区域能源地源热:利用地球脱碳供热

随着世界致力于通过电动汽车市场减少碳排放，并寻找可再生能源替代电力生产，温室气体(GHGs)的一个贡献者被忽视了:建筑物。为了履行协议下的承诺巴黎协定美国、加拿大和世界其他国家都需要同等重视减少所有的排放源。

来自企业和家庭的温室气体排放主要是由燃烧化石燃料供热造成的。如图1所示，建筑排放是加拿大第三大排放源。由于人口分散和季节性温度波动，加拿大人倾向于使用更多的能源来供暖和制冷。

图1:加拿大按经济部门分列的排放量¹

当特别关注加拿大的住宅能源消耗时，83%用于家庭空间的加热/冷却和水。图2显示了加拿大家庭能源消耗的主要来源。建筑能源使用是全球第三大排放源，约占全球温室气体排放总量的18%，其中一半可归因于供暖和制冷。因此，向低碳未来的过渡在很大程度上取决于供暖和制冷所需能源消耗的脱碳。

图2:加拿大住宅能源使用²

地源加热——包括储存的太阳能，可以用来加热和冷却——能够取代目前使用的化石燃料。虽然一些批评人士认为，由于地热活动较少，加拿大不是地热系统的理想选择，但当涉及到直接利用热量时，地热资源并不需要那么热。储存在地下4米深处的太阳能足以为建筑物供暖。

地源热泵(GSHPs)使用地表水，地下水或地表水作为热量的来源和汇。地源热泵系统可以通过称为地面回路的热交换系统从地面吸收或排出热量。通过热泵，室内空气与流经地面回路的流体交换热量。虽然地热能不能被认为是100%的清洁能源(热泵可能使用化石燃料产生的电力)，但热泵减少了碳排放，因为不涉及燃烧，也不排放烟道气体。因此，用于区域供热的地源热泵是使供热部门脱碳和减少对化石燃料依赖的关键技术。

纵观世界各地的区域供热，欧洲、俄罗斯和中国处于领先地位。地热资源已用于区域供热应用多年，目前欧洲在市场上处于领先地位。欧洲有5000多个区域供热网络，主要位于西欧和中欧以及斯堪的纳维亚半岛。在5000个城市中，只有280个使用地热能。在所有欧洲国家中，冰岛是迄今为止地热区域供热产量最大的国家，其次是法国、德国和匈牙利。雷克雅未克拥有世界上最大、最先进的地热区域供热系统，自1930年以来，利用天然热水为城市建筑和家庭供暖。冰岛政府通过提供大量贷款和赠款发挥了关键作用。

图3:区域供热的主要用户^3.

在加拿大，Mattamy Homes和Enwave能源公司在安大略省的Markham建造了一个拥有300个家庭的社区，这是该国同类社区中最大的一个。该社区将使用区域地热系统来供暖、制冷和提供家庭热水。哈奇在2020年该项目接近详细设计时担任地源热泵系统的技术顾问。为了支持这一倡议，大气基金在两年内向万锦市提供了超过22.5万美元的赠款，用于研究、协调和设计一个由区域地热系统锚定的零净社区的初步概念。Hatch可以协助可行性研究，规划，工程，并为那些希望在区域供热应用中使用地热能的人建立一个商业案例。

虽然地热作为一种资源是免费的，但使用它的前期成本很高。一般来说，安装地源热泵系统对于单个家庭或建筑物来说是非常昂贵的。然而，在为多个现有家庭或社区提供服务的区域供热应用中实施这些系统时，规模经济使其更经济、更广泛地使用。另一个好处是，这些系统的部分管道可以水平埋在地下，而不是垂直埋在地下，这可以进一步降低成本，因为垂直钻井是昂贵的。最终，从长远来看，节省的能源和维护成本抵消了前期费用。

如果提前做好充分的规划，将这些系统整合到设计中，政府实施支持性政策，并获得赠款，帮助推进地热社区能源系统，那么利用地源热为区域供热应用中的客户提供供暖和制冷是可能的。

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引用:

¹加拿大政府，《温室气体源和汇:2020年执行摘要》，2021年，

²加拿大政府，加拿大自然资源部，“住宅部门的能源使用”，2021;

²Werner, S.，“区域供热和制冷的国际综述”，能源，第137卷，2017年10月15日，617-631页，摘自Science Direct, 2020。