מספיק לחימום אזורי זה. בהשוואה למצבי חימום מסורתיים, חימום התאוששות חום אינו מסתמך על צריכת דלקים מאובנים חדשים. היא יכולה ללכוד, לטהר ולהעביר חום פסולת סרק רק באמצעים טכנולוגיים כדי לענות על צורכי החימום של תושבים, מבני מסחר וציבור באזור, תוך השגת המטרות הכפולות של "שימור אנרגיה והפחתת פחמן" ו"ביטחון פרנסה".

נכון לעכשיו, היישום של טכנולוגיית שחזור חום בחימום אזורי יצר תרחישים מגוונים, המכסים תחומים מרובים כגון חום פסולת תעשייתי וחום פסולת עירוני, והתאמה לצרכי החימום והקצאת המשאבים של אזורים שונים. שחזור חום תעשייתי הוא התרחיש הבוגר והנפוץ ביותר. גז פסולת התהליך, מי קירור, גז פליטה וחום פסולת אחר שנוצר על ידי תעשיות מפתח צריכות אנרגיה גבוהות כגון פלדה, מלט, כימיקלים וחשמל יכולים להיות מחוברים ישירות לרשת החימום האזורית לאחר טיפול טכני ממוקד. לדוגמה, פרויקט "Chatting Heat into Jinan" במחוז שאנדונג משתמש בחום פסולת תעשייתי מתחנת הכוח של Liaocheng Xinfa Group כמקור החום, ומעביר אנרגיית חום לג'ינאן דרך רשת צינורות חימום באורך של יותר מ-100 ק"מ. לאחר שהגיע לתפוקה מלאה, הוא יכול לעמוד בדרישת החימום של כ-100 מיליון מ"ר בעיר ג'ינאן. כל עונת חימום יכולה להחליף כ-1.299 מיליון טון של פחם סטנדרטי, להפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני בכ-3.56 מיליון טון, שווה ערך להוספת ארבע חוות יער חדשות של Saihanba לקיבוע פחמן בשנה אחת, ולהפוך לפרויקט אמת מידה לחימום פסולת תעשייתית חוצה אזורית.

שחזור חום פסולת עירוני מספק נתיב חדשני לחימום באזורים עירוניים מאוכלסים בצפיפות, המכסה מקורות חום חדשים כגון חום פסולת שריפת פסולת, חום פסולת מרכזי נתונים וחום פסולת שפכים של מפעלי טיהור שפכים. מחוז טיאנג'ין דונגלי מאמץ באופן חדשני את טכנולוגיית ניצול מפל האנרגיה התרמית כדי להמיר את חום הפסולת בטמפרטורה בינונית ונמוכה הנוצר משריפת אשפה למקורות חימום. בתהליך מיצוי חום של שלושה-, חום הפסולת מומר למים חמים בחימום של 80 מעלות, המועברים לתחנת החימום Dabizhuang דרך צינור חימום באורך 12 ק"מ, המכסה שטח חימום של 3 מיליון מ"ר. זה לא רק מנצל במלואו את חום הפסולת שנוצר מעיבוד יומי של 1900 טון אשפה ביתית על ידי מפעל שריפת האשפה, אלא גם מקצץ ישירות את עלות החימום בחצי. עונת חימום אחת חוסכת כ-34 מיליון יואן בסובסידיות לממשלה, ומשיגה רווחים אקולוגיים וכלכליים{10}. בנוסף, מרכז נתונים ב-Yizhuang, בייג'ינג, משתמש במערכת משאבות חום כדי לשחזר פסולת חום ולספק חימום חורף ל-120000 מטרים רבועים של אזורי מגורים מסביב. התאוששות החום השנתית מגיעה ל-150000 GJ, ומפחיתה את פליטת הפחמן בכ-4200 טון, מה שממחיש את הפוטנציאל העצום של ניצול פסולת חום בתשתיות חדשות עירוניות.

חדשנות טכנולוגית היא התמיכה המרכזית להעצמת חימום אזורי עם שחזור חום. לאחר שנים של פיתוח, נוצרה מערכת טכנולוגית בוגרת שתתאים לסוגים שונים של פסולת חום, בעיקר כולל טכנולוגיית משאבת חום, חילופי חום ספיגה, מחזור Rankine אורגני (ORC) ומערכת המרת קיטור מים בטמפרטורה- גבוהה. ביניהם, טכנולוגיית משאבת חום מתאימה לשחזור וניצול של פסולת חום-נמוכה (מתחת ל-100 מעלות). על ידי צריכת כמות קטנה של חשמל, ניתן להעלות חום פסולת בדרגה נמוכה- לטמפרטורה שיכולה לענות על צורכי החימום, עם יחס יעילות אנרגטית של 3-4 או יותר. הוא נמצא בשימוש נרחב בתרחישי פסולת חום-נמוכים כגון מרכזי נתונים ומפעלי טיהור שפכים; מערכת חילופי החום הספיגה והמרת קיטור מים בטמפרטורה-גבוהה מתאימה לחום פסולת בטמפרטורה בינונית עד גבוהה (מעל 100 מעלות), שיכול להמיר ישירות חום פסולת בטמפרטורה גבוהה מייצור תעשייתי לאנרגיית חימום ללא טיפול חימום נוסף, מה שמפחית את איבוד האנרגיה. יחד עם זאת, השילוב של טכנולוגיה חכמה משפר עוד יותר את היציבות והיעילות של מערכות חימום לשחזור חום. בהתבסס על אלגוריתמים של AI, חיזוי עומס החום ומערכת הבקרה הדינמית יכולים להתאים את כמות החימום בזמן אמת בהתאם לטמפרטורה החיצונית ולדרישת המשתמש, ולמנוע בזבוז אנרגיה. היישום של חומרי אחסון תרמיים לשינוי שלב חדש פותר ביעילות את נקודת הכאב של אספקת חום פסולת לא יציבה ומבטיח המשכיות חימום.