За счет федеральных средств города хотят использовать тепло из источников отходов и грунта, чтобы перевести здания от сжигания ископаемого топлива на месте.Автор: Брайан Мартуччи
В Дулуте, штат Миннесота, планируют использовать сточные воды в качестве источника тепла для сети горячего водоснабжения, обслуживающей здания вблизи центра города. городская набережная, — сказал исполнительный директор Ever-Green Energy, инженерного консультанта проекта. Джейкоб Бумсма (Jacob Boomsma) через Getty Images
Районные энергетические системы — сети подземных трубопроводов, по которым пар или вода поступает между близлежащими зданиями, — десятилетиями отапливали, а в некоторых случаях и охлаждали университетские городки, военные базы и плотно застроенные городские районы по всему миру. В этих системах часто используются центральные когенерационные установки, которые сжигают ископаемое топливо или биомассу для выработки тепла. Но новое поколение районных подземных сетей отопления и охлаждения, известных как тепловые энергетические сети, готово разрушить эту традицию в США, поскольку все больше городов экспериментируют с низкоуглеродными системами.
В прошлом году Министерство энергетики США оказало большую поддержку этим усилиям, выделив 11 общинам в общей сложности 13 миллионов долларов на проектирование тепловых энергетических сетей местного масштаба. Проекты, финансируемые Министерством энергетики, будут получать тепловую энергию из таких источников, как городские сточные воды и сама земля, а не за счет сжигания. Один из них во Фрамингеме, штат Массачусетс, надеется подключиться к сетевой геотермальной системе, которая с июня обслуживает муниципальные здания, малые предприятия и дома на одну-две семьи. Сторонники проекта видят не столь отдаленное будущее, в котором тепловые энергетические сети станут более безопасной и эффективной альтернативой коммунальному газоснабжению, что позволит снизить загрязнение воздуха на местах и выбросы парниковых газов, вызывающих потепление на планете. “Мы хотим как можно быстрее показать людям, что эта технология применима практически везде… она имеет смысл там, где имеет смысл газовая система”, — сказала Зейнеб Магави, исполнительный директор Heet, некоммерческой организации, участвующей во Фрамингемском проекте. Однако, по словам Магави, остаются проблемы с повсеместным внедрением тепловых энергетических сетей, включая трудности с проектированием “воспроизводимых” систем, которые можно легко адаптировать для конкретных объектов. Сторонникам создания тепловых энергетических сетей также предстоит еще многое сделать, чтобы проинформировать клиентов, градостроителей и другие заинтересованные стороны о масштабах этой возможности, добавила она.
“[Это] один из наших крупнейших энергетических ресурсов, и он совершенно не используется», — сказала она.
Различные потенциальные источники тепла
Тепловые энергетические сети используют электроэнергию для передачи тепла из одного места в другое, а это означает, что здания, обслуживаемые этими системами, больше не нуждаются в сжигании ископаемого топлива на месте для экономии места и подогрев воды. В среднем тепловые энергетические сети работают в шесть раз эффективнее, чем электрические системы отопления, и в три раза эффективнее, чем воздушные тепловые насосы, говорится в информационном бюллетене, опубликованном CLEER, ведущей организацией по созданию сети тепловой энергии, финансируемой Министерством энергетики США, в Карбондейле, штат Колорадо.
Большинство проектов, финансируемых Министерством энергетики, будут получать тепловую энергию из земли, используя преимущества почти постоянной температуры под землей для передачи тепла в дома и предприятия, а также между ними. Но тепловые энергетические сети могут также обмениваться теплом с поверхностными водами, такими как озеро Онтарио, холодные глубины которого питают обширную сеть централизованного охлаждения в Торонто, а также с источниками отработанного тепла, такими как сточные воды, сказал Магави.“[Тепловые сети] обеспечивают инфраструктуру для доступа к огромным тепловым ресурсам вокруг нас”, — сказала она.По словам Люка Голсвика, проект, финансируемый Министерством энергетики США в Дулуте, штат Миннесота, будет использовать сточные воды в качестве источника тепла для сети горячего водоснабжения, обслуживающей коммерческие, многоквартирные жилые, гостиничные, развлекательные и легкие промышленные здания в оживленном коридоре недалеко от городской набережной., президент и генеральный директор Ever-Green Energy, технический консультант проекта. Система тепловых насосов и теплообменников повысит температуру воды в контуре с 85-90 градусов по Фаренгейту до 180 градусов по Фаренгейту. Затем нагретая вода поступает в централизованный контур, который клиенты сети могут использовать для обогрева помещений, нагрева горячей воды для бытовых нужд и таяния снега на тротуарах и подъездных путях, сообщает Gaalswyk.
У каждого клиента сети естьвстроенный теплообменник, который передает тепло из центрального контура в контур здания и обратно в окружной контур. Затем окружной контур возвращает охлажденную воду на центральную станцию очистки сточных вод, чтобы возобновить цикл, сообщает Gaalswyk.
