清洁能源 | 潜藏于污水中的热能

导言：为彻底改变家庭供暖方式并减少对气候变化的影响，水务公司正在转向一种非传统能源载体——污水。作为一种可靠的可再生能源解决方案，污水余热回收（SHR）发展势头日益强劲。我们将深入探讨污水余热回收中的创新世界，并了解水务公司投资这一前瞻性领域的原因。

一、未被开发的热源

污水通常被视为废物，但却拥有着隐形资产——恒定、稳定的温度。这种固有特性使其成为理想的可再生热源，但在很大程度上尚未得到开发利用。

污水余热回收的技术关键包括热交换器、电热泵和分配系统。该过程始于污水处理厂，有着不同来源的污水在这里进行处理。

热交换器用于将污水中的热能转移到水或制冷剂等独立流体中。污水和独立流体之间不直接接触，确保了热能提取的卫生与高效。

从污水中提取热能后，通常需要进一步升温，以达到适合住宅供暖的温度。电热泵在这一阶段发挥着至关重要的作用。它们利用电力进一步提高已被热交换器中加热的流体温度。回收的热量可以在寒冷时节有效地为住宅供暖。

现在，升温后的加热流体需要一个供热系统来有效分配至住宅或建筑物中。分配系统通常是一个管道网络，用于将加热液体从污水余热回收设备输送到住宅区。这种基础设施可确保将从污水中提取出的热量有效输送给终端用户。

二、稳定的污水温度

污水余热回收主要优势之一是污水温度全年相对稳定。与外部天气条件不同，污水能保持稳定的温度，提供可靠稳定的热源。

通过利用污水中之热能，该工艺减少了对以化石燃料为动力的传统加热方法的依赖。这有助于减少与住宅供暖相关的总体碳足迹，符合可持续发展和生态友好型能源实践的要求。

三、污水余热回收之先驱——温哥华

加拿大温哥华通过挖掘污水余热回收潜力已成为可持续能源实践的先驱。该市福溪（False Creek）地区约有6 210套公寓通过创新性利用污水中热量取暖，使污水热量成为可再生能源供暖的主要来源。

该市Seven35 Condo住宅区还利用污水余热回收成功减少了150 t温室气体（GHG）排放，令人印象深刻。该项目使用了SHARC污水热回收系统，目前可回收80%的能源。

在BBC一篇关于该项目的报道中，温哥华市邻里能源经理德里克-波普（Derek Pope）强调了污水余热回收的变革性影响。在温哥华街道下面，有一个污水系统网络在散发热量。这一过程包括战略性地布置能源中心，配备热泵，在污水到达污水处理厂之前将其冷却。

通过集中和提高所提取热量的温度，可以生产出烫手的热水，最高温度可达80 °C。波普表示，该系统运行效率极高，将电能转化为热能的效率超过300%。

这一具有前瞻性的举措不仅证明了污水热能作为可再生能源的可行性，而且与温哥华应对气候变化的承诺不谋而合。温哥华市建筑物排放的温室气体占全市排放量的50%以上，主要原因是使用天然气取暖。利用污水中余热为在社区范围内减少碳排放提供了强有力的工具，尤其是在人口稠密地区。

作为温哥华气候紧急行动计划的一部分，由市政府所有和运营的福溪社区能源公用事业公司的目标是到2030年实现完全可再生热源利用。福溪的成功带动了整个大温哥华地区区域能源系统的扩展，许多系统采用或计划采用污水热能作为主要能源，这标志着传统化石燃料的重大转变。

尽管挑战依然存在，包括前期资本成本和综合城市规划的需求，但温哥华的污水热能计划为全球旨在采用可持续供热解决方案的城市树立了一个令人信服的典范。

四、阿姆斯特丹污水余热回收计划披露

阿姆斯特丹也将利污水余热。荷兰住房协会Lieven de Key计划利用地区一级污水管道为1 600个住宅和学生宿舍提供供暖服务。

“Riothermie”的名字来源于荷兰语中的“下水道”（riöol）和“温暖”（armth）二字，它是一种全天候、全年无休的热源，标志着该市向更环保、更高效城市供热方式迈出了重要一步。

