Applicazione del recupero di calore nel riscaldamento delle aree urbane

L’applicazione del recupero di calore nel riscaldamento regionale è essenzialmente quella di ottenere l’utilizzo a cascata e la rigenerazione circolare dell’energia, e il suo valore fondamentale risiede nel rompere il disallineamento strutturale tra “spreco energetico” e “domanda di riscaldamento”. Nel processo di produzione industriale e di funzionamento urbano, una grande quantità di calore di scarto a media e bassa temperatura viene scaricata direttamente nell’ambiente, il che non solo causa perdita di energia ma può anche portare a inquinamento termico. Secondo i dati del Thermal Power Industry Committee della China Energy Conservation Association, il calore residuo recuperabile annuo nel settore industriale nazionale è di circa 1,08 miliardi di tonnellate di carbone standard equivalente, di cui il potenziale di recupero economicamente fattibile è di circa 320 milioni di tonnellate di carbone standard, equivalente al 47% del consumo energetico totale del riscaldamento centralizzato urbano nel 2023. Ciò fornisce potenziali fonti di calore sufficienti per il riscaldamento regionale. Rispetto alle modalità di riscaldamento tradizionali, il riscaldamento a recupero di calore non si basa sul consumo di nuovi combustibili fossili. Può solo catturare, purificare e trasportare il calore di scarto inattivo attraverso mezzi tecnologici per soddisfare le esigenze di riscaldamento dei residenti, degli edifici commerciali e pubblici nella regione, raggiungendo il duplice obiettivo di “conservazione energetica e riduzione del carbonio” e “sicurezza dei mezzi di sussistenza”.

Attualmente, l’applicazione della tecnologia di recupero del calore nel riscaldamento regionale ha formato scenari diversificati, coprendo molteplici campi come il calore di scarto industriale e il calore di scarto urbano, e adattandosi alle esigenze di riscaldamento e alle dotazioni di risorse di diverse regioni. Il recupero del calore di scarto industriale è lo scenario più maturo e ampiamente utilizzato. Il gas di scarico del processo, l'acqua di raffreddamento, i gas di combustione e altro calore di scarto generato da industrie chiave ad alto consumo di energia come l'acciaio, il cemento, la chimica e l'elettricità possono essere collegati direttamente alla rete di riscaldamento regionale dopo un trattamento tecnico mirato. Ad esempio, il progetto “Chatting Heat into Jinan” nella provincia di Shandong utilizza il calore di scarto industriale della centrale elettrica del gruppo Liaocheng Xinfa come fonte di calore e trasmette energia termica a Jinan attraverso una rete di condutture di riscaldamento lunga oltre 100 chilometri. Una volta raggiunta la piena capacità, potrà soddisfare la domanda di riscaldamento di circa 100 milioni di metri quadrati nella città di Jinan. Ogni stagione di riscaldamento può sostituire circa 1,299 milioni di tonnellate di carbone standard, ridurre le emissioni di anidride carbonica di circa 3,56 milioni di tonnellate, equivalenti all’aggiunta di quattro nuove fattorie forestali di Saihanba per il sequestro del carbonio in un anno, diventando un progetto di riferimento per il riscaldamento interregionale del calore di scarto industriale.

Il recupero del calore di scarto urbano fornisce un percorso innovativo per il riscaldamento in aree urbane densamente popolate, coprendo nuove fonti di calore come il calore di scarto dell’incenerimento dei rifiuti, il calore di scarto dei data center e il calore di scarto degli effluenti degli impianti di trattamento delle acque reflue. Il distretto di Tianjin Dongli adotta in modo innovativo la tecnologia di utilizzo dell'energia termica a cascata per convertire il calore di scarto a media e bassa temperatura generato dall'incenerimento dei rifiuti in fonti di riscaldamento. Attraverso un processo di estrazione del calore in tre-fasi, il calore di scarto viene convertito in acqua calda riscaldante a 80 gradi, che viene trasportata alla stazione di riscaldamento di Dabizhuang attraverso una tubazione di riscaldamento di 12 chilometri, che copre un'area riscaldata di 3 milioni di metri quadrati. Questo non solo sfrutta appieno il calore di scarto generato dal trattamento quotidiano di 1.900 tonnellate di rifiuti domestici nell’impianto di incenerimento dei rifiuti, ma riduce anche direttamente della metà i costi di riscaldamento. Una stagione di riscaldamento fa risparmiare circa 34 milioni di yuan in sussidi al governo, ottenendo una situazione vantaggiosa per tutti i vantaggi ecologici ed economici. Inoltre, un data center a Yizhuang, Pechino, utilizza un sistema a pompa di calore per recuperare il calore di scarto e fornire riscaldamento invernale a 120.000 metri quadrati di aree residenziali circostanti. Il recupero annuo di calore raggiunge i 150.000 GJ, riducendo le emissioni di carbonio di circa 4.200 tonnellate, dimostrando l’enorme potenziale dell’utilizzo del calore di scarto nelle nuove infrastrutture urbane.

L’innovazione tecnologica è il supporto fondamentale per potenziare il riscaldamento regionale con il recupero di calore. Dopo anni di sviluppo, è stato creato un sistema tecnologico maturo per adattarsi a diversi tipi di calore di scarto, tra cui principalmente la tecnologia delle pompe di calore, lo scambio di calore per assorbimento, il ciclo Rankine organico (ORC) e il sistema di conversione del vapore acqueo ad alta-temperatura. Tra questi, la tecnologia della pompa di calore è adatta per il recupero e l'utilizzo del calore di scarto a bassa-temperatura (sotto i 100 gradi). Consumando una piccola quantità di elettricità, il calore di scarto di bassa-gradazione può essere portato a una temperatura in grado di soddisfare le esigenze di riscaldamento, con un rapporto di efficienza energetica di 3-4 o più. È ampiamente utilizzato in scenari di calore di scarto a bassa-temperatura come data center e impianti di trattamento delle acque reflue; Lo scambio di calore ad assorbimento e il sistema di conversione del vapore acqueo ad alta-temperatura sono adatti per il calore di scarto a temperatura medio-alta (superiore a 100 gradi), che può convertire direttamente il calore di scarto ad alta temperatura dalla produzione industriale in energia di riscaldamento senza ulteriore trattamento termico, riducendo la perdita di energia. Allo stesso tempo, l’integrazione della tecnologia intelligente migliora ulteriormente la stabilità e l’efficienza dei sistemi di riscaldamento a recupero di calore. Basato su algoritmi AI, il sistema di previsione del carico termico e di controllo dinamico può regolare la quantità di riscaldamento in tempo reale in base alla temperatura esterna e alla domanda dell'utente, evitando sprechi energetici. L’applicazione di nuovi materiali di accumulo termico a cambiamento di fase risolve efficacemente il punto dolente dell’instabile fornitura di calore di scarto e garantisce la continuità del riscaldamento.