Использование избыточного тепла в городе для сокращения выбросов

Лондонский метрополитен - старейшая система метро в мире, поэтому он может показаться маловероятным источником инноваций для решения одной из самых острых проблем, стоящих перед человечеством в 21 веке: изменения климата.

Хотя общественный транспорт обычно более экологичен, чем другие способы передвижения, метрополитен играет более непосредственную роль в новаторском эксперименте по сокращению выбросов парниковых газов в зданиях.

Местный совет лондонского района Ислингтон разработал, спланировал и установил способ обеспечения теплом и горячей водой нескольких сотен домов, школы и двух центров отдыха, используя при этом нерационально расходуемую тепловую энергию, вырабатываемую в основном электродвигателями и тормозами поездов метрополитена.

В условиях отставания мировых и национальных усилий по борьбе с изменением климата, города берут на себя ответственность за достижение целей по снижению выбросов углекислого газа до нуля в следующем десятилетии. Проект Ислингтона - лишь одна из многих инноваций городов по всему миру, направленных на обеспечение теплом жителей и предприятий при одновременном сокращении выбросов парниковых газов, повышении эффективности и экономии денег.

Один из районов Ванкувера также использует отработанное тепло, но из сточных вод. Стокгольм также использует тепло из сточных вод, а также задействует центры обработки данных и другие источники для обеспечения теплом большей части города.

Здания также являются одним из основных источников выбросов парниковых газов в городах, в основном потому, что отопление, охлаждение, приготовление пищи и электроэнергия в значительной степени зависят от ископаемого топлива.

"Если вы сможете начать использовать целый ряд потоков отработанного тепла, вы избавитесь от большой части выбросов парниковых газов", - говорит Джон Глуяс, профессор наук о Земле Даремского университета в Великобритании, специализирующийся на геоэнергетике, улавливании и хранении углерода.

"Нам не нужно сжигать газ при температуре 1000 градусов по Цельсию [1832 градуса по Фаренгейту], чтобы довести температуру в ванной до 30 градусов по Цельсию", - добавил доктор Глюяс. "Нам нужно работать с природой, чтобы оптимизировать использование тепла".

Концепция сетей централизованного теплоснабжения не нова и, по сути, может восходить к Франции 14 века или даже, по некоторым данным, к Римской империи. На протяжении 20-го века геотермальная энергия, биомасса или ископаемое топливо, такое как природный газ, обычно использовались для распределения тепла и горячей воды из централизованного центра по изолированным трубам - гораздо более эффективная система, чем индивидуальные печи и другие локальные источники отопления, но все же являющаяся одним из основных производителей выбросов парниковых газов.

В Нью-Йорке действует одна из крупнейших в мире районных систем, обеспечивающая теплом, охлаждением и, в некоторых случаях, даже электроэнергией многие здания на Манхэттене. Однако эта программа, управляемая местным поставщиком энергии, компанией Con Edison, использует природный газ и некоторые виды мазута для нагрева воды и производства пара, который питает системы. (Выброс этого пара через оранжево-бело-полосатые защитные башни энергетической компании стал символом города).

Хотя, возможно, это менее расточительно, чем установка котла в каждом отдельном здании, это не самая эффективная система централизованного теплоснабжения, поскольку она была разработана для обогрева здания в самый холодный день года при всех открытых окнах - отчасти это наследие общественного здравоохранения после пандемии 1918 года.

Местные органы власти, такие как совет района Ислингтон, надеются усовершенствовать модель централизованного теплоснабжения, используя избыточное тепло из других источников.

"Местные советы находятся в самом сильном и лучшем положении, чтобы возглавить такого рода проект", - сказал Кит Таунсенд, директор по окружающей среде и регенерации совета Ислингтона.

Ислингтон, который простирается от севера Лондона до центра города, уже частично обслуживался сетью централизованного тепло- и электроснабжения, которая была введена в эксплуатацию в 2012 году. Но нововведение - на планирование и строительство которого ушло более пяти лет, а эксплуатация началась в марте 2020 года - заключалось в подаче тепла из метро.

Обычно горячий воздух из метро выбрасывается в атмосферу через станции и вентиляционные шахты. Однако в данном случае воздух поступает из вентиляционной шахты на заброшенной станции метро в энергетический центр, где происходит ряд теплообменов, которые в конечном итоге приводят к подаче тепла в здания сети.

Вентиляторы в шахте могут работать и в другом направлении, направляя окружающий воздух в метрополитен для его охлаждения в летние месяцы.

Система, известная как энергетический центр Bunhill 2, расположена на бывшей станции City Road в Ислингтоне. В настоящее время сеть обслуживает около 1 350 домов, а в перспективе может обслужить еще около 900.

