水源熱泵技術不是一項新技術,它的發(fā)展歷史已有100多年,技術非常成熟,應用非常廣泛,生態(tài)效益、經(jīng)濟效益都非常顯著,已經(jīng)被大量的實踐所驗證,得到社會各界的廣泛認可。污水源熱泵是水源熱泵的一個分支,能量的來源不是清潔的地下水和地表水,是已經(jīng)處理過的中水。
由于污水處理工藝的要求,達標排放的中水溫度基本穩(wěn)定,與自然環(huán)境存在一定的溫差,冬天遠高于環(huán)境溫度,夏天遠低于環(huán)境溫度,通過熱泵技術把溫差進一步“放大”,達到夏天制冷、冬天制熱的目的。比如北方達標排放的城市污水,冬天在的溫度大約13℃—19℃可以吸取污水中的熱量,作為熱泵的熱源來制熱,夏天的溫度大約15℃—17℃可以往污水中放熱,作為熱泵的冷源來制冷。這些所謂的污水,水量巨大,蘊含的能量巨大,如果被充分利用,經(jīng)濟效益和環(huán)境效益相當可觀。
“污水”并不“污”
一般聽到“污水源熱泵”的“污水”兩個字,反映是黑浪翻滾、惡臭撲鼻,擔心污水源熱泵系統(tǒng)污染環(huán)境。實際上污水源熱泵系統(tǒng)利用的是經(jīng)過嚴格處理、完全達標排放的生活廢水、工業(yè)廢水,經(jīng)污水處理廠處理后的中水也叫“再生水”,完全可以用于農(nóng)田灌溉、園林綠化、工業(yè)、消防、沖廁等等,不會存在污染問題。污水源熱泵系統(tǒng)采用密閉循環(huán)換熱,不會增加污染,只是溫度發(fā)生了變化,利用后的污水會“從哪兒來、到哪兒去”,經(jīng)過換熱后一般會再次回排到原取水地,不會造成二次污染。
向“污水”要清潔能源
城市污水是由工業(yè)廢水和生活污水組成,水量巨大,蘊含非常豐富的低品位熱能。據(jù)空調(diào)制冷專家的調(diào)研,我國目前城市每年排放的將近900億噸污水,蘊含了城市中40%的低品位廢熱能,是非常寶貴的可再生熱能資源。我國北方城鎮(zhèn)70%采用集中供熱方式取暖,如果使用污水源熱泵系統(tǒng),可以為城市25%的建筑提供高品位熱能,每年節(jié)省約0.75億噸標準煤。
據(jù)估算,使用污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方式運行,其能量輸入與輸出之比可達到1:6,即輸入1KW電能可獲得6KW的熱量,節(jié)能率可達80%。這種方式的采暖費分別為燃煤供熱方式的40%、燃氣供熱方式的50%、燃油供熱方式的60%。采暖時,每使用一噸污水可獲取13~25kW熱能,相當于1.5kg~3kg標準煤供熱的有效熱值。
目前,該技術較為成熟,國內(nèi)外工程實例很多,20世紀80年代初在瑞典、挪威等北歐國家就已經(jīng)開始對污水源熱泵技術的應用,而現(xiàn)在我國污水源熱泵也得到快速發(fā)展。青島市是污水能源利用比較廣泛的城市,新開工建設污水源熱泵、地下水源熱泵等清潔能源供熱項目20多個,項目建成后,每個供熱季能節(jié)約標煤近20萬噸,減排二氧化碳40多萬噸。
沈陽陽光100國際新城水源熱泵項目采用水源及原生污水源熱泵系統(tǒng)來提供供暖,冬季平均供熱溫度可達22℃。不僅成功解決了陽光100超大型住宅小區(qū)的供熱問題,并且有效實現(xiàn)每年減少CO2排放量18478噸,減少SO2排放量59.8噸,減少氮氧化物排放量52噸。
2017年科靈節(jié)能參與建設的淄博石橋鎮(zhèn)舊村改造項目污水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)成功運行,該項目依托污水處理廠穩(wěn)定的污水作為熱源,通過熱泵技術提取污水熱能,用于小區(qū)冬天取暖。項目建成后將解決了石橋鎮(zhèn)村近120萬平米的取暖問題,每天節(jié)約標準約為300噸,減少CO2排放量約為80噸、SO2排放量約為250kg、NO2排放量約為220kg。
當前地方政府面臨巨大的環(huán)??己藟毫Γf元GDP污染物排放、萬元GDP能源等指標成為地方經(jīng)濟發(fā)展中繞過不去的一道坎。污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng),不消耗煤炭,不排放任何污染物,環(huán)境效益明顯,在地方經(jīng)濟發(fā)展進程中必將成為清潔能源利用的首要選擇。
經(jīng)濟效益提供了強大支撐
