به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، شهرها در دهههای اخیر به شکل بیسابقهای گرمتر شدهاند. گسترش آسفالت و بتن، کاهش پوشش گیاهی و اثر جزیره گرمایی شهری موجب شده است دمای بسیاری از کلانشهرها بهویژه در تابستانها چندین درجه بالاتر از مناطق اطراف باشد. همزمان با گرمایش جهانی، این پدیده فشار سنگینی بر شبکه برق، مصرف انرژی سرمایشی و سلامت ساکنان وارد کرده است. در چنین شرایطی راهکارهای سنتی همچون افزایش ظرفیت تهویه مطبوع دیگر پاسخگو نیستند و شهرها باید به سمت راهحلهای نوین و پایدار حرکت کنند.
یکی از مؤثرترین رویکردها در این زمینه، بازچرخانی انرژی و بازیابی گرمای هدررفته است. شهرها حجم عظیمی از انرژی را به شکل گرمای مازاد از ساختمانها، فاضلاب، مراکز داده و صنایع از دست میدهند. با جمعآوری و استفاده دوباره این گرما از طریق شبکههای انرژی منطقهای و سیستمهای پمپ حرارتی، میتوان همزمان با کاهش مصرف سوخت فسیلی، به خنکسازی غیرمستقیم شهرها نیز کمک کرد. این روش نهتنها مصرف انرژی را پایین میآورد، بلکه فشار روی زیرساختهای سرمایشی را کاهش میدهد و گامی مهم در جهت پایداری شهری بهشمار میرود.
بازچرخانی انرژی در مقیاس شهری
بازچرخانی انرژی در شهرها بر پایه بازیابی گرمای هدررفته و انتقال آن از طریق شبکههای انرژی منطقهای انجام میشود. در این سیستمها، گرمای مازاد ناشی از مراکز داده، صنایع، تأسیسات تصفیه فاضلاب و حتی گرمای خروجی از چیلرهای ساختمانها از طریق مبدلهای حرارتی به آب یا سیال واسط منتقل و به نقاط مصرف نزدیک ارسال میشود. شهرهایی همچون کپنهاگ و استکهلم با اجرای چنین شبکههایی، تا ۳۰ درصد از نیاز گرمایشی خود را از منابع بازیافتی تأمین میکنند. استفاده از پمپهای حرارتی بزرگمقیاس برای تبدیل گرمای فاضلاب به انرژی سرمایشی یا گرمایشی در حال گسترش است.
همزمان با بازچرخانی انرژی، فناوریهای خنکسازی غیرفعال همچون مواد متامتریال تابشی و پوششهای بازتابنده آسفالت و بام، راهکار نوینی است که شهرها برای کاهش مصرف انرژی سرمایشی به کار گرفتهاند. این مواد با بازتاب بیش از ۹۵ درصد نور خورشید و دفع گرما به فضا، دمای سطح را تا ۱۰ درجه سانتیگراد کاهش میدهند. پروژههایی در لسآنجلس و فینیکس نشان دادهاند که استفاده از پوششهای خنککننده روی پیادهروها میتواند دمای هوا را در ارتفاع یک متری تا سه درجه پایین بیاورد. بهترین نتایج زمانی حاصل میشود که بازچرخانی انرژی با خنکسازی غیرفعال ترکیب شود. با توجه به گرمایش جهانی و رشد شهرنشینی، ترکیب بازچرخانی انرژی با فناوریهای خنکسازی غیرفعال، یکی از راهبردهای پایدار برای آینده شهرهای گرم و پرجمعیت خواهد بود.
کپنهاگ؛ گرمای هدررفته به شریان حیاتی شهر تبدیل شده است
یکی از پیشرفتهترین و موفقترین نمونههای بازچرخانی انرژی در شهر، شبکه انرژی منطقهای کپنهاگ است که بیش از ۹۸ درصد از نیاز گرمایشی شهر را از طریق بازیافت گرمای حاصل از سوزاندن زباله و گرمای فاضلاب تأمین میکند. این شبکه از دهه ۱۹۷۰ و بهویژه پس از بحران نفتی ۱۹۷۳-۱۹۷۴ شکل جدی گرفت. در آن دوره شهرداری کپنهاگ تصمیم گرفت وابستگی به سوختهای فسیلی وارداتی را کاهش دهد و از گرمای هدررفته استفاده کند. اولین خطوط اصلی شبکه در سال ۱۹۸۴ بهطور رسمی گسترش یافت و از آن زمان بهتدریج توسعه پیدا کرد.
