地热网络让城市共享冷暖

美国纽约州特洛伊市是首批采用创新型热泵的城市之一。该市哈德逊河畔的几栋19世纪商业建筑（如今的艺术中心）、街对面的公寓楼以及几个街区外由百货商店改造的科技中心，正迎来一场21世纪的能源革新。特洛伊经济发展办公室最初提出这一计划，旨在振兴市中心区域，如今由地区公用事业公司国家电网主导，计划将这些建筑的供暖和制冷系统整合为一个高效、低碳的单一网络。希望在2027年热力网络投入运营前，有更多建筑加入，最终让整个特洛伊中央历史区摆脱对天然气的依赖。

这些建筑中安装的热泵并非普通家庭和企业常用的那种。普通热泵通过从冷空气中吸热供暖，或向热空气中排热制冷，而特洛伊（这座曾繁荣的工业城市，制造业经济已崩溃，位于纽约市以北约200公里）的新型供暖制冷系统工作原理截然不同。在首都地区艺术中心后方，数十个钻孔将钻入地下150米，那里全年平均温度为13°C。在哈德逊河谷日益炎热的夏季，网络中的热泵可将热量排入较冷的钻孔；而在寒冷的冬夜，热泵则从相对温暖的地下汲取热量为居民供暖。

这种利用地热资源的热力能源网络（TENs）彻底改变了公用事业公司此前认为其成本过高而不屑一顾的技术形象。马萨诸塞州霍普金顿的独立能源顾问埃里克·博斯沃思表示：“以前地热技术第一天就会被否决，现在各地都有成功项目案例。”

在环保意识较强的欧洲，此类系统已有100多个投入运行，通常被称为第五代区域供暖制冷（5GDHC）网络。仅德国就有50多个，其安装速度正加快，以消除对俄罗斯天然气的依赖。在北美，美国公用事业公司建设的首个TEN于去年在马萨诸塞州弗雷明汉市投入运营。纽约州（包括特洛伊）以及马萨诸塞州波士顿、伊利诺伊州芝加哥、加拿大多伦多等其他城市，已有20多个TEN处于运营或开发中。

TENs的支持者认为，该技术的高效性能加速从天然气转型，并缓解电网需求，但要充分发挥潜力仍需大量研发。其设计因地域而异，一些过于保守的选择推高了成本。德国杜塞尔多夫区域能源建模公司nPro Energy的创始人兼首席执行官马尔科·维尔茨指出：“目前尚无完善的官方或非官方设计指南，工程师们只能在实践中摸索。”

弗雷明汉的系统是城市TENs的典型代表。其管道形成1.6公里的环路，循环水和防冻液的混合液，在地下与沿途36栋建筑之间交换热量。用户包括22栋独栋住宅和 duplex、一个108单元的市政住房综合体、一个消防站、一所学校和几家小型企业。环路通过90个钻孔深入地下，每个钻孔直径16.5厘米，深约200米。大多数钻孔垂直钻取，间距6米，使用通常用于打饮用水井的设备；但学校停车场下的35个钻孔（提供系统约一半的地热容量）以不同角度钻取，呈地下金字塔轮廓，避免钻孔在同一区域吸排热导致地温大幅变化，从而提升系统性能。

TENs还可利用其他热源和热汇补充或替代地热田：丹佛考虑利用处理后的污水，纽约市周边计划利用哈德逊河，还有项目利用数据中心废热。设计上，欧洲普遍采用双管系统（冷热分管），而弗雷明汉、特洛伊等采用单管系统（控制更简单，适合空间有限的旧区改造），双管系统则更适用于需求大小不一的建筑。

成本方面，纽约一些试点项目预算较初步估计翻倍，原因包括地热钻探能力需求上升及旧建筑改造难度大（如特洛伊艺术中心要求为未开发楼层预留设备）。过度设计（如未使用的备用系统）也增加成本。为此，HEET在弗雷明汉安装光纤传感器监测热流，NREL正利用这些数据验证模型，HEET还制定了数据标准以方便项目对比。

效益上，2020年研究显示校园TEN比空气源热泵寿命周期成本低42%；2023年橡树岭国家实验室和NREL的研究表明，若美国约三分之二适宜家庭安装地热热泵，可节省超6000亿美元，避免建设345吉瓦电池和发电容量及近4万公里输电线路。此外，天然气工人经短期培训即可安装TEN管道，有助于行业转型，获得工会支持；地热在特朗普时期未受可再生能源攻击，拜登政府向HEET提供780万美元扩建弗雷明汉网络。

国际金融公司（IFC）正评估TENs在7个亚洲国家的应用，计划服务数万住房和企业，认为其可节省成本并创造本地就业。美国后工业城市（如特洛伊）将TENs视为复兴的一部分，正如特洛伊艺术中心首席执行官伊丽莎白·赖斯所说，这体现了城市对个性的坚守和“如果……会怎样”的创新精神，为未来带来希望。