摘要：随着国家提出建立资源节约和节能环保型社会以来，社会各界对环保工作越来越重视。当前，我国资源匮乏和环境污染的问题越来越严重，严峻地形势不得不要求我们去开发和应用更多的可再生资源。地热资源作为一种清洁可再生能源，在地热供热方面的技术已经日益成熟，不仅要求节能和环保，也更加追求能量和品质上的提升。地热水结合水源热泵的梯级利用的热源形式，能使地热水的利用率大大提高。加强对地热梯级利用供热系统运行策略的分析研究，探索和应用能源利用的最优匹配形式和运行策略，能最大限度的挖掘供热系统的节能潜力，达到更加高效利用地热资源的目的。
关键词：地热梯级利用；供热系统；运行；策略
引言
当前，我国资源匮乏和环境污染的问题越来越严重，严峻地形势不得不要求我们去开发和应用更多的可再生资源。地热资源作为一种清洁可再生能源，在地热供热方面的技术已经日益成熟，不仅要求节能和环保，也更加追求能量和品质上的提升。本文对地热梯级利用供热系统运行策略进行分析探讨。
1地热资源及地热梯级利用概述
1.1地热资源特点。地热作为供热系统的一种新能源热源，一经应用便受到市场的青睐。地热供热地面工程包括井口、采暖和供水三大部分。地热资源采暖和供水可以是供生活、供生产或余热综合利用。地热采暖系统受常规的管网供热工艺和技术水平限制，既使地热水经过一级换热后，其温度依然较高，通常会在40℃以上，一方面造成了热能源的严重浪费，有一方面给环境带来了热污染。通常地热水开采温度平均在 85℃左右，一般利用温差为40℃左右，排放温度一般就在45℃左右，应用新技术、新工艺，将地热水温度再降低到20℃左右，就可以提取利用更多的热量。地热梯级利用技术便应运而生，起到了解决地热尾水温度过高、资源利用率较低、环境热污染的问题，可以说达到了“一石三鸟”的效果。
1.2地热梯级利用特点。地热梯级利用指的是“多次地从地热水中提取热量，多层次利用低热量”。通常地热能供暖总负荷包括高温供暖和低温供暖两部分，一般高温部分采用管网形式，低温部分采用地板辐射采暖和风机盘管形式。主要工艺流程是：地热水经过一级板换后，为管网系统提供热源采暖，经过二次板换后再供热给地板辐射采暖系统，地板采暖尾水通过利用热泵技术再提热，或采用调峰。可以说，地热梯级利用技术将辐射采暖、地热热泵的优势充分高效的进行发挥，而地板辐射采暖和热泵技术使地热水排放的温度大大降低，不仅有效提高了热利用效率，还降低了环境热污染。
2供热系统运行存在问题分析
近年来集中供热设施和供热技术不断发展，促进了供热事业的整体进步，但与先进国家相比，集中供热还存在诸多问题，需要采取办法亟待解决。一是供热质量不高，还存在冷热不均现象；二是绝大部分热源用户没有安装有效的调控设备，热力工况失调严重，导致很多热源用户冷热不均衡；三是设计中存在不合理，导致调节手段弱化，系统采取“大流量，小温差”的运行状态，造成了系统较高的耗能；四是热计量还存在不合理现象，挫伤了热力用户的积极性，造成供热单位运营资金周转困难；五是规划设计中没有将节能降耗的因素考虑进去，不能有效的落实节能环保工作的要求。另外，还存在建筑实际能耗大大高于需热量的问题。分析其原因主要有两个方面，首先是建筑分布造成的问题，当热源用户室内温度冷热不均，而又没有有效的调节措施的情况下，要使温度较低用户达到舒适性温度的要求，必须整体加大热源供热量，无疑会造成部分用户温度过高，而发生不均匀损失。其次是时间分布问题。集中供热热源不能根据天气变化及时有效的调整末端的供热量，造成整个供热系统有时存在整体的温度过高现象，特别是在天气不太寒冷时较为明显。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要有效避免过量供热现象的发生，供热系统要按照室外温度变化情况及时的对热源的出口温度进行调节，在时间分布上使系统热量的供需平衡得到实现。
3供热系统运行策略分析