در حال حاضر این شبکه حدود ۹۸ درصد از نیاز گرمایشی شهر کپنهاگ و بخشهای اطراف آن را تأمین میکند. بیش از ۵۵۰ هزار واحد مسکونی و تجاری شامل آپارتمانها، ادارات، بیمارستانها و مراکز تجاری از طریق حدود ۲۵۰۰ کیلومتر لولهکشی به شبکه متصل هستند و تمام مناطق مرکزی و بسیاری از محلههای حومه شهر تحت پوشش قرار دارند.
سیستم کپنهاگ بر پایه سه منبع اصلی کار میکند:
- سوزاندن زباله در نیروگاههای زبالهسوز همچون نیروگاه آماگر باکه که با نام کوپنهیل شناخته میشود و همزمان برق و گرما تولید میکند.
- گرمای فاضلاب که با پمپهای حرارتی صنعتی بزرگ با ضریب عملکرد حدود ۳.۵ تا ۴ بازیابی میشود.
- زیستتوده حاصل از چوب و ضایعات کشاورزی و مقدار محدودی گاز طبیعی بهعنوان پشتیبان.
در این سیستم از پمپهای حرارتی صنعتی با ضریب عملکرد بالای ۳.۵ استفاده میشود که گرمای فاضلاب با دمای حدود ۱۵ تا ۲۵ درجه سانتیگراد را به آب گرم ۷۰ تا ۹۰ درجه تبدیل میکنند. آب گرم حاصل از این سه منبع از طریق لولههای پیشعایقشده به ساختمانها منتقل میشود و پس از انتقال گرما، آب خنکتر به نیروگاه بازمیگردد. این سیستم از نوع نسل چهارم است و در حال گذار به نسل پنجم با دماهای پایینتر و استفاده بیشتر از پمپ حرارتی است.
شبکه کپنهاگ سالانه حدود سه تا چهار تراواتساعت انرژی حرارتی تولید میکند که بخش عمده آن از منابع بازیافتی تأمین میشود. برآوردها نشان میدهد که نسبت به سیستمهای گرمایش مستقل ساختمانها، حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد صرفهجویی در مصرف انرژی اولیه ایجاد کرده است.
برنامههای جدید کپنهاگ بر سه محور اصلی کاهش بیشتر دمای شبکه، گسترش بازیابی گرمای هدررفته و پروژههای جدید برای اتصال مراکز داده بیشتر و صنایع به شبکه متمرکز شدهاند. حرکت به سمت سیستم نسل پنجم با دمای آب زیر ۷۰ درجه سانتیگراد تا سال ۲۰۳۰ یکی از برنامههای مهمی است که تغییر راندمان پمپهای حرارتی را افزایش میدهد و امکان اتصال منابع حرارتی با دمای پایینتر همچون مراکز داده را فراهم میکند.
هدف این است که تا سال ۲۰۳۰ حدود ۲۰ درصد از انرژی حرارتی شبکه بهطور مستقیم از گرمای هدررفته مراکز داده تأمین شود. گسترش همزمان شبکه سرمایش منطقهای در مناطق مرکزی شهر با استفاده از آب دریا و پمپهای حرارتی مصرف برق سرمایشی را به شکل قابلتوجهی کاهش میدهد. تمرکز اصلی کپنهاگ اکنون بر بهینهسازی و هوشمندسازی شبکه موجود به جای گسترش جغرافیایی جدید است.
سنگاپور و تبدیل زباله به برق؛ الگویی برای مدیریت یکپارچه پسماند و انرژی
سنگاپور یکی از پیشروترین کشورهای آسیایی در استفاده از فناوری تبدیل پسماند به انرژی است؛ رویکردی که به دلیل کمبود زمین، رشد شهرنشینی و ضرورت کاهش دفن زباله به یکی از ارکان اصلی مدیریت شهری این کشور تبدیل شده است. در حال حاضر چهار نیروگاه بزرگ تبدیل زباله به انرژی در سنگاپور فعالیت میکنند که سالانه میلیونها تن پسماند جامد شهری را پردازش میکنند. این تأسیسات با استفاده از فناوری احتراق کنترلشده در دماهای بالا، ضمن کاهش چشمگیر حجم زباله، برق مورد نیاز بخشی از شبکه شهری را نیز تأمین میکنند. در این فرایند بیش از ۹۰ درصد حجم اولیه پسماند کاهش مییابد و تنها خاکستر باقیمانده پس از بازیابی فلزات، به محل دفن مهندسیشده سماکائو منتقل میشود.
