Ձեռք բերել
Էլեկտրակայանները, գործարանները, աղբահանությունները և տվյալների կենտրոնները ամեն օր հսկայական քանակությամբ ջերմություն են արտադրում, որը թափանցում է օդ և ջուր։ Այնտեղից շատերը կարող էին օգտագործվել բնակարաններ տաքացնելու համար։ Գրեթե ոչինչ չէր կարող օգտագործվել էլեկտրականության արտադրման համար։ Ահա թե ինչու և որտեղ է այն վերականգնվում։
Helen Ltd / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
Հելսինկիում գտնվող այգու ներքևում, քարանձավներում, մեծ տաքացնող պոմպերի շարք է տեղադրված, որոնք վերցնում են քաղաքի աղտոտված ջրից և շրջակա տարածքների սառեցման ցանցից վերադարձվող ջրից ստացած ջերմությունը և այն փոխանցում են շրջակա տարածքների տաքացման համակարգին, որը տաքացնում է բնակարանները։ The Katri Vala plant, run by the city’s energy company Helen, produced 570,000 MWh of heat in 2017 from five large heat pumps, and a sixth, added in 2021, was expected to raise that by up to 200,000 MWh a year; its capacity reached about 123 MW (Wikipedia, Energy in Finland, citing Helen, 2018). Ջերմությունը արդեն գոյություն ուներ։ Այն երբեմն հոսում էր Բալթիկ ծով։
Էներգետիկ աղբյուրներից ամենամեծը ջերմության կորուստն է, որը ոչ ոք չի հաշվում։ 2016 թվականի ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս , որ Աշխարհի էներգիայի 72 % -ը կորցնում է իր արժեքը փոխակերպման ժամանակ :, հիմնականում որպես տաքություն, և այն 63 % -ը ջերմության հոսքերի 100 ° C-ից ցածր են : (Ֆրանսիա, Լոնդոն, 2016 թ.). Երկրորդ թիվը կարևորն է։ Ջերմությունը, որ սառչում է, գրեթե անօգուտ է էլեկտրականություն արտադրելու համար և շատ օգտակար է շենքեր տաքացնելու համար։ Այս էջը բացատրում է, թե ինչու և ինչ է պետք օգտագործելու համար։
Ի՞նչ է այն
Ձեռք բերել ջերմության աղբյուրը նշանակում է վերցնել այն ջերմությունը , որ արտադրական գործընթացը ազատում է և փոխանցել այն ինչ-որ մեկին , ով ջերմության կարիք ունի : Այն ունի երեք տարածված ձևեր.
- Առաջին օգտագործում. Սառը ջուր կամ գազ արտադրական գործարանից, հրդեհաշիջման կամ էլեկտրակայանից անցնում է ջերմային փոխանակիչով դեպի տարածաշրջանային տաքացման ցանց կամ այլ գործընթաց. Այսպես են սկսվել Դանիայում և Շվեդիայում ջերմային ցանցերը:
- Հեղուկ ջրի տաքացման պոմպեր Կանաչապատման, տվյալների կենտրոնների, սուպերմարկետների, մետրոյի թունելի և սառեցման ջուրը միայն 10-40 °C է։ Մեծ ջերմային պոմպը բարձրացնում է այդ ջերմությունը մինչև 60-90 °C, ինչը անհրաժեշտ է ցանցերին, օգտագործելով շատ ավելի քիչ էլեկտրականություն, քան կաթսայի դեպքում։
- Էլեկտրաէներգիա արտադրել։ 200 °C-ից բարձր ջերմաստիճանով, կարող է շարժել գազային թյուրքական կամ օրգանական Ռենկինի շրջան (ORC), փոքր թուրքմեն, որը օգտագործում է հեղուկ, որը խառնվում է ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, քան ջուրը.
