เครือข่ายพลังงานความร้อน (TEN) เป็นระบบทำความร้อน และทำความเย็นส่วนกลางประเภทหนึ่งที่ใช้วงจรน้ำร่วมกันในการแลกเปลี่ยนความร้อนกับพื้นดิน หรือผ่านทางบ่อความร้อนใต้พิภพ ตื้นๆ โดยเชื่อมต่อกับอาคารหลายแห่งที่ใช้ปั๊มความร้อนในการทำความร้อน ทำความเย็น และอาจรวมถึงการทำน้ำร้อนด้วย^{[ 1 ] [ 2 ]} ในมาตรฐานการออกแบบและการติดตั้ง ANSI/CSA/IGSHPA C448 ที่สำคัญ ระบบเหล่านี้ถูกเรียกว่าระบบพลังงานส่วนกลาง^{[ 3 ]}

แตกต่างจากระบบทำความร้อนส่วนกลางแบบดั้งเดิมที่กระจายไอน้ำหรือน้ำอุณหภูมิสูงจากโรงงานกลาง เครือข่ายพลังงานความร้อนโดยทั่วไปจะหมุนเวียนน้ำที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำหรืออุณหภูมิแวดล้อม อาคารแต่ละหลังใช้ปั๊มความร้อนจากแหล่งน้ำเพื่อเพิ่มหรือลดอุณหภูมิสำหรับการทำความร้อน การทำความเย็น และบางครั้งก็รวมถึงน้ำร้อนสำหรับใช้ในครัวเรือน^{[ 4 ] [ 5 ]}ในเอกสารทางเทคนิคและนโยบาย เครือข่ายพลังงานความร้อนมักถูกอธิบายว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบ ทำความร้อน และทำความเย็นส่วนกลางรุ่นที่ห้า^{[ 4 ] [ 6 ]}

ระบบเครือข่ายพลังงานความร้อนเป็นเทคโนโลยีทั่วไปของระบบพลังงานความร้อนแบบเครือข่าย โดยอาศัยองค์ประกอบความร้อนที่มีอยู่ ไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตาม ซึ่งรวมถึงระบบรุ่นที่ 5 เช่น ระบบที่กำลังติดตั้งในหลายเมืองในปัจจุบัน และระบบพลังงานความร้อนรุ่นที่ 6 ที่ทำงานร่วมกับโครงข่ายไฟฟ้า ซึ่งกำลังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและนำไปใช้งานจริง

หัวใจสำคัญของ TEN คือวงจรท่อส่งของเหลวที่อุณหภูมิแวดล้อม ซึ่งทำหน้าที่ลำเลียงของเหลวถ่ายเทความร้อนระหว่างแหล่งความร้อนและตัวระบายความร้อนต่างๆ คำว่า "วงจรท่อส่งของเหลวที่อุณหภูมิแวดล้อม (ATL)" ยังอาจหมายถึงการกำหนดค่าท่อแบบท่อเดียวที่มหาวิทยาลัย เมือง และหน่วยงานสาธารณูปโภคบางแห่งนำมาใช้ด้วย

ตัวอย่างหนึ่งคือเครือข่ายความร้อนใต้พิภพแบบท่อเดียวที่ให้ความร้อนและความเย็นแก่ Colorado Mesa University (CMU) ^{[ 7 ]} อีก ตัวอย่างหนึ่งคือ TEN ที่ติดตั้งโดยบริษัทสาธารณูปโภคแห่งแรกใน Framingham, MA ^{[ 8 ]}

คำศัพท์ที่ใช้สำหรับเครือข่ายพลังงานความร้อนจะแตกต่างกันไปตามเขตอำนาจและแหล่งที่มา ในเอกสารทางวิศวกรรม ระบบที่คล้ายกันจะถูกอธิบายว่าเป็นระบบพลังงานส่วนกลางระบบพลังงานส่วนกลางแบบความร้อนใต้พิภพ เขตวงจรอุณหภูมิแวดล้อมและระบบทำความร้อนและทำความเย็นส่วนกลางรุ่นที่ 5 ^{[ 9 ]}

ในสื่อ นโยบาย และบริบทสาธารณูปโภคของสหรัฐอเมริกา ระบบดังกล่าวได้รับการอธิบายว่าเป็นระบบความร้อนใต้พิภพแบบเครือข่ายด้วยเช่นกัน^{[ 10 ] [ 11 ]}

ระบบเครือข่ายพลังงานความร้อนได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองเป้าหมายด้านความน่าเชื่อถือ ความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพ/ความคุ้มค่า และการลดต้นทุนในระยะเริ่มต้น โดยจะระบุภาระความร้อนและแหล่งจ่าย/ตัวรับความร้อนที่มีอยู่ทั้งหมด จากนั้นจึงเลือกแหล่งจ่ายและตัวรับความร้อนที่มีความคุ้มค่าที่สุด

