工业废热转化为城市供暖——德国汉堡地下储热供热隧道工程

项目背景

德国汉堡易北河下的供热隧道在2022年8月9日开工建设。这条直径4.5 m的隧道和其配套地下设施将用于储存汉堡南部工业区作业过程中产生的废热并输送到汉堡北部的港口新城，代替天然气和煤炭等能源，在冬季为当地居民供热。

该项目使用了全新的气候中性供暖技术，供暖过程中不产生碳排放，其核心是回收工业区生产过程中的废热，并通过盐水在地下储存热量，在需要供暖时输送热量。为此，工业区和城区两端的竖井中需要安装复杂的储热和输热系统。

发展与困境

过去，废热收集的成本效益通常不高，仅25%废热能得到有效应用。近年来，随着热交换器技术的进步，废热收集效率比过去提高了20%～50%，使工业废热为整个城市供暖成为了可能。

然而，受限于地下储热空间大小等问题，整个易北河供热隧道系统完工后只能满足6 000户的冬季使用需求；即便其他计划中的废热供热系统全部完工，也只能满足35 000户的冬季使用需求；与此同时，这些系统的建设和维护成本却是极其高昂的。尽管工厂、发电厂、垃圾焚烧厂可以提供充足的废热，但要将这些热量储存到冬季并运输到城区，需要大量的地下储热设施和输热隧道。为了减少储存和长距离输送过程中的热量损失，这些地下设施和隧道对埋深和衬砌都有较高的要求。

对于汉堡市500万的人口来说，目前建设中的废热区域供暖系统实在是有些微不足道。想要建立起一套可以满足整个城市居民冬季供暖需求的废热供暖系统，无论是地下工程的施工难度，还是建设成本，都过于巨大。

未来设想

面对地下设施的施工难度和成本问题，德国企业联合相关部门提出了一个大胆的计划： 不建造人工地下储热设施，直接将汉堡市地下的沙质含水层作为储热设施。

这一计划建立在汉堡市特殊的地质条件之上： 汉堡市位于2个沙质含水层之上，2个含水层中间有1层几乎不透水的黏土层。

在该计划中，黏土层下方的含水层将被作为储热设施。来自工业区、发电厂、垃圾焚烧厂的废热会通过专用竖井输入黏土层下方的含水层中进行储存；需要使用时，再通过竖井抽取出来。

当然，地下含水层的储热能力不及人工建设的地下储热设施，将会损失约1/3的热量，但研究人员认为，这是一个可以接受的数字。含水层的温度将为 70～80 ℃，二次加热后就可以满足供暖需求。

(摘自 隧道网微信公众平台 2022-08-31)