Ինչպես է այն աշխատում
The value of heat is set by its temperature. One kWh of heat at 30 °C and one kWh at 600 °C are the same amount of energy but not the same resource. Carnot efficiency, the ceiling for any engine that turns heat into work, is η = 1 − T_cold / T_hot, with temperatures in kelvin. 25 °C (298 K) միջավայրում:
- ջերմություն՝ 30 °C (303 K):
1 − 298/303 = 1.6% - ջերմություն՝ 90 °C (363 K):
1 − 298/363 = 18% - ջերմություն՝ 300 °C (573 K):
1 − 298/573 = 48%
Իրական մեքենաները հասնում են այս շեմի միայն կեսից քիչ։ Օրգանական Ռենկինի շրջանները, որոնք սովորաբար օգտագործվում են միջին տաքությունից էլեկտրականություն վերադարձնելու համար, սովորաբար փոխակերպում են տաքության մոտավորապես 5-20%-ը, բարձրացնելով դրա ջերմաստիճանը (Quoilin et al., 2013). 80 °C-ից ցածր ջերմաստիճանի դեպքում էլեկտրականությունը հազվադեպ է արժանի մեխանիզմի օգտագործման։
Ջերմային պոմպերը հակառակ ուղղությամբ են աշխատում։ Ջերմային պոմպի վերին հատվածը COP = T_hot / (T_hot − T_cold): ինչքան փոքր է վերելակը, այնքան ավելի շատ ջերմություն է արտադրվում մեկ էլեկտրական միավորի համար 30 °C-ից մինչև 80 °C բարձրացնելով տվյալների կենտրոնի ջերմաստիճանը, Carnot COP-ն կազմում է մոտավորապես 6.4; իսկ իրական մեծ տաքացման պոմպերը հասնում են մոտավորապես կեսին, մոտավորապես 3. ձայն 100 կՎտ/ժ 30 °C-ի ջերմաստիճանից և մոտ 45 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիայից կազմում է մոտ 145 կՎտ/ժ ցանցային ջերմաստիճան. Էլեկտրաէներգիան ոչ միայն չարաշահվում է, այլև դառնում է տաքություն։
Այնքան հեռու, որքան հնարավոր է Ջերմությունը շատ թանկ է տեղափոխել։ Խողովակները, ջրատարները և պոմպերը շատ ավելի թանկ են մեկ կվտժի համար, քան էլեկտրական կայանները, իսկ տաք ջուրը կորցնում է իր ջերմությունը ճանապարհին։ Օգտագործված ջերմությունը շատ կարևոր է, երբ այն օգտագործողը գտնվում է աղբյուրի մոտ կամ երբ ջերմային ցանցը արդեն անցել է այն: Modern “fourth generation” networks run at lower temperatures (around 50 to 70 °C) precisely so that more low-grade heat can be used (Lund et al., 2014).
Թեժությունը երրորդն է։ Տվյալների կենտրոնը ամբողջ տարին տաքացնում է, իսկ բնակարանները դրա մեծ մասը ձմռանը են պահանջում։ Ցանցերը հաշվարկում են այս ամենը տաքության պահպանման, այլ տաքացման աղբյուրների և ամռանը չօգտագործվող տաքությունը դուրս բերելու միջոցով։
Սահմանափակումներ
- Temperature. Ամենա ջերմությունը շատ սառը է էլեկտրականության համար։ Կարնոյի հավասարումը չափազանցություն չէ։
- Առաջին քայլը: Առաջին քայլը, որը պետք է կատարվի, որպեսզի յուրաքանչյուր ոք կարողանա օգտվել տեխնոլոգիայի բոլոր առավելություններից։
- Ժամանակի հետ անհամատեղելիություն։ Էլեկտրական և ջերմային էներգիայի արտադրության համար օգտագործվում են ջրամբարներ, որոնք գտնվում են Սևանա լճի մոտակայքում։
- Հավատալիություն և պայմանագրեր. Ցանցը չի կարող կախված լինել մի գործարանից, որը կարող է փակվել կամ տվյալների կենտրոնից, որը կարող է տեղափոխվել։ Կոնտրակտները, ռիսկի բաժանումը նույնքան կարևոր են, որքան ինժեներական աշխատանքը։
