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  • 發布時間:2014-04-10 09:55 原文鏈接: 能源利用理念變革必將帶來節能減排領域的一次新突破

      節能減排領域一直被一個問題困擾,就是沒有大比例節能技術,現有的節能技術不能用于生產的主要環節和高耗能應用場合,節能減排工作通常是投入大、回報小,在企業、社會上“叫好不叫座”,最多也是節能但不節錢。現在,我們建議轉變人們千百年形成的慣性思維,發動一次能源應用理念的變革,進一步開發、利用成熟的熱泵技術,實現30%~90%以上的節能率,將熱泵技術廣泛應用在各行業生產過程的高耗能環節。大比例節能技術用于高耗能生產環節,才能產生明顯的經濟效益和社會效益!也將帶來節能減排領域的一次新突破!

      一、技術原理和最新進展

      人類千百年來養成一個慣性思維:需要熱量,就習慣用傳統的煤、氣、油、電等能源轉換成熱能來利用。現在我們提出一個新的概念:需要熱能時,首先看看周圍的介質中,有哪些現成的資源可以再利用,盡可能通過一種高效率的能量搬運裝置-熱泵,實現對自然界已有熱能的回收、再利用,減少新增能源消耗,既循環利用、又節能減排,當然有助于解決能源危機、有助于解決地球變暖,大大減少溫室氣體排放,改善環境污染情況。

      人們熟知的能量守恒定律,讓我們許多人忽略了“熱泵”技術的熱能搬運 “杠桿”作用。即消耗一份能量,帶動其它介質中已有熱量的再利用,目標得到同樣熱能,但新消耗的高品位能源、石化燃料大大減少,實現節能減排。

      熱泵技術有很多種,空調、制冷系統內部核心機械系統采用的是一種壓縮式熱泵系統,就是利用機械壓縮機強制實現某種媒介物質的物理狀態“氣--液”轉換實現的“熱泵”效果,可以高效率“搬運”熱量,如空調壓縮機,可以高效率將室內外的熱量來回搬運,夏天,把房間的熱量搬到室外;冬天把室外的熱量搬到室內。其實這個原理也可以用于類似的食品加工、烘干、速凍環節,只要將工作區域之外的能量搬運到工作區域,使之處于高溫,工作區域之外因熱量減少、溫度降低,整體沒有大量產生新增熱量,一定區域之內是能量冷熱近乎中和平衡,對大環境基本上不排出熱量,顯然屬于節能、減排。

      空調這個設備,人們已經使用超過半個多世紀了!買空調的時候,當然要選擇“能效比”高的產品,空調用一份電能消耗,可以把3~4倍以上的熱能從室里搬到室外或從室外搬到室里。各種熱泵搬運能量方法比能量轉換方法,同等能源消耗,目標獲得熱量的效率高很多,最高可以達到幾十倍,也就是得到同樣熱量的“搬運”設備新消耗能量理論上是原來消耗能源物質的幾十分之一,明顯節能!

      這些年逐步推廣開的水源熱泵、地源熱泵,也都是該原理的典型應用。遺憾的是,雖然能效比高,節能效果明顯,但這些應用場合的設計溫度太低,以輸出溫熱水為主,主要用于空調、制冷、采暖、生活洗浴等,沒有更高的工業利用價值,推廣應用有局限性,同樣難以產生更好的節能減排社會效益。

      這主要由于人們一開始習慣于用熱泵制冷,很少涉及高溫,好像高溫段有個不可逾越的“門檻”,再一次被人類自己的思維限制了自己的發展!現在理論、實踐都已經證明,使用目前工業領域成熟的設備、工質,完全可以在保持較高效率的情況下,實現150攝氏度以上高溫輸出,使得這個大比例節能技術完全可以、馬上應用到眾多的高耗能領域,實現能量(熱量)的回收循環、高效再利用!

      二、熱泵節能產品應用

      目前,在加熱的過程中,通常都是消耗燃料燃燒、電能轉化新產生熱量,不是借用、利用其它系統的熱能。而且能量轉化利用的效率,最多也就是100%,有些如采用燃煤、燃氣的情況,如常見天然氣廚具,能源熱利用效率也就不到50%。

      在多年的工作實踐中,常常遇到一些需要大量制熱、且溫度不是特別高的場合,比如食品加工、物品烘干、衣物熨燙烘干、高溫消毒等。這些生產加工的車間和周邊環境通常溫度很高,改善環境的辦法通常是通風、制冷。通風,則將所有產生的能量帶到空氣中直接浪費掉;如果用空調制冷,則空調系統本身消耗能量的同時,又必然會向大氣排放熱量。這些能量沒有回收利用,造成熱排放,也屬于能造成地球變暖的因素之一。

      例如,餐飲的廚房里面,大量的發熱鍋灶,產生的熱量只有通風排出和散布到廚房空氣中,使得廚房整體能耗很大、對環境排熱量也很大,廚房內的工作溫度也很高!如果采用“熱泵”原理制作的蒸、煮、熬、燉、保溫、制冷的灶具,可以高效率的從廚房空氣、回收余熱的熱水中吸收熱量供“熱泵”灶具利用,灶具最后排出的熱量又和周圍變冷的空氣中和,使之溫度基本平衡,顯然實現了節能、減排的目的。通過理論計算可以知道,這種應用情況下,能量消耗可以下降到原來的三分之一以下,對環境熱排放則減少到四分之一或更低,同時實現人類幾百年來夢寐以求的“冷廚房”概念,是全世界廚具行業的一次變革!

