据悉，德国莱茵河畔即将为热泵系统供水的管道规模惊人，其直径足以让人在其中直立行走。能源公司MVV Environment的项目经理费利克斯·哈克描述道：”我们计划每秒抽取1万升河水。”这些直径2米的管道将从曼海姆市抽取河水，在提取水中热量后再将其输送回河道。
今年10月，母公司MVV Energie宣布将建造可能是迄今功率最大的热泵模块——两个机组，每个容量达82.5兆瓦。通过区域供热系统，这足以满足约4万户家庭的供暖需求。该公司计划在一座正在向清洁技术转型的燃煤电厂原址上建设该系统。
热泵规模的设计部分受限于曼海姆街道运输条件，或可能通过莱茵河驳船运输的机械尺寸限制。”运输方式尚未最终确定，”哈克表示，”可能会通过水路运输。”
另一家德国企业Everllence（前身为MAN Energy Solutions）的亚历山大·德·鲁日蒙密切关注该项目，该公司同样生产超大型热泵。”这确实是场竞赛，”他坦言，”我们对此持开放态度。”
热泵从空气、土壤或水体中吸收热量。当内部制冷剂受热时，即使温度微升也会蒸发，通过压缩制冷剂可进一步提升热量。这一原理在家庭用热泵中同样适用，只是服务于整个城区的大型热泵将这个过程放大到工业级规模。
随着全球城镇推进脱碳进程，许多地区正选择采购可接入区域供热网络的大型热泵。这些网络通过绵延数公里的管道将热水或蒸汽输送到众多建筑。为满足需求，更大型号的热泵不断涌现。
“我们面临着将供热来源转向新能源，特别是可再生能源的巨大压力，”哈克在谈及曼海姆电厂燃煤机组退役时解释道。该厂址毗邻莱茵河，已配备强大的电网连接，并接入区域供热网络，因此在此安装热泵具有显著优势。
他指出，这项技术的实现部分得益于石油天然气行业超大型压缩机的技术积累——这类压缩机原本用于化石燃料的储存或运输压缩。如今，这些工业级设备为大规模热能转换提供了关键技术支撑。
曼海姆项目将于明年动工。这些总装机容量达162兆瓦的热泵预计将在2028-29年冬季全面投入运行。哈克补充说，多级过滤系统将防止热泵从河中吸入鱼类，模型分析表明该系统对河流平均温度的影响将小于0.1摄氏度。此类装置的造价并不低廉，曼海姆热泵系统的建设成本达2亿欧元。Everllence公司的德·鲁热蒙指出，该公司热泵设备每兆瓦装机容量的成本约为50万欧元——这还不包括建筑、相关基础设施等额外费用。
Everllence公司目前正在丹麦奥尔堡推进一个项目，其总装机容量达176兆瓦，甚至比曼海姆的系统更强大。不过该系统将采用更小的模块——四台44兆瓦机组，预计2027年投入运营后可满足该镇近三分之一的供热需求。这些44兆瓦机组实际上与奥尔堡南部埃斯比约已全面投入运行的早期项目所用设备相同，在当地这些机组并未以最大功率运行，而是各自提供35兆瓦热能。
德·鲁热蒙补充说明，每个容量达20万立方米的大型热水储罐将为系统提供额外灵活性：”当电价高企时，可以停止热泵运行，仅通过储热装置供热。”奥地利技术研究所的维罗妮卡·威尔克指出：”热泵与区域供热系统是绝佳组合。”此类系统可从水体甚至污水处理厂的废水中收集热能。
威尔克博士强调，在区域供热网络中部署多台大型热泵可提升系统灵活性与能效。例如在秋季只需运行四台热泵中的两台，因为该季节的供热需求远低于隆冬时节。
截至目前提及的所有系统均从水源获取能量，但较为少见的是，大型热泵也可将空气作为热源——即便在赫尔辛基这类相对寒冷的城市亦然。能源公司Helen Oy的供热与制冷高级副总裁蒂莫·阿尔托宁解释道：”赫尔辛基前方的海域过浅，我们测算需要建造超过20公里长的隧道通往海洋，才能获取足量且温度适宜的水源。”
赫尔辛基正在对其区域供热系统进行彻底改造。阿尔托宁补充说，该市已在长达1400公里的供热网络中增设了热泵、生物质燃烧器和电锅炉，该网络连接了芬兰首都近90%的建筑。热泵能将单千瓦时电力转化为多千瓦时热能，而电锅炉无法实现这种转化，因此被认为效率较低。
当被问及Helen Oy为何决定安装数百兆瓦电锅炉时，阿尔托宁表示，其安装成本低于热泵，且配备电锅炉意味着他和同事不必完全依赖空气源——后者在大规模供热方面存在局限。他还指出，电锅炉有助于消纳过剩的可再生能源，并提供电网平衡功能。
英国目前尚无能与丹麦、德国和芬兰正在开发系统相媲美的热泵。不过，一些新的区域供热网络正在建设中，例如将为埃克塞特大学及其他用户供能的埃克塞特能源网络。该网络规划最低容量为12兆瓦，将配备三台4兆瓦的空气源热泵，首台机组预计于2028年投入运营。
格拉斯哥卡利多尼安大学研究区域供热系统的基思·贝克指出，英国有更多机会利用这项技术。例如，废弃矿井中的水体因温度相对稳定，已开始为当地大型热泵提供热源。他表示，拥有充足空间安装热泵和储热罐的后工业化地区及乡村区域正是”理想选址”。
【本文精选自BBC，原文链接：https://www.bbc.com/news/articles/c17p44w87rno】