แหล่ง/ตัวรับความร้อนทั่วไปอย่างหนึ่งคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใต้ดิน หรือที่เรียกว่า "พลังงานความร้อนใต้พิภพ" เนื่องจากพื้นดินเป็นมวลความร้อนขนาดใหญ่ที่สามารถใช้เป็นแบตเตอรี่ความร้อนเพื่อถ่ายโอนพลังงานจากฤดูกาลหนึ่งไปยังอีกฤดูกาลหนึ่งได้ แหล่ง/ตัวรับความร้อนอื่นๆ อาจได้แก่ อุตสาหกรรมในพื้นที่ บ่อควบคุมน้ำท่วม พลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้ความร้อนจากหิมะละลาย และแบตเตอรี่ความร้อนทั้งในร่มและใต้ดิน

เครือข่ายพลังงานความร้อนประกอบด้วยวงจรท่อใต้ดินที่ใช้ร่วมกันซึ่งลำเลียงน้ำหรือสารละลายป้องกันการแข็งตัวของน้ำ ชุดของบ่อเจาะความร้อนใต้พิภพหรือแหล่งความร้อนอื่นๆ และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ปั๊มและระบบควบคุม และปั๊มความร้อนจากแหล่งน้ำในระดับอาคาร^{[ 4 ] [ 5 ]}

ในการออกแบบหลายๆ แบบ วงจรเครือข่ายจะทำงานที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิพื้นดิน แทนที่จะเป็นอุณหภูมิที่สูงกว่าที่ใช้ในระบบทำความร้อนส่วนกลางรุ่นก่อนๆ อาคารที่ต้องการความร้อนจะดึงความร้อนจากวงจรผ่านปั๊มความร้อน ในขณะที่อาคารที่ต้องการความเย็นจะระบายความร้อนกลับเข้าไปในวงจร เนื่องจากภาระความร้อนและความเย็นอาจเกิดขึ้นในเวลาที่แตกต่างกันทั่วทั้งเขต ระบบบางระบบจึงได้รับการออกแบบมาเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างอาคารและใช้พื้นดินสำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนหรือการจัดเก็บพลังงานความร้อนตามฤดูกาล^{[ 4 ] [ 6 ]}

ระบบทำความร้อนและทำความเย็นด้วยความร้อนใต้พิภพในระดับเขตมีมาก่อนการใช้คำว่า เครือข่ายพลังงานความร้อนในปัจจุบันแต่แนวคิดนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นในช่วงทศวรรษ 2020 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนโยบายการลดคาร์บอนในอาคารในสหรัฐอเมริกา^{[ 5 ] [ 12 ]}

ในรัฐแมสซาชูเซตส์Eversource Energyได้พัฒนาระบบเครือข่ายพลังงานความร้อนใต้พิภพรุ่นที่ 5 นำร่องในเมืองแฟรมิงแฮม รัฐแมสซาชูเซต ส์ รายงาน ของ PBS NewsHourในปี 2025 อธิบายว่าเป็นระบบระยะทางหนึ่งไมล์ที่เชื่อมต่อบ้านเรือนและอาคารเทศบาลประมาณสามโหลเข้ากับแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพร่วมกัน^{[ 11 ]}รายงานอิสระโดยGristยังอธิบายโครงการแฟรมิงแฮมว่าเป็น ระบบ พลังงานความร้อนใต้พิภพแบบเครือข่ายที่ให้บริการอาคารที่พักอาศัยและอาคารพาณิชย์ผ่านโครงสร้างพื้นฐานใต้ดินร่วมกัน^{[ 10 ]}โครงการแฟรมิงแฮมถูกนำเสนอในรายงานว่าเป็นการทดสอบเบื้องต้นว่าบริษัทสาธารณูปโภคก๊าซสามารถเปลี่ยนธุรกิจบางส่วนจาก การจำหน่าย ก๊าซธรรมชาติไปสู่โครงสร้างพื้นฐานความร้อนร่วมกันได้หรือไม่^{[ 13 ]}