      再例如,鍋爐行業是工業領域現有技術的蒸汽鍋爐通過電、油、天然氣的燃燒能轉換為熱能。最多等值于燃燒放出的能量或電能提供的能量。能效比基本在85%以上,低于100%;即便將燃料燃燒產生的水汽冷凝,回收其中的汽化熱以后,效率也只有105%。用熱泵技術作為唯一熱量來源設計的鍋爐,熱泵從其它介質中“搬運來”熱能加熱鍋爐里的水,利用其它介質中的“免費”能量,特別是自然界已經存在于空氣、土壤、水系的熱量,以及人類生產生活中產生的排風、污水、廢水里的熱量,還可以是免費獲得的溫度較低的太陽能熱水中的熱能等,在輸出溫水、開水、蒸汽的時候,能效比理論值可以分別達到600%、300%、200%以上,遠大于其它鍋爐, 實現大比例節能!作為一個常用設備大范圍推廣應用,可以獲得較大的節能、減排、增效的社會效果。

      三、熱泵熱能回收應用

      僅以信息產業為例,2011年我國數據中心總耗電量達到700億千瓦時,占全社會用電量的1.5%,相當于2011年天津市全年用電量。 截止目前我國各類數據中心、云計算中心總量約40多萬個,可容納服務器約800萬臺。其中經營性數據中心(大型)機房上千個,未來5年,我國對數據中心流量處理能力的需求將增長7-10倍,機房面積再翻一番才能滿足需求。

      這些數據中心規模稍稍大一點的,耗電都在上萬千瓦,大型的數據中心一個就相當于一個火電站的耗電量。遺憾的就是,所有全世界的數據中心,都只考慮如何用“便宜”的方法,把計算機系統消耗電能產生的熱從機房里“扔”出去,所以都想建在山頂上、電廠邊、海邊等利于自然散熱、低成本散熱的地方,沒有人考慮把大量的熱回收再利用的問題!

      “大象小的時候用一個小木樁拴住,它慢慢長大成一頭巨象,主人還是可以用一個小木樁拴住它!”數據中心的能源利用現狀,也是幾十年前第一個數據中心出現的時候,技術條件限制,“拴住”了我們的思想,讓人們形成了同樣的慣性思維,是時候必須打破了!

      一個1萬千瓦的數據中心,熱量回收用于采暖,可以供12萬平米住宅,所用的技術是成熟使用20年的“水源熱泵”技術,僅僅需要思路打開,把原來通往冷卻塔的熱水,改通往水源熱泵機組而已。這層“窗戶紙”一旦捅破,全社會僅大型數據中心約合5000萬千瓦,它的熱能可以滿足6億平方米住宅供暖,每年僅供暖節約標準煤可以達到1800萬噸以上!相當于數十個大中型煤礦的產能!類似的變革還會在很多行業里面發生!

      推廣開來,將熱泵技術在能源綜合利用的場合充分利用,實現將空氣中的、污水里的、土壤里的、回收其它熱源里的熱量搬到生產、生活設備中循環利用,實現企業里面冷熱作業面的熱能調度,系統新增消耗的能量是原有能耗的幾分之一,同樣會大大提高能源的利用效率,減少對環境的綜合能源排放!

      國外已經利用海水的熱能來淡化海水,消耗的電能是常規方法能耗的近十分之一,生產過程還可以輸出生活用熱水,為海島和長期海上航行的輪船提供了很大的便利。

      當熱泵技術在能源挖掘、能源再生利用領域充分開發應用,結合不斷發展的低溫發電技術、低溫動力技術,就能從變暖的地球空氣中、水中、地熱中、太陽能中獲取取之不盡用之不竭的能量了,改變目前的能源日趨緊張的狀況,讓能量守恒定律保證人類有了用不完的能源和動力!地球也沒有日益變暖的危險了。

      四、設想不遠的將來:

      輪船利用海水所含的熱能作為動力,海水從船首吸入,從船尾排出,海水所含的熱能,部分被熱泵型發動機抽取,經過品質提高,用來給輪船提供蒸汽動力、提供淡水、提供生產生活用制冷、制熱源,消耗的直接能源物質很少,幾乎不消耗燃料!

      火力發電廠、核電廠也利用熱泵技術,將所有原來浪費的熱能高效反復回收利用,經過汽輪機多次轉換,幾乎實現100%的熱電轉換效率,發電成本大大降低、對環境熱排放幾乎為零,用于冷卻散熱的水資源需求也近乎于零!

      節能減排產業遠沒有到“江郎才盡”的階段,呼吁大家不要老盯著那些LED、太陽能光伏、風能等投入產出比小、應用規模小、對高耗能工業環節幾乎沒有幫助的節能減排技術不放了!本文提出的能源應用理念的變革如果能得到重視和推廣應用,鋼鐵廠、食品廠、奶粉廠、水泥廠、洗衣房、制藥廠、污水處理廠、化工廠、輪胎廠、造紙廠等等,幾乎每一個高耗能生產企業都有條件實現高效率、大幅度的熱能回收利用!早已成熟的熱泵熱回收應用技術如能盡早推廣實施,地球溫室效應將會迅速改善,社會大幅減少石化燃料消耗,人類能源危機的情況一定會得到徹底改善!

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