3.1集中供热运行的调节分析。集中供热运行调节包括质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节和间歇调节四种方式。质调节指的是供暖期间根据室外温度变化，通过改变热源处网路的供水温度，而保持网路循环流量不变，这时水泵运行能耗依然较高；量调节指的是不改变管网的供水温度，随着室外温度变化只改变热源处网路的循环流量，此时水泵运行能耗低，有明显的节能效果。但是因为循环水量的不断变化容易发生竖向热力失调，精准运行调节控制较为困难；分阶段变流量的质调节指的是供暖期间，根据室外温度高低的不同分成几个阶段，较低阶段时保持较大流量，较高阶段时保持较小流量。在每个阶段内保持流量不变，只随气温变化改变供回水温度，控制和调节较为方便；间歇调节指的是当室外温度较高时，网路循环流量和供水温度保持不变，减少供热时间。以上四种供热调节方式第三种应用较多。
3.2地热运行参数的分析。供暖系统的每个参数的变化，会对其他参数和系统的热力性能产生影响，对系统的运行策略进行分析时，必须考虑参数对系统的影响，并不断的优化供暖参数。地热供热系统需要优化地热水的排放温度、地热水开采量、循环水温度和循环水流量的运行工况等几个参数，参数选择和优化要在考虑技术性和经济性的同时，满足用户采暖要求，并有利于供暖设备的选型设计、安装和维护。
3.3控制原则。要使地热系统稳定合理、高效节能运行，必须做到以下控制。一是最大化利用地热资源，将辅助加热系统达到最大程度的节约；热负荷变小先行减少辅助加热量，热负荷较大减少时采取逐级关停热泵机组和减少地热水流量方式；热负荷较小时，将辅助加热系统和热泵机组开启的经济性进行比较，从而选择合理的运行方式。二是热泵机组效率最优化。要根据热负荷需求和热泵机组运行的特性，科学的对机组开启的运行策略进行确定。三是运用质和量并调方式。要使系统的输配能耗达到最低，要对各级循环水泵、地热潜水泵的负荷和尾水排放条件，对水泵进行变频控制，调节各级板式换热器二次侧和一次侧的循环水流量，并经过多方程的联合运算，得出最优的流量控制。
3.4控制目标。地热梯级利用供热系统运行策略主要优化的参数包括地热水的出水流量、板换的换热量、热泵机组开启台数、循环水量等，通过控制系统的这些参数寻求满足系统目标函数最优的策略。整个系统的优化以机组的系统总能耗最低为目标，优化运行过程中的各项能耗指标。一般数学表达式为：Min F（x），s.t.f.（x）= 0，h（x），=其中，F（x）为优化目标函数；f（x）为基于质量和能量守恒关系建立的稳态模型方程式；等式约束h（x）为考虑性能参数和安全因素而建立的约束方程。根据地热水梯级利用系统的各部件模型，对整个系统的优化控制问题进行研究和分析，从整个系统层面的角度，对优化目标和优化约束条件进行确定，从而求出最终的结果。
4结语
地热水结合水源热泵的梯级利用的热源形式，能使地热水的利用率大大提高。加强对地热梯级利用供热系统的运行策略的分析研究，探索和应用能源利用的最优匹配形式和运行策略，能最大限度的挖掘供热系统的节能潜力，达到更加高效利用地热资源的目的。
参考文献：
[1]丁永昌.中深层地热能梯级利用系统优化研究[D].导师：刁乃仁.山东建筑大学，2016.
[2]洪玉阳.某复合能源供热系统测试分析和运行策略优化[D].导师：田喆；胡振杰.天津大学，2014.
[3]李锋.复合能源供热系统运行控制策略研究[D].导师：田喆.天津大学，2012.
[4]王慧.供热系统承载力提升策略研究及改造应用实例分析[D].导师：赵华.哈尔滨工业大学，2012.
论文作者:赵俊青
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/28
标签：地热论文; 系统论文; 梯级论文; 热源论文; 温度论文; 热水论文; 策略论文; 《电力设备》2017年第34期论文;