谢德尚
河北省地质测绘院 河北省廊坊市 065000
摘要：近年来，我国对新能源的需求不断增加，深层地热能开发越来越受到重视。当前，深层地热能在应用过程中温差小、模式单一，造成严重的资源浪费和环境污染。以实际供暖案例设计了河南某县深层地热能多级梯级利用的方案。在满足“温度匹配，多梯级利用”的原则下，扩大地热能可利用温差，尽可能减少地热水开采量，提高深层地热能的利用效率。为深层地热能多梯级利用提供设计优化建议，并为其在中部地区推广应用提供指导。逐步改变河南省冬季供暖能源结构，最终达到清洁供暖，减少雾霾影响，有效地改善环境污染问题。
关键词：深层地热能；梯级利用；利用效率；清洁供暖
引言
地热资源是一种新型能源，它具有清洁环保、可再生、可循环利用等特点。对于深层地热能的利用，目前主要来源于地下存储丰富的高温地下水。就目前现状来看，对于地下高温水的有效利用温度差较小，一定程度上造成了能源的浪费。而且，利用后的高温热水直接排放到环境中，其高温、矿物质含量高等物理特性将会对自然环境造成重度的污染。
1深层地热能的特点
目前，学术界一般将地热分为浅层地热和深层地热两种地热资源。深层地热包括地下深度200～3000米的地热能及地下深度3000米以上的干热岩所具有的热能，温度范围90～150℃的来自深部地层的热水及150℃以上的干热岩，是地球本身放射性元素衰变产生的热能，主要是由地壳深部开凿出的“热、矿、水”三位一体组成的极为宝贵的自然资源，具有稳定、连续、利用效率高等优势，是一种清洁可持续利用的能源。我国中、深层中温（200米-3000米，90-150℃）地热资源中水热型地热的能量相当1.25万亿吨标准煤。深层地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途广，是一种清洁的可再生资源。随着对地热资源的不断开发与研究，深层地热能将成为继水力、风力和太阳能之后又一种重要的可再生能源。笔者认为，在不远的未来地热能对于人类的重要性和现实性将大于其他可再生能源。
2项目概况与地质
河南省开封市某县供暖一期工程，建筑面积约为85.2万m2（包含居民住宅和公共建筑）。供暖季总热负荷为36210kW。该县地质构造属中朝准地台华北坳陷南部的通许隆起，处于中国巨型秦岭－昆仑纬向构造体系与新华夏第二沉降带、华北坳陷复合交接部位。沉积层为厚1000~5000m的湖相红色岩系（第三系）和河流冲积、洪积相（第四系）地层。地质构造形迹大多隐伏在巨厚的沉积层下，地表形迹不明显，地质构造较简单。
3多梯级利用模式探讨
就像水电开发一样，基于深层地热埋深越深资源量越大、开发难度越大的特点，因此应该采用梯级开发模式，实现对深层地热的科学合理开发与综合利用。其中，直接利用的场合应采用梯级利用，即地热水按照用户需要的供热水温，温度由高到低，分别与用户需求对应。直接、间接利用的地热尾水，可以再利用地源热泵或者第二类吸收式热泵技术，提高地热尾水温度，用于供热。①干湿球温度。DEST软件中已预先输入各地区典型气象年气象数，可知项目供暖季室外平均气温为2.0℃。②梯级利用能效评级。地热资源梯级利用在建筑上主要表现在高温地热流体先经过地热发电、直接换热、再利用水源热泵技术提取低温地热流体中的能量，经过多级换热使用，提高能源的利用率。（1）一级利用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆直接从地下深层取得的深层地热水是第一级地热水，它的温度在90~100℃。第一级地热水直接用来发电，在双工质发电装置的发生器内对氨水进行加热，此时水温变低，在80℃以下。（2）二级利用。发电后的第二级地热水温度在70~80℃，用于冬季用户的供热。如果水质偏好，则可以采用直供方式供热，但须注意经供热系统长年运行后水质会受到影响，排放对环境有负面作用。因此，常见的做法是经过板式换热器换热后对热用户实施供热。由于水温偏高，第二级的地热水适用于末端为散热器的供热用户。（3）三级利用。经过两级利用之后，第三级地热水的温度在60℃左右。这个温度的热水仍然可以用于冬季供暖，尤其是末端采用辐射供暖的用户。此外，第三级地热水还作为居民住宅生活热水、温泉洗浴以及农林用水。（4）四级利用。第四级地热水的温度大约在40~45℃之间。可选用板式换热器将第四级地热水利用中介水降低至25℃后进入下一级系统，中介水则进入热泵机组，由热泵机组将加热后的热水供给用户，考虑热泵能效比，二级管网参数不宜过高，因而，用户末端最好采用辐射采暖或风机盘管系统。（5）五级利用。第五级的地热水温度已经偏低，已经无法满足用户的供暖需求。此时可利用热泵机组提取热量，将热量供给用户。经热泵出来的地热水已经直至15℃，低温低位排放回灌地下。
4推进深层地热开发利用的几点建议
深层地热具有资源储量大、分布广、稳定性好、用途广泛等优点，不受季节、昼夜变化影响，特别是在我国北方地区应该加快推进开发和综合利用。近年来，中石化新星公司在深层地热领域做了很好的探索和尝试。该公司副总工程师国殿斌结合近年来地热开发方面的实际经验，综合考虑地热资源状况、市场状况和国家重大战略需求，提出了几点政策建议。一是要进一步加大投入，尽快摸清全国的地热资源家底。加大财政投入力度，鼓励各类社会资本积极参与，开展全国地热能资源调查评价。加大对地热能勘探开发利用核心关键技术研发的投入力度，加强地热能专用设备和特种技术的研发。二是加大地热能产业政策扶持。建议将低热供暖纳入供暖行业支持范围，落实地热供暖企业以及相关设备和材料制造企业的财税优惠政策；重点优化地热产业资源税，鉴于技术上已经实现中深层地热取热不耗水，建议免征地热项目水资源税，同时资源税的收取以扣除回灌量后的用量计征，因地制宜地建立低热供暖价格机制。三是理顺管理体制机制，统一立法，综合利用。地热资源涉及自然资源、水利、能源等多个部门，目前管理体制有待理顺，明确管理主题。应尽快出台《中国地热资源开发管理办法》，加强对地热开发的事前、事中、事后监督管理。四是加大科技攻关力度。建议在干热岩钻井以及压裂、砂岩回灌、井下回热等多方面进行攻关和装备研发，突破制约产业发展瓶颈。
结束语
总之，地热是一种清洁环保的新型能源，加快对地热资源的开发和综合利用，可有效推进北方地区清洁供暖“热代煤”的力度和覆盖范围，对助力生态文明建设具有重要的现实意义。虽然当前地热开发和综合利用还面临着多方面的制约，有技术方面的，也有政策、价格和机制等诸多方面的，相信随着国家和社会对地热资源认识程度的不断提升和技术的不断超越，未来地热一定能成为重要的清洁能源走进寻常百姓家，为进一步提高我国清洁能源的使用比例和利用效率，为国家实现能源转型和打赢蓝天保卫战做出应有的贡献。
参考文献
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论文作者:谢德尚
论文发表刊物:《防护工程》2019年13期
论文发表时间:2019/11/12
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