摘要：我国自20世纪70年代起开始进行地热普查、勘探和利用；90年代以来,以北京、天津、保定、咸阳和沈阳等城市为代表开展了中低温地热供暖、旅游疗养、种植养殖等直接利用；21世纪初,随着热泵技术的进步,地源热泵供暖等浅层地热能开发得到快速发展。近年来,大气污染严重,雾霾治理问题日益突出,浅层地热能开发具有一定的局限性,中深层地热能开发得到了快速发展,且技术日趋成熟。截止2015年底,中深层地热能供暖面积达1.02亿m2,主要分布在北京、天津、河北、山东、陕西、河南等地区。根据国家地热能开发利用“十三五”规划,“十三五”期间中深层地热能新增供暖面积4亿m2。
关键词：中深层；地热能；供暖；现状；对策；分析
引言：
20世纪初,人们谈论的话题只是“能源”,而21世纪初,人们谈论的话题则是“能源危机”。这说明在当今这个高速发展的社会,能源已经成为支撑国家经济发展的基础和核心问题。2010年,我国一次能源消费总量超过32亿吨标准煤,能源消费总量已经占世界总量的20%,能源消费总量已经超过美国,但经济总量仅为美国的三分之一左右。其中,我国的石油对外依存度已经超过55%,天然气也已经超过16%是进口,昨日的煤炭大国在2010年也已经是变成了净进口国。
1.地热+热泵机组
地热+热泵机组供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水,经地热管线送至一级直供换热器,利用一级换热器进行热交换将热量传递给供热循环水,温度降低后的地热水送至二级换热器,进行二次换热将热量传递给二级板换与热泵蒸发器侧之间的循环水,为热泵机组提供热源,经二级换热器换热后的地热水由输水管线送至回灌井进行回灌；经一级换热器换热和热泵机组制热后获取热量、温度升高的供热循环水,经供热管线送至热用户、供热用户利用,温度降低后的供热循环水由供热管线输送至一级换热器和热泵机组冷凝器侧进行换热获取热量、提高温度,如此周而复始循环。
2.地源热泵
采用上述提供的间接供暖方式只能为建筑物提供取暖和洗浴热水,但不能提供制冷的功效。而夏季建筑物的主要能耗就是来自于空调制冷。解决这个问题就必须使用地源热泵。通过地源热泵技术,利用地下浅层地热资源,既可对建筑物供暖和提供洗浴用热水,又可以进行制冷,同时实现建筑采暖、制冷和生活热水的三联供。采用地源热泵来进行供暖则需要输入电能。地源热泵可以提供比自身消耗的电能高3倍的能量。热力学第二定律指出:热量不会自发地从低温物体传到高温物体,只有借助外界对系统做功才能实现。热泵的工作原理与制冷机完全相同。制冷机是将房间作为低温热库,以室外的大气为高温热库,通过冷凝器向高温热库放热和通过蒸发器从低温热库吸热的循环过程。制冷机是通过蒸发器来降低房间的温度,而热泵则是通过冷凝器来对房间供热。热泵是将房间作为高温热库,以室外大气作为低温热库的制冷机。
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3.地热水一次管网的设计方案
本供热方案的地热水系统的一级网设计供回水温度为70℃/9℃，设计热网干线路由规划区内的道路或绿划区域铺设。由于本综合能源方案中，地热水梯级利用系统约占总能源供给的45%，所以地热水系统的稳定与否对整个系统的安全和稳定起到至关重要的作用。为了保证整个地热水系统的稳定，本次规划提出对一次网进行集中联通设计，即13对地热井（13口为取水井，13口为回灌井），通过一条贯穿东西的大型主干线全部联通，对规划区内的地热资源进行集中控制，合理调配，例如在冬季夜间要优先考虑供给住宅；日间要优先考虑供给商业；学校在放寒假期间，可以把空余的地热资源供给其它建筑
4.地热能供热问题分析
4.1地热勘查程度低,钻井风险大
目前除个别地区资源勘查相对成熟外,全国大部分地区勘查程度低或无勘查,在资源勘查不足的情况下进行开发,钻井失败率较高,且无法进行科学合理的开发部署,会造成很大的损失。
4.2初投资高,周期长
一般而言,开发某一区域的地热能,需先进行地热资源勘查,勘查工作较重、投入大,对企业来说负担较重。目前地热井的钻探方法和工艺依然采用油气井工艺和设备材料,地热井投资较高,导致地热供热初投资高,建设和投资回收期长。
4.3地热尾水回灌率低
目前,国家尚未针对地热尾水回灌出台标准,各地开发管理缺少规范,地热回灌监督不严,存在着地热尾水回灌率低,不仅造成了资源浪费,地面土壤、河流产生污染,也对地热资源可持续开发带来阻碍。
4.4结垢、腐蚀严重
地热水普遍存在着矿化度,在实际生产运营过程中,对运输管网、设备产生腐蚀,造成管道刺漏、换热器换热效率降低或损坏。地热水在运输过程中,改变了原有的热储环境,极易造成结垢,堵塞管道,给系统运行带来困扰。
4.5动态监测、可持续评价差
某些地区地热开发过程中,地热井液位、流量、温度发生变化,并有一定的下降趋势,造成原有设计系统不能适应其变化,其原因在于地热开发初期缺乏科学的地热资源开发评价,开发过程中缺少动态监测。
4.6地热利用缺乏合理性
各地地热资源条件不同,某些地区资源品位高,地热直接利用后尾水依然在40℃左右,地热综合利用率不高；有些地区品位低,为了利用地热能满足工程要求,地热水温度降低较大,尾水温度甚至达10℃,长期开采必将对地热能力恢复产生不利影响。
5.地热能供热建议
5.1加大地热勘查力度
为降低地热开发风险,应扩大地热勘查范围,提高地热勘查程度。地热资源的国有属性,资源勘查成本大,企业自身力量相对薄弱,建议国家或地方政府组织开展全国或各区域地热资源勘查,明确各地区的地热资源状况,为地热资源的开发部署提供科学依据。
5.2提高技术创新水平
地热供热初投资大,供热系统工艺、设备及材料选用较为保守,未研发与之配套的设备及材料,应加大技术创新,从工艺各环节研发与地热供热相适应的设备、材料,建立一系列相应的标准规范,降低建设、生产成本,提高地热供热的效益。
5.3规范地热尾水回灌
地热尾水回灌是地热开发非常重要的技术问题之一,应根据地热勘查和回灌试验,明确各地的回灌条件,建立地热回灌的规范标准,严格保证地热回灌率,确保地热资源的可持续稳定开发。
5.4加强地热开发动态监测与评价
地热资源开发利用是动态的,不仅要有前期资源评价,也要有开发过程的动态监测,随时掌握其的动态变化,矫正前期资源开发评价的合理性,为后续开发提出合理的指导性建议。
5.5合理控制地热利用率
依据地热勘查与评价,根据不同地区资源状况合理控制资源开发利用率,对开采量、回灌温度给予合理控制,既要避免热量浪费,又要控制热量超采,影响地热的经济可持续开发。
总结：
地热能是一种清洁、无污染的新能源，储量大、分布广泛，具有极大的发展潜力。我国地热资源丰富，以中低温资源为主，其利用分为地热发电和直接利用。长期以来，我国地热能直接利用位居世界首位，目前地热能供暖已成为我国地热能直接利用中最重要的开发利用方式。
参考文献：
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[4]能源局部署规划地热能开发[J].石油石化节能与减排,2014,4(04):46.
论文作者:杜同富
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/17
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