Ислингтон - плотный, городской район, и хотя строительство было непростым, г-н Таунсенд сказал, что надеется, что это послужит примером того, чего могут достичь города.

По словам г-на Таунсенда, "для наших жителей это абсолютно правильное решение", поскольку оно позволяет экономить деньги в районе, где многие жители с трудом могут позволить себе отопление. "И это идеальное решение для больших городов по всему миру".

В Ванкувере, Британская Колумбия, на долю зданий приходится 57% городских выбросов. Городская система утилизации тепла сточных вод и канализации False Creek Neighborhood Energy Utility обслуживает несколько густонаселенных районов, расположенных в центре города, и при этом производит на 60 процентов меньше выбросов, чем обычные здания в городе.

В настоящее время тепло сточных вод и канализации обеспечивает около 70 процентов отопления помещений и горячего водоснабжения для 43 зданий, подключенных к сети, а остальные 30 процентов - природный газ, хотя цель состоит в том, чтобы покончить с этим к 2030 году. Электроэнергия, питающая тепловые насосы, на 97% не содержит углерода и поставляется гидроэлектростанциями.

"Каждый раз, когда мы принимаем душ, моем посуду или стираем белье, вода остается горячей, когда спускается в канализацию", - говорит Эшли Сент-Клер, старший специалист по планированию возобновляемых источников энергии Ванкувера.

"Она течет под нашими улицами, и мы уже собираем ее через традиционную инфраструктуру канализационных труб, а возможность использовать это отработанное тепло - это настоящая круговая экономика".

Проект был запущен в 2010 году, как раз вовремя для обогрева Олимпийской деревни во время зимних игр 2010 года, и стал первой в Северной Америке системой утилизации тепла сточных вод. С тех пор проект расширяется, и в ближайшие десятилетия планируется дальнейшее увеличение его масштабов для обеспечения теплом 22 миллионов квадратных метров площади.

И это не может произойти достаточно скоро: Только в этом году Ванкувер пережил несколько экстремальных погодных явлений, которые стали более вероятными и интенсивными из-за изменения климата: тепловые купола, лесные пожары и катастрофические наводнения, которые недавно отрезали город от остальной Канады автомобильным и железнодорожным транспортом. По словам г-жи Сент-Клер, дополнительным преимуществом проекта стало наличие собственного теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Стокгольм, с другой стороны, использует сеть централизованного теплоснабжения с 1950-х годов, по словам Эрика Райландера, руководителя отдела рекуперации тепла компании Stockholm Exergi, занимающейся отоплением и охлаждением. Большая часть тепла в городе уже обеспечивается за счет сжигания мусора и древесных отходов обширной лесной промышленности Швеции, но центры обработки данных все чаще становятся частью энергобаланса, сказал он.

С начала 2017 года Стокгольмские дата-парки, совместная работа города и компании Exergi, предлагают компаниям различные места для строительства новых дата-центров и участия в системе рекуперации тепла. Компании получают плату за тепло, которое они поставляют в сеть.

Стокгольм, по словам г-на Райландера, имеет особенно хорошее сообщение с Северной Европой, Финляндией и Россией, что делает его привлекательным для компаний ЦОД, как и относительно чистый энергобаланс Швеции. Однако для производства значительного количества тепла и электроэнергии они используют биомассу, о возобновляемости которой спорят эксперты.

Amazon, Facebook и Microsoft построили центры обработки данных в Швеции за последние несколько лет, но не достаточно близко к Стокгольму, чтобы продавать отработанное тепло в сеть, сказал г-н Райландер.

Многие компании предпочитают размещать центры обработки данных в холодном климате, поскольку они могут использовать окружающий воздух для охлаждения, что более эффективно, чем кондиционирование воздуха. Но г-н Райландер говорит, что на самом деле повторное использование тепла имеет больше смысла: "Если вы создаете центр обработки данных в таком холодном месте, как Швеция, глупо тратить тепло впустую, потому что в холодной стране тепло имеет силу и ценность".

По словам г-на Райландера, благодаря теплу от центров обработки данных и других источников Стокгольм смог закрыть последнюю в городе угольную электростанцию.

Координаторы во всех трех городах говорили о том, как важно делиться своими знаниями, полученными с таким трудом, и пополнять растущую базу решений по городскому климату.

"Чтобы попытаться справиться с чрезвычайной климатической ситуацией, абсолютно необходимо совместное обучение", - сказала Ровена Чемпион, член совета Ислингтона по вопросам окружающей среды и транспорта.

"Мы четко понимаем, что мы - эксперимент, и мы делаем работу, которая позволит другим извлечь из нее пользу".