新能源系统余热回收技术在零碳园区的集成应用路径

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引言：全球碳中和目标下，零碳园区作为能源高效利用和低碳发展的载体，其能源系统优化是关键课题。新能源系统可以提供清洁动力，但运行过程中会产生大量余热，若不能有效回收，就会造成能源浪费和碳减排潜力受限。目前园区余热回收技术应用存在分散、协同性差等问题，影响整体能效提升。因此探索新能源系统余热回收技术在零碳园区的集成应用路径，对构建高效、低碳的园区能源体系，促进可持续发展具有重要意义。

一、余热回收技术的原理与类型

余热回收技术的基本原理就是采用热交换设备将余热传递给其他介质，从而实现余热的再利用。常见的余热回收技术类型包括：

1.1 热交换器技术

热交换器属于余热回收的基本设备，凭借高效的传热壁面达成冷热流体间的能量传递。在零碳园区的场景之下，模块化的热交换器能够灵活布置，按照余热的流量以及温度来精准匹配换热需求。板式热交换器具备紧凑的结构和高的传热系数，适用于小温差、大流量的工况；管壳式热交换器有着耐压强、处理量大的特性，在工业余热回收中占据重点要的地位。二者结合使用可以提升园区供暖与热水供应的效率。

1.2 热泵技术

热泵技术靠逆卡诺循环原理，用电能带动压缩机，将低品位热能变成高品位热能，具有明显的节能增效优势。在零碳园区，水源热泵可以借助工业循环水或者地埋管换热器获取稳定热源；空气源热泵适合开放式环境，符合分布式能源需求。尤其在数据中心，热泵系统能将服务器散发的废热变成可用热能，削减制冷能耗，给周围建筑供暖，达成能源梯级利用。

1.3 有机朗肯循环技术

有机朗肯循环系统突破传统蒸汽朗肯循环对高温热源的依赖，采用异丁烷、R245fa 等低沸点工质，在 80-300^∘C 中低温余热区间表现优异。在零碳园区可以与太阳能集热系统、工业废热锅炉耦合，用螺杆膨胀机或涡轮机发电，产生的电能直接并入园区微电网。该技术具有紧凑的撬装式设计，减少占地，无温室气体排放，符合零碳目标下的能源转型需求。

1.4 吸收式制冷技术

吸收式制冷利用溶液吸收- 解吸的热力过程，将低品位的余热转换成冷量，弥补了传统压缩制冷对高品位电能的需求缺口。零碳园区夏季空调负荷高峰时，工业废热或太阳能集热可作为驱动热源，溴化锂吸收式制冷机可产 7-12℃冷冻水，适合办公、生产区降温；氨 - 水吸收式制冷机适合更低温热源，可制取低温冷量。两者配合形成高效冷热联供，既满足了不同场景的制冷需求，又能将余热资源充分利用，减少了对常规能源的消耗。

二、新能源系统余热回收技术在零碳园区的集成应用路径

2.1 能源系统集成设计

构建多能互补的能源供应体系，将太阳能、风能、水能这些可再生能源同余热回收系统融合起来，构建起多能互补的能源供应体系。以太阳能光热发电系统为例，利用余热回收装置将高温余热转化为中低温热能，用于供暖或者工业生产，剩下的高温余热再用有机朗肯循环技术发电，跟光伏发电、风力发电等一同给园区供电。改善能源分配和调度，创建智能能源管理系统，依靠物联网传感器和大数据分析技术，随时掌控园区能源的生产、消耗和存储状况。依照动态负荷预测模型，按照不同用户的用能需求和余热量，改进能源的分配和调度。在冬天供暖时，优先将余热当作供暖能源，不够的部分用别的能源去补充；在夏天制冷时，利用余热来驱动吸收式制冷机为园区提供冷源。并且系统会自动记录每一时段能源的利用情况，用机器学习不断改善调度策略，提升能源利用效能。

2.2 工业领域的应用

余热梯级利用，钢铁、化工等高耗能工业企业中，按工艺过程对热量需求的差别，实施余热梯级利用。高温余热通过热交换器变成高温蒸汽，用来推动汽轮机发电或者供应高温工艺所需；中温余热利用热泵技术升到一定温度之后，给予中温工艺环节；低温余热用于预热原料、加热生活用水等。工业共生模式，依靠工业共生平台，实现不同企业间的余热共享。在此模式之下，园区管理者会根据每个企业各自的用热特性以及园区的空间布局状况，采用智慧能源管理系统，对余热的传输实施即时控制。钢铁企业通过管道将余热输送至相邻的食品加工企业，用来给食品做烘干处理，取代燃气锅炉，经计算后发现，这样操作令食品加工企业的能耗成本下降了 18%，整个园区的碳排放大概缩减了 12% ，如此一来，既提升了能源使用的效能，又缩减了碳排放。

2.3 建筑领域的应用

数据中心余热回收用于建筑供暖，数据中心运行时会产生大量低温余热，可采用水环热泵、热管等余热回收技术将余热提取出来，为周边建筑供暖。如北方某数据中心园区采用水环热泵余热回收系统，冬季从数据中心空调冷冻水中提取热量，为机房楼、动力楼等建筑供暖，取得较好的节能效果。利用余热实现建筑的供冷供热一体化，采用吸收式制冷技术和热泵技术，利用新能源系统余热实现建筑的供冷供热一体化。在夏季利用余热作为吸收式制冷机的动力源，利用溴化锂水溶液等工质吸收热量产生制冷效果，为建筑供冷；在冬季利用热泵技术，通过压缩机将余热提升温度，将低位热能转化为高位热能，为建筑供暖，减少传统能源使用，实现建筑全年的高效供能。

三、结论与展望

新能源系统余热回收技术被集成应用到零碳园区当中，靠多能互补的设计、梯级利用、智能调度，就能达成能源的高效循环使用。热交换器、热泵等技术协同运用，就可以满足工业和建筑领域的不同用能需求，明显降低园区的碳排放量。从实际操作看，这种集成路径可以让能源利用效率提高超过 20% ，达成零碳目标提供有力支撑。日后还要改进技术耦合状况，完善智能管理系统，让余热回收技术同新能源系统更好地结合，为零碳园区的大规模推行赋予更加成熟的解决方法。

参考文献：

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