نیروگاههای تبدیل زباله به انرژی در سنگاپور، علاوه بر مدیریت پایدار پسماند، به افزایش تابآوری شبکه برق نیز کمک میکنند. برق تولیدشده از این تأسیسات بخشی از تقاضای پایدار شهری را تأمین میکند و وابستگی به سوختهای فسیلی را کاهش میدهد. از آنجا که این کشور با محدودیت شدید منابع طبیعی و زمین روبهروست، استفاده همزمان از بازیافت مواد، بازیافت انرژی و دفن حداقلی، به ایجاد یک اقتصاد چرخشی کارآمد کمک کرده است، همچنین این نیروگاهها با سامانههای پایش مداوم آلایندهها و استانداردهای سختگیرانه زیستمحیطی فعالیت میکنند تا انتشار گازهای آلاینده در پایینترین سطح ممکن حفظ شود.
تورنتو؛ گرمای پنهان فاضلاب زندگی را به ساختمانها میبخشد
در تورنتو پروژههای کوچکمقیاس بازیابی حرارت از فاضلاب در سطح ساختمانهای بلندمرتبه مسکونی و تجاری اجرا شدهاند. یکی از نمونههای موفق، سیستم نصبشده در برج چاه (The Well) در مرکز شهر است که از سال ۲۰۲۱ به بهرهبرداری رسیده است. در این پروژه فاضلاب ساختمان با دمای تقریبی ۱۵ تا ۲۵ درجه سانتیگراد از طریق مبدلهای حرارتی صفحهای به پمپ حرارتی صنعتی منتقل میشود. پمپ حرارتی با ضریب عملکرد حدود ۳.۶ تا ۳.۹، این گرما را به آب گرم ۴۵ تا ۶۰ درجه سانتیگراد ارتقا میدهد که برای تأمین آب گرم مصرفی و گرمایش فضا استفاده میشود. این سیستم سالانه حدود ۱۲۰۰ مگاواتساعت انرژی حرارتی بازیابی میکند و مصرف گاز طبیعی ساختمان را حدود ۴۰ درصد کاهش داده است.
پروژه دیگری در محله لیبرتی ویلیج اجرا شده است که ترکیبی از چند ساختمان مسکونی و اداری کوچک را پوشش میدهد. در این سیستم، فاضلاب جمعآوریشده از چند بلوک ساختمانی به یک ایستگاه پمپ حرارتی مرکزی منتقل میشود و گرمای آن از طریق چرخه معکوس برای تأمین بخشی از نیاز گرمایشی و سرمایشی استفاده میشود. دمای آب شبکه در این پروژه پایینتر از شبکههای بزرگ منطقهای نگه داشته شده و بازدهی کلی سیستم بهدلیل کاهش تلفات حرارتی در لولهها بالاتر رفته است.
چندین پروژه مشابه دیگر در حال اجرا یا تکمیل هستند که بر ساختمانهای جدید با استانداردهای انرژی صفر خالص تمرکز دارند. چالش اصلی این پروژههای کوچک، هزینه اولیه بالای تجهیزات و نیاز به فضای مناسب برای نصب مبدلها و پمپهاست، اما صرفهجویی بلندمدت در هزینه انرژی و کاهش انتشار کربن، آنها را برای توسعهدهندگان جذاب کرده است. این سیستمها با شبکه برق هوشمند ساختمان یکپارچه میشوند تا در ساعات اوج مصرف بار را مدیریت کنند.
از منظر برنامهریزی شهری و طراحی معماری، بازیافت انرژی در شهرها مستلزم آن است که زیرساختهای انرژی و پسماند بهصورت آگاهانه با ساختار فضایی شهر و الگوهای کاربری اراضی ادغام شوند و نه بهعنوان عناصر حاشیهای و نامرئی، بلکه بهعنوان بخشی جداییناپذیر از سامانه شهری در نظر گرفته شوند. یکی از پیشنیازهای این ادغام، توسعه شکلهای شهری متراکم و کاربریهای مختلط است که در آن فاصله میان منابع پسماند و حرارت از یکسو و مراکز تقاضای انرژی از سوی دیگر کاهش پیدا کند و امکان بهرهبرداری بهینه از شبکههای گرمایش و سرمایش منطقهای فراهم شود.
نظر شما