Сеть Дулута спроектирована таким образом, чтобы обеспечить ожидаемую тепловую нагрузку своих клиентов, используя только тепло сточных вод, сказал Галсвик. По словам Джона Фокс-Рубина (Jon Fox-Rubin), менеджера по инновациям CLEER, в проекте Carbondale, напротив, используется гибридный подход, который дополняет контур от наземного источника теплом, вырабатываемым газовыми котлами, и солнечной тепловой энергетической системой, которая концентрирует солнечную энергию для производства тепла в периоды пикового спроса. По его словам, использование нескольких источников тепла позволяет использовать геотермальную систему меньшего размера, что экономит деньги.
Потенциальные затраты на отопление, выгоды от сокращения выбросов
Широкое внедрение тепловых энергетических сетей может привести к экономии средств для жителей, утверждают сторонники проекта. Дом среднего размера в Массачусетсе, использующий геотермальную сеть, тратит на отопление от 420 до 620 долларов в год, по сравнению с 1040-1120 долларами в год для домов среднего размера, использующих газовые печи, говорится в исследовании Клиники прикладной экономики за 2021 год, подготовленном от имени Heet.
Кроме того, за счет отказа от сжигания ископаемого топлива на месте и улучшения качества воздуха на местах тепловые энергетические сети могут снизить нагрузку на окружающую среду в сообществах, которые исторически испытывали на себе основную тяжесть загрязнения воздуха промышленностью, транспортом и другими источниками.
Первоначальный проект, финансируемый Агентством по охране окружающей среды в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, включает в себя оживленный центральный железнодорожный вокзал города и до 1000 единиц жилья для людей со смешанным доходом, планируемых поблизости. В долгосрочной перспективе город может расширить сеть до Хилла, района с низким уровнем дохода, расположенного непосредственно рядом с железнодорожным вокзалом, где уровень заболеваемости астмой, раком и сердечными заболеваниями выше среднего, сказал Стивен Уинтер, исполнительный директор по климату и устойчивому развитию Нью-Хейвена.
Снижение загрязнения окружающей среды является руководящим принципом для Heet, поскольку она работает над второй фазой сети Framingham и разрабатывает проекты в нескольких других рабочих сообществах Массачусетса, сказал Эндрю Илифф, директор группы по национальным сетям.
Участие в строительстве
Повышение осведомленности общественности о пользе обезуглероживания для здоровья может способствовать развертыванию тепловых энергетических сетей в масштабах, необходимых для поэтапного отказа от коммунальных газовых сетей По словам сторонников этих систем, это позволит газовым компаниям развиваться, а не выходить из бизнеса. По словам Магави, некоторые коммунальные службы приветствуют эти усилия. По ее словам, команда по продажам газа в Eversource, которая обслуживает Фрамингем, подключилась всего за один уик-энд, чтобы подключить клиентов к системе, которая заработала в июне.
“Мы полностью изменили название группы с ”продажи и маркетинг газа» на «тепловые решения для клиентов», — сказала вице-президент Eversource по чистым технологиям Никки Бруно. Только один потенциальный клиент, который только что установил новую систему кондиционирования, отказал им, добавила она.
“Эксплуатация, строительство и техническое обслуживание подземной геотермальной сети имеет много параллелей с тем, что наша отрасль и наши сотрудники делают каждый день”, — сказал президент Eversource по газовым операциям Билл Экли в июне на церемонии открытия пилотного проекта Framingham.
<Городские власти могут способствовать развертыванию тепловых энергетических сетей и повысить их конечную жизнеспособность, сотрудничая с другими муниципальными и некоммерческими организациями, которые успешно их внедрили, заявили в New Haven's Winter.По его словам, команда Уинтера проконсультировалась с руководителями проекта из Йельского университета, который планирует построить собственную сетевую геотермальную систему для обслуживания части своего кампуса в Нью-Хейвене, и с жилищным управлением Меридена в соседнем Меридене, штат Коннектикут, которое уже развернуло такую систему.Бруно добавил, что тесное сотрудничество между городами и разработчиками проектов, включая такие коммунальные службы, как Eversource, может облегчить работу городских служащих во время строительства. По ее словам, Eversource активно взаимодействовала с общественностью при подготовке и монтаже недавно построенной системы Framingham, и даже установила палатку на рабочем месте в среду вечером.“Нашей мантрой для города было: ”Убедитесь, что Eversource получает жалобы в первую очередь, чтобы они не затопили офис мэра", - сказал Бруно.
К концу этого года Министерство энергетики США планирует выпустить отчет “Пути к коммерческому развитию” о геотермальных сетях коммунального и общественного масштаба, сообщил Алексис Маккиттрик, руководитель программы по гидротермальным ресурсам, низкотемпературным и попутно получаемым ресурсам в офисе геотермальных технологий Министерства Энергетики США.“Эти системы уже существуют, они масштабируемы и могут быть адаптированы к различным географическим регионам, различным сообществам”, — сказал Маккиттрик. “[Они] могут быть сконфигурированы для любого вида вашего здания и масштаба”.
Рекомендуемое чтение
- Обезуглероживание зданий в масштабах микрорайона: 2 подхода От Изабель Кемпе • 6 февраля 2024 г.
- Геотермальная система — первая в США от Изабель Кемпе • 5 июня 2024 г.
- Чтобы стимулировать геотермальное отопление и охлаждение, Министерство энергетики финансирует 11 проектов Изабель Кемпе по проектированию систем общественного назначения • 3 мая 2023 г.