污水、河流和海洋溫差也是熱能寶庫(kù)

日常生活中，常見的水也有望成為空調(diào)設(shè)備的熱源。臨近污水、河流及海洋的企業(yè)，有必要探討對(duì)這些水的利用。

索尼公司的總部大廈位于日本東京都品川區(qū)。進(jìn)入這棟采用了最先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的建筑的地下機(jī)房后，映入眼簾的首先是墻上2根突出的粗導(dǎo)管，導(dǎo)管中流淌的是在相鄰的污水處理廠“芝浦水再生中心”經(jīng)過處理的污水。

粗導(dǎo)管中的一根用于將污水引入總部大廈，另外一根用于將引入的污水重新送回污水處理廠，索尼總部利用這些污水制造出用于制冷的冷水。其工作原理如下——首先，使污水進(jìn)入換熱器，與冷卻水進(jìn)行換熱。然后，將被污水吸收了熱量而變涼的冷卻水送入制冷機(jī)，制造用于空調(diào)設(shè)備的冷水。制造的冷水儲(chǔ)存在蓄熱槽中，根據(jù)制冷需求加以使用。該工作過程在夜間制造冷水和溫水，白天設(shè)備將停止工作。與整齊地排列著制冷機(jī)及換熱器的機(jī)房一墻之隔，設(shè)置有巨大的蓄熱槽。總共有3個(gè)蓄熱槽，總?cè)萘看蠹s為6500噸。

用水量削減95%

東京都芝浦水再生中心的污水處理量平均每天為68萬(wàn)立方米。其中，6萬(wàn)立方米送入索尼總部大廈。經(jīng)過換熱之后送回的污水溫度上升了5℃左右。但從污水總量來看，該數(shù)量的污水溫度上升對(duì)整體污水溫度影響較小，因此無(wú)須擔(dān)心其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成影響。

雖然詳細(xì)內(nèi)容未公開，但索尼企業(yè)服務(wù)總務(wù)共享部門設(shè)施和安全部能源解決方案課統(tǒng)管課長(zhǎng)井上哲表示，通過減少電價(jià)較高的白天用電量，“有助于應(yīng)對(duì)電價(jià)上漲”。

這一舉措還達(dá)到了節(jié)約水費(fèi)的效果。如果不利用污水熱量，就需要利用冷卻塔來對(duì)水進(jìn)行冷卻。冷卻塔利用水蒸發(fā)時(shí)帶走熱量的原理，對(duì)水進(jìn)行冷卻，因蒸發(fā)而減少的水需要進(jìn)行補(bǔ)充。如果通過與污水換熱對(duì)水進(jìn)行冷卻，就無(wú)須使用這些水。據(jù)推算，索尼總部每年可削減約4萬(wàn)立方米用水量，與以往相比用水量可削減95%。

井上課長(zhǎng)說：“水費(fèi)削減比電費(fèi)削減效果更明顯，在節(jié)約成本方面最為有效。”

據(jù)日本國(guó)土交通省統(tǒng)計(jì)，日本約有2000家污水處理廠，年污水處理量共計(jì)有140億立方米。可從其處理水中獲得的熱量為1小時(shí)78億千卡，相當(dāng)于約1500萬(wàn)戶家庭1年使用的冷暖氣熱源。熱能可利用量極為豐富，但包括地區(qū)供熱業(yè)務(wù)等在內(nèi)，目前僅有10個(gè)采用事例，像索尼總部這樣的企業(yè)單獨(dú)加以利用的事例非常稀少。

歐洲目前正在推進(jìn)利用污水熱量。據(jù)稱，德國(guó)約有30個(gè)采用事例，瑞士約有80個(gè)采用事例。在德國(guó)柏林，宜家公司已經(jīng)在店鋪中加以利用。

在日本，利用污水熱量尚未得到普及的原因之一，在于供應(yīng)熱源的污水處理廠與需求方之間的地理距離較遠(yuǎn)。索尼公司總部之所以能使用污水，就是旁邊就有污水處理廠。不過，原先不允許民間企業(yè)取用未經(jīng)處理的污水。

日本政府為了推動(dòng)利用污水熱量，開始著手放寬相關(guān)規(guī)制。2011年4月修訂了《城市再生特別措施法》，開創(chuàng)了民間企業(yè)可以出于利用污水熱量的目的而取用污水的特例。2012年12月實(shí)施的《關(guān)于促進(jìn)城市低碳化的法律》也設(shè)置了同樣的特例。在這些法案的支持下，日本在1190個(gè)市町村建立了可利用污水熱量的環(huán)境條件。

利用污水時(shí)，大多數(shù)情況下需要與公共設(shè)施管理者等相關(guān)人士進(jìn)行協(xié)調(diào)、并需要獲得相關(guān)許可。日本政府在放寬相關(guān)規(guī)定的同時(shí)，還制定了利用污水所需手續(xù)等的方針指南。

雖然利用污水熱量的門檻下降，但是很少有民間企業(yè)能夠掌握哪里有污水管道、可確保多少熱量等信息。因此，日本國(guó)土交通省與環(huán)境省合作，將研究制定匯總可利用污水熱量的場(chǎng)所及可利用量的“潛力地圖”。

除了污水，還可利用河流及海水的溫度差，用于空調(diào)設(shè)備的熱源。

在日本，率先利用了河流熱量的是從事供熱業(yè)務(wù)的東京城市服務(wù)公司。自1989年4月起，該公司在辦公樓和公寓等聚集的東京都中央?yún)^(qū)箱崎地區(qū)開展供熱業(yè)務(wù)。目前，供熱對(duì)象設(shè)施已有10處，總使用面積約為28萬(wàn)平方米。