一個項目生態(tài)效益、環(huán)境效益、社會效益再好,如果沒有經(jīng)濟效益的支撐是不會長久的,不靠市場化運作是不會有生命力的。
我們以北方某項目測算的數(shù)據(jù)為例,用電平均電費0.55元/度,每平方米供熱面積用電功率0.01kW,滿負荷率70%,年供熱運行電費為11.09元/m2 ;管理人員、維護保養(yǎng)、折舊費用和更換部件費用,折合每年每平方米2.27元/m2;供熱運營成本大約13.36元/㎡。如果按物價部門核定的收費標準,年供熱運營利潤相當客觀,投資回收期一般高于4年。與熱電聯(lián)產(chǎn)、以及各種清潔供熱方式的對比,污水源熱泵的經(jīng)濟效益十分顯著。
作為一項市政工程,污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)有一定利潤空間,有合理的投資,投資、合作形式的選擇空間很大,合同能源管理、PPP、由政府出資、由企業(yè)投資、多方合作,等等,只要有共同意愿,明確各自權利和義務,就一定會找到正確的運作模式。
應用廣泛待推廣
山東省正在建設一處占地面積3300平的電子產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),擬采用污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。由于電子產(chǎn)品生產(chǎn)對環(huán)境溫度要求較高,除了員工居住區(qū)、企業(yè)辦公區(qū),包括所有的生產(chǎn)車間都需要空調(diào)系統(tǒng)。地處城市配套的供熱半徑之外,新上熱電項目受到指標的制約,采暖成為開發(fā)區(qū)面臨的一大難題。經(jīng)認真調(diào)研,決定利用距離不遠的污水處理廠達標排放的污水作為熱源,建設污水源熱泵空調(diào)能量站,順利通過了專家論證。經(jīng)測算,供熱區(qū)域的建筑總面積200萬平方米,每年供熱量80多萬GJ,折合標準煤近3萬噸,年節(jié)約標準煤2萬多噸,減排二氧化碳5.4萬噸,解決社會就業(yè)50多人,為開發(fā)區(qū)的后續(xù)發(fā)展提供了保障。
山東東營蝦苗養(yǎng)殖場利用油田排放廢水的余熱,經(jīng)過污水源熱泵供熱,全年水溫恒定,降低供熱成本70%以上,取得了良好的經(jīng)濟效益;
山東省濰坊市在環(huán)保治理中禁止使用燃煤鍋爐后,很多果品和蔬菜烘干企業(yè)紛紛采用蒸汽、天然氣、空氣源熱泵烘干機組,也有多家企業(yè)利用污水源熱泵、水源熱泵烘干機組,經(jīng)過與蒸汽、天然氣、空氣源熱泵等烘干形式的對比,污水源熱泵系統(tǒng)在成本控制方面優(yōu)勢非常明顯。
城市污水處理廠一天的處理量達幾十萬方、上百萬方,可以作為城市、企業(yè)集中供熱的污水源熱泵能源站。洗浴中心的廢水排放量雖小,但熱量很高,完全可以汲取熱量再次利用,可以大大降低能源消耗、降低使用成本。目前污水源洗浴熱泵發(fā)展較快,成為熱泵利用的一個新領域。
污水的水量有大有小,溫度有高有低,有針對性地進行利用是關鍵。
解決好防堵、防腐兩個難題
前幾年污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)有多起失敗的案例,主要是沒有解決好防堵、防腐問題,這應引起有關方面的高度重視。污水畢竟是污水,與清潔的地下水、地表水相比,雖然經(jīng)常處理達標排放,但是仍然含有多種溶解物、懸浮物、固體物等等,成分復雜,化學特性不穩(wěn)定,與普通水源熱泵相比,污水源熱泵面臨兩個難題:一是防堵問題,二是防腐問題。近年來,企業(yè)和研究機構針對這兩個問題進行了深入研究,積累了豐富經(jīng)驗。解決堵塞問題,一是在污水進入換熱器之前,使用篩濾器去除懸浮物質。二是選用防止堵塞的蒸發(fā)器,三是在換熱器中設置自動清洗裝置。解決腐蝕問題,易造成腐蝕的設備主要是換熱設備,采用銅鎳合金換熱管合成材料殼體等可以有效解決防腐的問題。同時也需要加強運營期間的維護保養(yǎng),落實好各項防堵塞、防腐蝕的措施。
解決好防堵、防腐兩大難題,是技術問題、是經(jīng)驗問題,所以選擇具備一定技術實力、具備豐富經(jīng)驗的企業(yè)是關鍵。
隨著環(huán)保力度的加大、減排要求的提高,污水源熱泵的發(fā)展已經(jīng)引起了各方面的高度重視,下步需要政府的引導、政策的扶持、企業(yè)的推動、各方的協(xié)作,污水源熱泵一定會大有可為,大有作為。