在最初怀疑声中，Lieven de Key与专门从事排水系统的Liander公司进行了讨论，并与水务局合作将这一想法付诸实践。这一概念包括利用建筑物内的水力热泵，从集中下水道（由淋浴、马桶和各种家用电器产生的恒定暖流）中获取热量。捕获的热量随后通过绝缘管道输送到住户家中；在此过程中，热交换器可将热量温度提升到60~70 °C。

项目负责人耶罗-拉德梅克（Jeroen Rademaker）在《卫报》一篇文章中说道：“我们有一张街道被雪覆盖的照片，而井盖上都没有雪。即使冬天下雪，下水道也是温暖的，温暖的污水一天24小时都在流动，我们应该把它收集起来。只要有较大污水管的地方，都可以这样做。”

这一富有远见的项目与阿姆斯特丹更广泛的气候应急行动计划相一致，旨在到2030年实现完全可再生热源。

五、全球其它著名污水余热回收项目

同时，在荷兰的Raalte，Waterboard Groot Salland等地通过使用4台59 kW热泵，利用处理过的污水加热水，建造了一个可持续游泳池。这一举措每年可减少137 t CO₂排放，燃气用量减少33%，每年可节省燃气开支25 000欧元。

与此同时，瑞士继续通过位于乌斯特的Seeblick多户住宅展示污水余热回收的有效性。该项目由三栋楼52个单元组成，通过利用污水中热量为空间和水加热，减少了157 t石油和172 000 Nm³天然气消耗。因此，每年CO₂排放量大幅减少，可达340~412 t。

这一趋势还延伸至挪威；在奥斯陆Sandvika公司，一半热能是由一个利用4台热泵的污水处理厂提供的。这项创新每年可减6 000 t CO₂排放量，令人印象深刻。

在英国，人们对污水余热回收之兴趣也与日俱增，尤其是在苏格兰加拉谢尔斯的博德斯学院中小型试点项目取得成功之后。该项目由苏格兰水地平线公司（Scottish Water Horizons）和SHARC能源系统公司（SHARC Energy Systems）合作完成，于2015年12月开始运行。

该系统采用2台400 kW热泵，年供热量相当于为1.9 MkW·h，可满足该学院约95%供热需求，且不会对当地下水道系统造成不利影响。与传统燃气锅炉供热相比，该项目每年可减少 170 t CO₂排放量，并节省大量资金，每年约为10 000英镑。

六、污水余热回收之缺点

污水余热回收虽然有诸多优点，但仍然需要不断完善。一个主要问题是，实施这些系统需要大量基础设施建设投资，这对广泛采用这些系统构成了很大障碍。改造现有建筑物和污水系统需要大量前期投资，这可能会限制污水余热回收大规模应用的可行性。

污水源热泵系统容易磨损，会带来维护方面的挑战，因为污水中固体和碎屑可能会影响热交换器或热泵效率。为确保系统使用寿命和最佳性能，定期维护势在必行。

另一个挑战是公众对卫生问题的抵触情绪。克服“恶心”因素和促进公众接受是广泛实施污水余热回收的潜在障碍。

虽然污水一般都能保持稳定的温度，但由于季节变化和用水模式的波动，特别是在极端寒冷气候条件下，可能会出现温度变化，从而影响系统效率。

遵守监管标准对于确保回收的热量不会影响污水处理过程至关重要。污水温度的变化可能会影响污水处理厂的生物处理效率。

污水余热回收可行性取决于是否有合适的、规模较大的污水处理系统。在污水管网规模较小或欠发达的地区，实施污水热回收可能不切实际。

在污水余热回收过程中引入电热泵会增加能源消耗。根据电力来源不同，可能会对环境产生影响，尤其如果电力来自不可再生资源。

空间限制是另一个挑战，特别是在人口稠密的城市区域，找到合适的热回收基础设施安置点可能具有挑战性。

七、污水处理厂附近的空气质量问题

虽然热回收本身不会产生异味，但污水处理厂或热回收设施附近的空气质量问题可能会产生。在英国Great Grimsby的Anglian水务公司所管理的Pyewipe污水处理厂多年来一直受到居民投诉，议会也对此进行了讨论。适当的设计和操作方法是减少这些问题的必要条件。

在污水水温相对较低的地区，污水输出的热量可能不足以满足家庭供暖需求，因此，需要额外能源。

尽管存在这些挑战，但污水余热回收提供了一种创新和可持续的供热解决方案。要解决这些弊端，需要精心规划、技术进步和社区参与，以最大限度发挥污水热回收系统的效益。

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