根據(jù)漲潮退潮改變放水口

東京城市服務(wù)公司通過設(shè)置在堤壩上的取水口引入隅田川的水，并送入換熱器，制造冷水和溫水，然后儲(chǔ)存在約5000噸的蓄熱槽中。與利用污水熱量不同，利用河流熱量的1個(gè)獨(dú)特之處就是設(shè)置了2個(gè)放水口。

河水的流向會(huì)隨著漲潮退潮而改變。如果只有1個(gè)放水口，那么放出的水有可能會(huì)再次進(jìn)入取水口。在制造用于制冷的冷水時(shí)，如果引入換熱后的溫水，就會(huì)降低換熱效率。因此，東京城市服務(wù)公司在取水口左右兩側(cè)設(shè)置了放水口。配合漲潮及退潮，可切換使用放水口，這樣能確保換熱后的水從取水口的下方流走。

如果利用河流，那么就需要滿足《河流法》等規(guī)定的取水條件。東京城市服務(wù)公司從國(guó)土交通省獲得許可在箱崎地區(qū)利用河流的條件是，每天的最大取水量在4月到10月期間約為6.7萬(wàn)立方米，在11月到3月期間約為2.3萬(wàn)立方米；而換熱后放出的河水，制造冷水時(shí)溫度上升在5℃以內(nèi)，制造溫水時(shí)溫度下降在3℃以內(nèi)。

東京城市服務(wù)公司供熱管理部箱崎地區(qū)供熱中心所長(zhǎng)宮崎和男說：“我們最為注意的是減小對(duì)自然環(huán)境的影響。”實(shí)施環(huán)境影響評(píng)估的結(jié)果顯示，如果滿足放水時(shí)的條件，就不會(huì)對(duì)海洋生物造成影響。東京城市服務(wù)公司現(xiàn)在也是每年1次在放水口附近和另一個(gè)地點(diǎn)對(duì)生物棲息狀況進(jìn)行調(diào)查，宮崎和男所長(zhǎng)表示，迄今對(duì)生物個(gè)體的種類及數(shù)量進(jìn)行了定點(diǎn)觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明，“生物基本沒有移動(dòng)，未出現(xiàn)對(duì)自然環(huán)境的影響”。

東京城市服務(wù)公司自開始供熱業(yè)務(wù)以來，目前已經(jīng)過去了1/4個(gè)世紀(jì)，開始步入設(shè)備更新期。目前，已經(jīng)著手進(jìn)行水泵及配管的施工，預(yù)計(jì)該項(xiàng)工程將在2014年內(nèi)完工。

利用海水溫度差發(fā)電

海洋也存在很大熱源潛力。日本橫濱八景島利用空氣和海水的溫度差，用于空調(diào)設(shè)備的熱源。此外，還出現(xiàn)了人們利用水深不同產(chǎn)生的溫度差進(jìn)行發(fā)電的嘗試。如果是赤道地區(qū)的海洋，其表層水的溫度為30℃左右，水深800米到1000米的深層海水的溫度為5℃左右，存在25℃左右的溫度差。從經(jīng)濟(jì)角度來看，具有合理性的溫度差為20℃。據(jù)稱在赤道附近，符合該條件的國(guó)家有100個(gè)。

在日本率先致力于這方面研發(fā)的是Xenesys公司，該公司的社長(zhǎng)實(shí)原定幸充滿期待地表示：“海洋溫度差發(fā)電與風(fēng)力、波力及潮汐能發(fā)電相比，具有非常大的潛力。”

利用海洋溫度差進(jìn)行發(fā)電的原理，是將氨等沸點(diǎn)較低的介質(zhì)送入蒸發(fā)器，通過用泵汲取的溫暖表層水進(jìn)行加熱，使之蒸發(fā)，利用產(chǎn)生的蒸汽旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。變成蒸汽的介質(zhì)會(huì)通過冷凝器，利用冰冷的深層水冷卻，再次變?yōu)橐后w。

利用海洋溫度差發(fā)電的設(shè)施可建在陸地上或者海上。如果在海上進(jìn)行大規(guī)模發(fā)電，可通過海底電纜將所發(fā)電力運(yùn)往陸地上的需求地，或者轉(zhuǎn)換為氫等形態(tài)進(jìn)行運(yùn)輸。

Xenesys公司的主業(yè)是設(shè)計(jì)發(fā)電成套設(shè)備及開發(fā)、制造和銷售換熱器，該公司曾于2003年向日本佐賀大學(xué)提供過發(fā)電輸出功率為30千瓦的成套設(shè)備。不久還將在沖繩縣久米島，與橫河電機(jī)公司、IHI設(shè)備建設(shè)公司合作，共同使用連接了2臺(tái)50千瓦發(fā)電機(jī)的設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行。

實(shí)原定幸說：“普及型產(chǎn)品的輸出功率設(shè)想為5萬(wàn)千瓦到10萬(wàn)千瓦。哪里會(huì)率先進(jìn)行兆瓦級(jí)的實(shí)證試驗(yàn)？日本、美國(guó)和法國(guó)已經(jīng)展開了激烈競(jìng)爭(zhēng)。”

海洋溫度差發(fā)電目前尚處于實(shí)證階段，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化似乎尚需一些時(shí)間。Xenesys公司計(jì)劃在此之前先向溫泉及工廠供應(yīng)采用相同原理的發(fā)電機(jī)，并定于2013年9月在北海道啟動(dòng)首臺(tái)設(shè)備。該公司將通過積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)技術(shù)開發(fā)及削減成本。（來源：日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng)）