- Առաջին հերթին արդյունավետությունը։ Լավագույն կորցրած ջերմությունն այն է, որը չի արտադրվում։ Լավագույն գործընթացները և արդյունավետ սերվերները կրճատում են վերականգնման հնարավորությունը, և դա լավ բան է։
Ցուցադրել նախագծերը
| Գործողություն | Որտեղ, երբ | Ջերմության աղբյուր և չափ | Ինչ է հայտնում |
|---|---|---|---|
| Կատրի Վալայի տաքացման և սառեցման գործարան | Հելսինկի, Ֆինլանդիա, 2006 թվականից։ | Ջուրը մաքրում են և վերադարձնում հյուսիսային շրջաններ, մեծ տաքացման պոմպեր կան քարանձավներում։ | 570,000 MWh of heat in 2017 from five heat pumps; a sixth from 2021 adds up to 200,000 MWh a year; about 123 MW in total (Helen, 2018; Wikipedia) |
| Օդեսայի մարզի պաշտոնական կայք | Odense, Denmark, since 2020 | Սերվերի ջերմությունը տաքացման պոմպերի միջոցով տեղափոխվում է քաղաքային ցանց | Goal: 100,000 MWh of heat a year, enough for 6,900 homes (Meta, 2020) |
| Ֆրանսիայի ազգային պարկ | Ստոկհոլմ, Շվեդիա, 2017 թ. | Ստոկհոլմի Exergi-ն գնում է տաքություն տվյալների կենտրոններից քաղաքի ցանցերի համար | «Հաշվետվությունների կենտրոնների արդյունաբերության համար, որտեղ ոչ մի ջերմություն չի ծախսվում» (Stockholm Data Parks) ծրագրի մասին |
| Հյուսիսային Եվրոպայի տվյալների կենտրոններ | Ֆինլանդիա, Շվեդիա, Դանիա, Նորվեգիա | մոդելավորված պոտենցիալ | Data-centre heat could cover a noticeable share of district heating in Nordic cities if networks and prices allow (Wahlroos et al., 2018) |
Երկու քաղաքական ազդանշաններ ցույց են տալիս, թե ուր է գնում այս ամենը. Germany now requires new data centres that start operating from July 2026 to reuse at least 10% of their energy, rising to 15% from July 2027 and 20% from July 2028, unless a heat-network agreement is in place (Energieeffizienzgesetz, section 11). And data centres are growing fast: the IEA estimates they used about 415 TWh of electricity in 2024, around 1.5% of the world’s electricity, heading towards about 945 TWh by 2030 (IEA, Energy and AI, 2025). Այս էլեկտրականության գրեթե ամբողջը վերջանում է որպես ցածր ջերմաստիճանի տաքություն :
In Denmark, Finland and Sweden district heating supplies a large share of the heat market, which is why they lead in waste-heat use (Werner, 2017). Մյուս կողմերում բացակայող մասը հաճախ ցանցն է, ոչ թե ջերմությունը։
Որքան արժե
Waste-heat recovery does not generate electricity, so the site-wide benchmark (rooftop solar at about $0.19 per kWh in our Fan Wall model, within Lazard’s June 2026 range of $0.09 to $0.20 for commercial rooftop solar) applies only to the small high-temperature cases that make electricity. Ջերմության համար մրցակիցը գազային կաթսայի նման է։ Օգտագործելով նույն շրջանակային թվերը, ինչ մերը ջերմային պահպանման էջ (Գազը վաճառվում է €35-ով մեկ ՄՎտժ-ի դիմաց, ածուխը՝ €70-ով մեկ տոնից, 90%-անոց բենզալցակայան), գազային տաքացման ծախսերը մոտավորապես 5-ից 6 եվրո սենտի մի կՎտժ-ի դիմաց.
