寒地场景下新能源余热回收与清洁供暖的融合路径研究

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引言：寒地地区冬季时间长、气温低，供暖需求大。传统的供暖方式主要依靠化石燃料，不仅消耗大，还会造成严重的污染。全球倡导绿色低碳发展时，寒地地区迫切需要找到可持续的供暖方法。新能源在寒地地区储量多，余热回收技术的发展也给能源高效利用带来了希望。将新能源余热回收和清洁供暖结合在一起，既可以最大程度地利用当地能源资源，又可以减少碳排放，改善环境质量，这对寒地地区的能源转型和可持续发展有着十分重要的意义。

一、寒地场景下新能源余热回收与清洁供暖现状

1.1 寒地地区新能源应用现状

寒地地方有新能源资源。太阳能方面，冬天天黑得早天亮得晚，然而用真空管集热器、槽式抛物面集热器这些高效装置，还是能有效收集热能。现在许多寒地极大小小的城市里，公共建筑或者居民房子里都在做太阳能供暖实验。风能方面，平坦的原野、山地等开阔地形给风电场的建造带来天然优势，因此，越来越多的风电场的建设规模呈现出逐渐扩大的趋势。地热方面，利用地源热泵系统，将地底下那点浅土热能变成供暖和供冷两种能源，这种模式成为不错的可依靠型清洁能源供应模式。

1.2 寒地余热回收技术的应用现状分析

寒地地区余热回收主要集中在工业场景。钢铁、化工企业大量安装热交换器、余热锅炉等设备，将生产过程中的废热变成可用能源。热交换器依靠介质热量传递回收废热，余热锅炉将余热变成蒸汽发电或工业加热。数据中心数量激增，其产生的大量余热也被纳入回收范围。一些数据中心采用水源或者空气源热泵技术，用废热给周边建筑供暖，开辟出一条数字化产业与供热系统共同发展的新路。

1.3 清洁供暖的发展现状

寒地地区清洁供暖在政策推进下飞速发展。除去新能源供热之外，天然气供暖因为低污染属性，在城市供热架构中占据重要地位，改善区域空气质量。生物质能供暖在乡村和乡镇地区推广，依靠燃烧秸秆、木屑等可再生燃料供应居民用热需求。此外，核能供暖凭借清洁高效、供应稳定的特性，逐渐从技术论证走向实践摸索，或许会变成寒地清洁供暖的战略性发展方向。

二、寒地场景下新能源余热回收与清洁供暖的融合技术路径

2.1 太阳能余热回收与清洁供暖的集成

寒地地区可将太阳能集热器与热泵耦合，太阳能集热器将太阳能转换为热能对传热介质加热，热泵将低品位热能转换为高品位热能供暖。如真空管太阳能集热器与空气源热泵耦合系统，白天太阳能集热器升高热泵蒸发温度，提高制热能力；夜晚或阴天时，热泵单独从空气中取热供暖。为解决太阳能的间歇性问题，设置储热装置，显热、潜热、化学储热各有优势，分别与太阳能集热和供暖系统耦合，实现热量“峰谷调节”。显热储热以水蓄热罐为例，水比热容大，储存大量热能；潜热储热以相变材料为例，在固液相变时吸收 / 释放大量热量，储能密度更大；化学储热以可逆化学反应存储和释放能量。大型太阳能供暖项目，白天将热量储存在水蓄热罐中，晚上用于供暖。

2.2 风能余热回收与清洁供暖融合研究

风力发电机工作时，齿轮箱、发电机这些关键地方一直在转，会产生大量热量，若不加以利用，这些热量将被无端损耗。将这些关键部件装上高效热交换器，就可以将产生的余热收回来。收回来的热量可以用在风力发电场里面办公、生活用的暖气上，还可以通过热力管网向外供热。若还想提高系统的稳定性、能源利用效率，建立风 - 光 - 储 - 暖一体化系统是个不错的选择。风光资源充足时，发电供电供暖，多余的电储存起来，多余的热也收回来；风光资源缺乏时，储能装置放电用来供暖。比如说某个寒地新能源示范园区，用智能调度系统将风力发电、光伏发电、储能、余热回收这些事统一安排好，精确调配能源，让多种能源互相补充，这样就能确保园区自己和周围地方供暖，给寒地新能源余热回收和清洁供暖融合提供一个现实的榜样。

2.3 地热能余热回收与清洁供暖的集成

寒地地区蕴藏大量的地热资源，将地源热泵和余热回收系统结合起来运作，就能充分发挥地热能供暖的潜力。在工业企业密集的区域，一方面用地源热泵从地下浅层地热中汲取热量为周围区域供暖，另一方面将工业企业的余热传送给地源热泵的回水，如此一来就可优化整个系统的能效。关于地热尾水，它虽已冷却，但依然存有热量，可以采用高效的热交换器和热泵设备将它再度回收利用，回收的热量能在居民供暖、生活热水供应等诸多方面得到应用。以某寒地城市地热供暖项目为例，该项目有新意地引入吸收式热泵技术，将地热尾水里的余热给回收再利用起来。吸收式热泵这种高效的能量转换方式被采用之后，地热尾水的低温热能被提升至可供暖温度，为多个小区提供稳定可靠的清洁供暖服务，既减少了对传统能源的依赖，又避免了地热资源开发时的热量浪费情况发生。

2.4 工业余热回收与清洁供暖融合策略研究

寒地工业企业生产时会排放出大量高温与低温余热，针对不同温度的余热可以采取不同的回收利用方法。钢铁厂、热电厂等所产的高温余热，通过创建专门的热力管网，可将余热直接输送到居民小区或公共建筑执行供暖，这种做法能最大程度削减热量在传输过程中的损耗，有效利用工业余热资源。化工厂、食品加工厂等产生的低温工业余热，吸收式热泵技术发挥着关键作用。这项技术用少量高品位能源（蒸汽、燃气等），当作动力来源，依靠溶液吸收与解吸的循环流程，将低温余热的温度提升到符合供暖标准的程度。有个化工厂采用这个方法，将原本要丢弃的低温废热通过温度提升以后，对工厂本身和周边地区实行集中供暖，既缩减供暖费用，又削减工业余热排放造成的热污染，为寒地工业余热回收和清洁供暖融合开辟出新的道路。

三、结论

寒地地区在新能源应用、余热回收以及清洁供暖已经有所成果，但仍然存在改善之处。依靠太阳能、风能、地热能以及工业余热回收和清洁供暖融合的技术路线，能够将多种能源资源有效结合，改善能源利用效率，缩减对传统能源的依赖，缩减污染。以后应继续推动相关技术的研发和更新，改良系统规划，改进融合系统的稳定性和可靠性，加大推广力度，让新能源余热回收和清洁供暖的融合模式在寒地地区得到更多的应用，给寒地地区实现绿色低碳发展的目标奠定基础。

参考文献：

[1] 卢奇秀. 绿色低碳“组合拳”清洁供暖有新招[N]. 中国能源报,2025-03-03(010).

[2] 马天锋 , 张亚茹 , 商天文 . 寒冷地区农村清洁能源供暖系统经济性研究 [J]. 电信科学 ,2024,40(12):163-174.