熱網與熱泵：推動清潔能源轉型的高效解決方案

如今，熱網已成爲衆多致力於實現熱力脫碳的舉措的核心。

隨着擺脫化石燃料成爲必然，熱網因其以低碳排放提供經濟高效的熱能的潛力而脫穎而出，實現了備受追捧的清潔能源轉型。

清潔能源轉型已經得到主要國際組織和公共機構的支持，包括聯合國環境規劃署。而在這個關鍵時刻，熱網展現出無與倫比的潛力，這一潛力已經在世界各地的衆多舉措中得到了成功的嘗試和測試。

什么是熱網？

熱網最全面的定義是採用單一熱源，然後通過管道網絡將熱量以熱水或蒸汽的形式分配給各個終端用戶的系統。

熱力網絡的覆蓋範圍各不相同，從單一建築內的不同住宅，通常稱爲可傳遞供暖，到局部建築群、整個區域或城市（區域供熱網絡）。

目前最先進的熱網包括：

• 第四代熱網：集中式、低溫運行、利用可再生能源作爲熱力來源進行創新。
• 第五代熱網：注重分散化和模塊化設計，能夠在較低的分布溫度下運行，甚至低於第四代，並且借助熱泵集成了加熱和冷卻可能性，以及各種可再生能源。

因此，即使所有熱網都具有“單一熱源”的特性，但具體實施起來卻是多樣化的，可以滿足不同的需求。

總而言之，當某個地區的供暖需求積累時，熱網可以帶來經濟和環境效益。

此外，能夠整合多種供暖方法，包括熱電聯產(CHP)電廠、城市污水處理廠和地熱電廠等，使得熱網如今備受關注。

冷熱管網

雖然上面描述的熱網絡通常涉及熱量的運輸和產生，但“單一熱源”模型也可以應用於冷卻。

這就是冷卻網絡（或區域冷卻）的作用所在：將冷卻能量以冷凍水的形式從單一來源分配到多個端點的系統。空氣冷卻、水冷卻和海冷卻模型是當今最有效的區域冷卻選擇。

此外，熱泵還促進了另一種效率的產生：开發加熱和冷卻相結合的系統。

熱網結構

如上所述，熱網可以採用各種形式，以適應每個項目的需求。然而，通常存在以下元素：

• 生產工廠：負責生產和供應熱水或蒸汽。該工廠可以採用熱泵作爲供暖手段，也可以使用各種能源，包括太陽能或地熱等。
• 分配管網（DPN）：作爲一個閉環工作，該系統負責連接生產工廠和最終用戶，並以熱水的形式輸送能量。
• 能量轉換站(ETS)：確保熱量輸送給終端用戶的室內設備。

熱泵在熱網絡中的作用

在熱網中，熱泵的主要作用是從自然熱源中提取熱能並將其放大，從而產生熱量。

熱泵因利用免費的天然能源，並促進熱量循環而受到歡迎，這樣一來，原本會被浪費的能源就被利用於工業廢水、地下水、空氣或海水等來源。其結果是產生的熱量可最大限度地減少二氧化碳排放並降低能源成本。

熱泵帶來許多好處：

• 效率高：每消耗一單位電力，通常就能產生幾單位熱量。這也意味着熱量具有成本效益。
• 允許熱電化：熱泵使用電力來驅動其制冷過程。
• 促進可再生能源的集成，包括低品位能源。因此，可顯著減少了二氧化碳的排放，特別是在中低溫網絡中。

將高效工業熱泵集成到熱網的方法有多種。從將其改造爲現有系統的一部分，到設計分布式熱泵模型，將熱泵安裝在更靠近使用點的位置。

熱網與熱泵配對的好處

• 受益於使用單一集中熱源的效率提高。
• 可以設計用於利用各種低碳能源，有效激活熱能脫碳。可用的熱源多種多樣，包括空氣、水體（湖泊、河流、海水）的熱量、工業過程回收的熱量、熱電聯產過程或可再生能源（地熱、太陽能熱能、生物質等）。
• 有可能通過使用當地可用的能源產生循環模型，如數據中心產生的廢水或熱量，否則這些能源將被浪費。
• 通過採用工業熱泵來提高能源效率，這也意味着降低運營成本

挑战與解決方案

盡管熱泵具有提高效率的潛力，但高昂的資本成本和電價，經常被認爲是熱泵在區域供熱中廣泛應用的障礙。

但其可以提供補充效益，使平衡朝着有利於其方向發展。

此外，智能控制系統和熱力工程的進一步發展將效率推向了新的境界，挑战了熱網經濟可行性的觀念。例如，熱能存儲(TES)技術的採用，可以節省峰值負荷並顯著提高效率，從而大幅降低成本。

總而言之，熱網結合熱泵的能力能夠實現經濟可行且可持續的城市能源轉型，這一點已在世界各地的多項舉措中得到證實。在這種情況下，可以毫不誇張地說，成功的項目很大程度上取決於結合每個項目的需求、限制和潛力的專家設計。

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