Ջերմությունը, որը բարձրանում է ցածր ջերմաստիճանի աղբյուրից մեծ տաքացման պոմպի միջոցով, արժե էլեկտրականության ծախսը բաժանելով COP-ի վրա, ավելացնելով սարքավորումների ծախսը, որոնք տարածվում են տաքացման վրա, որ այն արտադրում է: Մեծ ջերմային պոմպերի և կապի համար հրապարակված ծախսերը տարբերվում են վայրից, այնպես որ մենք ցույց ենք տալիս շրջանակը որպես հաշվարկ (20 տարի, 7% իրական զեղչ, COP 3, խողովակներ և կապ չներառված):
| Ջերմային պոմպի տեղադրման ծախսը մեկ կվտ ջերմության համար | 50 մլն դոլար, 3000 աշխատատեղ։ | Էլեկտրաէներգիա՝ 50 €, 6000 ժամ | Էլեկտրաէներգիա՝ €100, 3000 ժամ | Էլեկտրաէներգիա՝ €100, 6000 ժամ |
|---|---|---|---|---|
| €500 | 3.2c-ի համար | 2.4c | 4.9c | 4.1c-ի համար |
| €1,000 | 4.8c | 3.2c-ի համար | 6.5c | 4.9c |
| €1,500 | 6.4c | 4.0c | 8.1 c | 5.7c |
Եվրո սենտի յուրաքանչյուր կՎտժ տաքացման համար։ Our calculation: equipment cost × 0.0944 ÷ hours + electricity price ÷ 3.
Հետ վերցված ջերմությունը սովորաբար մրցունակ է գազայինը : երբ ջերմային պոմպը աշխատում է տարին մի քանի ժամ և աղբյուրը գտնվում է ցանցից հեռու։ Նրա թույլ կողմերը խողովակները են (մի քանի կիլոմետրանոց նոր կապը կարող է ավելի թանկ արժենալ, քան տաքացման պոմպը) և աղբյուրի անհետանալու ռիսկը։ Չնայած որ ջերմաստիճանը չի փոխվում, այնուամենայնիվ, ջերմաստիճանի փոփոխությունը կարող է լինել ոչ միայն ջերմաստիճանային, այլև ջերմաստիճանային-ջերմաստիճանային:
Էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը աղտոտված տաքությունից տարբեր է: ORC միավորը միայն մրցակցում է այնտեղ, որտեղ տաքությունն ջերմ է, կայուն և ազատ, և նույնիսկ այդ դեպքում նրա արտադրանքը փոքր է համեմատած ներմուծվող տաքության հետ.
Որտեղ կարող է հաղթել, և որտեղ չի կարող
Այն կարող է հաղթել:
- Գերազանց քաղաքներ, որոնք ունեն տաքացման ցանցեր տվյալների կենտրոնների, աղբահանության ցանցի, մետրոյի համակարգերի, սուպերմարկետների և գործարանների մոտ։
- Ընկերային պարկեր, որտեղ մեկ գործարանի արտանետվող ջերմությունը մյուսի գործընթացի ջերմությունն է։
- Նոր տվյալների կենտրոններ սկզբից նախագծված է եղել տաք ջուր մատակարարելու համար, հատկապես հեղուկ սառեցման դեպքում` 40-60 °C-ում:
- Օրինակ՝ (Սենտ, ապակի, պողպատ, քիմիական), որտեղ 250 °C-ից բարձր արտանետումները կարող են շարժել ORC կամ գազային թուրվին էլեկտրականության համար, կամ նախօրոք տաքացնել նյութերը:
- Կանաչ ջուր, որը կայուն է, մոտիկ քաղաքներին և հասանելի ձմռանը։
Նա չի կարող հաղթել:
- Առանձնացված աղբյուրներ, որտեղ չկա ջերմության օգտագործող՝ անապատային տվյալների կենտրոն կամ մեկուսացված գործարան։
- Էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճան։ 30-60 °C-ի դեպքում Կարնոյի գագաթնակետը մի քանի տոկոս է։ Ոչ մի սարք չի կարող փոխել դա.
- Հողեր առանց ջերմային ցանցերի, մինչև որ մեկը չկառուցի այն։ Ցանցը, ոչ թե տաքությունը, սովորաբար իրական ներդրումն է։
- Ինչպես պատճառ՝ չարաշահվող գործընթացները պահպանելու համար։ Առաջին հերթին արդյունավետությունն է։
Ի՞նչն է ապացուցված, հավանական և ենթադրական
Proven: the Carnot limits on heat-to-power and on heat pumps; large-scale heat recovery from sewage and data centres into district heating in Helsinki, Odense and Stockholm; industrial heat feeding networks across Denmark and Sweden; ORC units recovering electricity from hot industrial exhaust.