ในสหรัฐอเมริกา เครือข่ายพลังงานความร้อนใต้พิภพได้รับการกล่าวถึงมากขึ้นเรื่อยๆ ในบริบทของการกำกับดูแลสาธารณูปโภค การเปลี่ยนผ่านแรงงาน และการใช้ไฟฟ้า ในอาคาร ในปี 2022 รัฐนิวยอร์กได้ออกกฎหมายUtility Thermal Energy Network and Jobs Actซึ่งกำหนดกรอบกฎหมายและข้อบังคับสำหรับเครือข่ายพลังงานความร้อนของสาธารณูปโภค^{[ 14 ]}กฎหมายดังกล่าวอธิบายเครือข่ายพลังงานความร้อนว่าเป็นวงจรน้ำอุณหภูมิแวดล้อมที่เชื่อมต่ออาคารและแหล่งพลังงานหลายแห่ง โดยเจ้าของอาคารเชื่อมต่อผ่านปั๊มความร้อนจากแหล่งน้ำ^{[ 14 ]}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2567 คณะกรรมการบริการสาธารณะแห่งรัฐนิวยอร์กได้นำกฎเบื้องต้นสำหรับเครือข่ายพลังงานความร้อนของสาธารณูปโภคมาใช้^{[ 15 ]}รัฐแมริแลนด์ได้ออกกฎหมายในปี พ.ศ. 2567 ที่อนุญาตให้ใช้ระบบเครือข่ายพลังงานความร้อน^{[ 16 ]}รัฐแมสซาชูเซตส์ได้ออกแนวทางของรัฐสำหรับโครงการพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบเครือข่ายในปี พ.ศ. 2567 ^{[ 17 ]}

มีการเสนอหรือติดตั้งเครือข่ายพลังงานความร้อนในวิทยาเขตของมหาวิทยาลัย^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}โครงการพัฒนาแบบผสมผสาน อาคารที่พักอาศัย และโครงการนำร่องสาธารณูปโภคระดับย่าน^{[ 5 ] [ 12 ]}ตามรายงานของPBS NewsHourโครงการนำร่อง Framingham ให้บริการบ้านเดี่ยว รวมถึงอาคารบริหารโรงเรียน สถานีดับเพลิง และโครงการที่อยู่อาศัยสาธารณะ^{[ 11 ]}

ระบบเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับ การทำความ ร้อนในพื้นที่การปรับอากาศน้ำร้อนสำหรับใช้ในครัวเรือน และการปรับสมดุลภาระระหว่างอาคารที่มีความต้องการความร้อนที่แตกต่างกัน^{[ 4 ]}

ระบบ TEN รุ่นที่ 6 ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่นี้ พัฒนาสาขาการทำความร้อนและการทำความเย็นด้วย DER ที่มีปฏิสัมพันธ์กับโครงข่ายไฟฟ้า เพื่อนำองค์ประกอบการจัดเก็บพลังงานความร้อนของระบบมาใช้ในการดูดซับและหลีกเลี่ยงพลังงานให้สอดคล้องกับต้นทุนพลังงานของโครงข่าย หัวใจสำคัญของระบบเหล่านี้คือการใช้ "แบตเตอรี่ความร้อน" ที่มีขนาดเล็กกว่าแบตเตอรี่ความร้อนใต้ดิน ซึ่งก็คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใต้ดิน (GHEX) GHEX เป็นกลไกการจัดเก็บความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากในรอบปี อย่างไรก็ตาม การชาร์จและการคายประจุจะช้า การมีปฏิสัมพันธ์กับโครงข่ายไฟฟ้าต้องการการชาร์จและการคายประจุความร้อนที่เร็วขึ้น ดังนั้นจึงต้องมีการออกแบบแบตเตอรี่ความร้อนสำหรับรอบความร้อนที่สั้นกว่า งานของกลุ่มวิจัยการจัดเก็บพลังงานความร้อนของ ORNL ^{[ 21 ]}มีความสำคัญต่อระบบ TEN รุ่นที่ 6

ประสิทธิภาพและเศรษฐศาสตร์ของเครือข่ายความร้อนใต้พิภพขึ้นอยู่กับธรณีวิทยาในพื้นที่ สภาพการเจาะ ความหลากหลายของโหลด ข้อกำหนดการปรับปรุงอาคาร และโครงสร้างทางการเงิน^{[ 4 ] [ 6 ]}ประเด็นอื่นๆ ที่กล่าวถึงในเอกสาร ได้แก่ ต้นทุนการลงทุน การขุดถนนและข้อจำกัดในการจัดวาง การประสานงานระหว่างเจ้าของทรัพย์สินและสาธารณูปโภค และการกำกับดูแลบริการความร้อน^{[ 22 ] [ 15 ]} สิ่งสำคัญคือ ต้อง ออกแบบระบบ TEN อย่างระมัดระวัง เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาต้นทุนสูงเกินไปหรือปัญหาการดำเนินงาน

• ระบบทำความร้อนส่วนกลาง
• ระบบทำความเย็นส่วนกลาง
• ปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดิน
• ระบบทำความร้อนใต้พิภพ
• การกักเก็บพลังงานความร้อน
• การกักเก็บพลังงานความร้อนตามฤดูกาล

• วิดีโอ: เครือข่ายพลังงานความร้อนใต้พิภพ: การเปลี่ยนแปลงระบบพลังงานความร้อนของเรา , MIT Open Courseware (มกราคม 2025)