Հնարավոր է. Եվրոպայի մեծ թվով տվյալների կենտրոններ ապահովում են օգտագործելի ջերմություն, ինչին օգնում են Գերմանիայի նման կանոնները. ցածր ջերմաստիճանի ցանցերը, որոնք ավելի քիչ ջերմություն են ստանում: Հեղուկով սառեցված սերվերները 50-60 °C ջուր են արտադրում, որը կարիք չունի կամ շատ քիչ է պահանջում տաքացման պոմպ։
Ընդհանուր 80 °C-ից ցածր ջերմաստիճանի դեպքում տնտեսապես նշանակալի էլեկտրաէներգիա; ջերմության վերականգնում քաղաքներում, որտեղ չկա ցանցային պլան; սովորական ջերմային մակերեսների վրա տեղադրված եռացող էլեկտրական վահանակները ինքնուրույն են վճարվում։
Գործողություն
- Mapping. Որտեղ, ինչ ջերմաստիճանում և ինչ քանակությամբ է օգտագործվում ջերմությունը, համեմատած այն վայրերի հետ, որտեղ անհրաժեշտ է ջերմություն: Առանց փակման, տեղական քարտեզները հազվադեպ են։
- Հաշվետվություններ և ռիսկ։ Ով է վճարում կապի համար, և ով է կրում ռիսկը, եթե աղբյուրը փակվի։
- Էլեկտրոնային տեխնոլոգիաների ինստիտուտ. Օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանային ցանցերի և շենքերի համար, որպեսզի այն ավելի սառը աշխատի։
- Ծանրաբեռնվածության աստիճան 120-ից 200 °C-ի գազ արտադրել արդյունաբերության համար` 60-ից 100 °C-ի ջերմաստիճանով այրվող ջրից :
- Սեզոնային պահեստավորում, որը պահպանում է տվյալների կենտրոնի ամառային ջերմությունը ձմռանը։
- Մտահոգություն ցուցաբերել է կատարման համար։ Հրապարակվել են տարեկան տվյալներ տաքացման, էլեկտրականության օգտագործման և իրական նախագծերի ծախսերի մասին:
Ինչի ՞ է պետք աշխատող նախատիպը :
Ջերմային պոմպերը և տաքացնող փոխանակիչները հասունացել են։ Հնարավոր է, որ դրանք օգտագործվեն որպես ջերմային պոմպեր, ինչպես նաև վերահսկողության համար։ Աշխատող մոդելը պետք է իրական օգտագործողին տաքություն տրամադրի։
| Ֆազ | Գործ | Այն հնարավորություն է տալիս որոշում կայացնելու : | Ընդհանուր ծախս | Ժամանակ |
|---|---|---|---|---|
| 1. Հեռացրեք | Օգտագործելով լոգեր, որոշեք իրական աղբի հոսքի հոսքը և ջերմաստիճանը մի քանի շաբաթվա ընթացքում։ Քարտեզագրեք 1-2 կմ հեռավորության վրա գտնվող տաքացման օգտագործողներին | Չկա՞ բավարար ջերմություն, օգտակար ջերմաստիճանով, բավականին մոտ օգտագործողի համար։ | $5k to $20k | 1-ից մինչև 3 ամիս |
| 2. Դիմադրություն | 10-ից 50 կՎտ հզորությամբ ջերմային փոխանակիչ և ջերմային պոմպ իրական աղբյուրի վրա, ջերմության և էլեկտրականության հաշվիչներով | COP, աղտոտվածություն և հավանականությունը իրական հոսքի վրա | $30k to $150կբ | 6-ից մինչև 12 ամիս |
| 3. Pilot կապ | Մի կապ մի շենք կամ փոքրիկ ցանց, մեկ տարի տվյալներ, տաքացման պայմանագիր | Ջերմության և պայմանագրային մոդելի իրական ծախսը մեկ կվտժի համար | $0.3M to $2Մ | 12-ից մինչև 24 ամիս |
Ովքե՞ր են մեզ անհրաժեշտ
- Հեռախոսային ցանցի և ցանցային օպերատորների համար.
- Heat pump specialists, հատկապես մեծ և բարձր ջերմաստիճանի մեքենաների համար.
- Դիտարկման կենտրոնների և արդյունաբերական էներգիայի կառավարիչներ, որոնք ցանկանում են կիսվել ջերմաստիճանի և հոսքի տվյալներով։
- Շրջակա միջավայրի կառավարման և ինֆորմատիկայի մասնագետներ՝ աղբյուրների և օգտագործողների քարտեզագրման համար։
- Իրավաբաններ և տնտեսագետներ ջերմային պայմանագրեր կնքել, որոնք հավասարապես կբաժանեն ռիսկը։
- պրոցեսի ինժեներ ջերմային փոխանակիչների մաքրում, կեղտոտվածության և աղտոտված հոսքերի համար, ինչպիսիք են աղբյուրները և արտահոսքի գազերը։
Լավագույն գաղափար ունեք՞։
Ֆոնդի որոշ անդամներ կարող են ունենալ կապեր, որոնք կարող են լսել ուժեղ էներգիայի գաղափարի մասին։ Իրականանալու համար միտքն ունի սկիզբ։ աշխատող , իրական կյանքի մոդել , որը իրականում արտադրում է ուժ; ջերմության վերականգնման գաղափարի համար, դա նշանակում է մի մոդել, որը մատուցում է չափված ջերմություն կամ էլեկտրականություն, իր արտադրանքով և սեփական էներգիայի օգտագործմամբ, որ գրանցվում է գործիքների վրա, բայց չի պահանջվում։ Եթե ֆիզիկայի և թվերի հետ կապված մտքերն էլ ճիշտ են, ապա մենք կարող ենք դրանք հրապարակել այս կայքում։ Բայց առանց աշխատող մոդելի շատ դժվար է կապիտալ հավաքել, և այստեղ ոչինչ չի խոստանում ֆինանսավորում, եկամուտներ կամ ներդրումներ։
Առաջարկեք ձեր գաղափարը contribution form ձևի միջոցով՝ նշելով խնդիրը, որը այն լուծում է, ֆիզիկական ստուգումը, մեկ կվտ/ժ-ի մոտավոր արժեքը և ամենաէժան թեստը, որը կարող է ապացուցել այն սխալ լինել։ Եթե ունեք աշխատող մոդել, ներառեք դրա չափված արտադրանքը և թե ինչպես եք այն չափել։ energy sources page-ը համեմատում է այս և այլ տարբերակներ idea radar-ի վրա.
Սկզբնական աղբյուր
- Ֆորման, C., Մուրիտալա, I.K., Պարդեման, R. և Մեյեր, B. (2016). Գլոբալ ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառները Renewable and Sustainable Energy Reviews 57, 1568-1579.
-
- և Հենրի (ծնվ. Հելսինկիում նոր տաքացման պոմպ կկառուցվի; Wikipedia, Energy in Finland.
- Meta (2020). Odense data center: heat recovery.
- Ֆրանսիայի ազգային պարկ (ֆր. Համակարգի կայք.
- Wahlroos, M., Pärssinen, M., Rinne, S., Syri, S. and Manner, J. (2018). Future views on waste heat utilization: case of data centers in Northern Europe. Renewable and Sustainable Energy Reviews 82, 1749-1764.
- Quoilin, S., Van Den Broek, M., Declaye, S., Dewallef, P. and Lemort, V. (2013). Օրգանական ռենկինի շրջան (անգլ.՝ Organic Rankine Cycle, ORC) — ռեակցիաների համակարգ։ Renewable and Sustainable Energy Reviews 22, 168-186.
- Lund, H., Werner, S., Wiltshire, R. et al. (2014). 4th Generation District Heating (4GDH). Էներգիա 68, 1-11.
- Վերներ, Ս. (2017). International review of district heating and cooling. 137, 617-631 Գրիգորյան Ա..
- Germany (2023). Energieeffizienzgesetz (EnEfG), section 11: data centres.
- IEA (2025). Էներգետիկա և ԴԱ.
- Lazard (June 2026). Levelized Cost of Energy+, version 19.
- Local Solar System Ֆոնդ. The Fan Wall բաց մոդել: տնակի արևային բենչմարկը $0.19 է մեկ կվտժ-ի համար
- Վիքիպեդիա. Amager Bakke: 157 to 247 MW of district heating and up to 63 MW of electricity from municipal waste, with a ski slope on the roof.