實現梯級利用的地熱供熱系統節能經濟性分析

李力

（天津津能濱海新能源有限公司 天津 300204）

天津地熱資源豐富，深淺都有，得天獨厚。截至2012年，天津已有200多家單位利用地熱資源進行冬季供暖，全市深層地熱供暖面積已達到1300萬平方米，利用淺層供暖的面積也有400多萬平方米。按上述數據測算，因使用地熱，天津每年實現減少二氧化碳排放82.9萬立方，減少二氧化硫排放7000噸，減少氮氧化物排放2000多噸。

地熱資源不利用是浪費，實現合理利用，保護性開發、可持續利用，開采地熱解決好回灌問題是關鍵，近幾年來，在地熱系統影響回灌的技術從地面處理工藝、成井工藝、回灌操作方法上都不斷取得了突破，為地熱資源的進一步開發利用提供了技術保障。

目前應用的地熱系統方式，主要有深井系統和淺層水源熱泵系統兩種形式，筆者根據天津對以上兩種形式結合使用的某項目為例，對地熱供熱系統的初投資及運行進行經濟分析。

1 項目概況

某項目位于天津市區南部，現有兩組4眼地熱井，其中1組為深井，1組為淺層地熱井，每組井中均有一眼開采井，一眼回灌井。其中深井深度為3500米，出水溫度為90℃，設計出水量為120m3/h；淺層地熱井深為400米，出水溫度30℃，設計出水量為40m3/h。供熱范圍中包括27.5萬平方米的民用建筑和1.05萬平方米的小區文體中心。

2 熱負荷情況

項目采暖設計熱負荷統計見下表1

表1 熱負荷統計表

3 系統介紹

3.1 地熱井最大供熱量

3.1.1 地熱深井由板式換熱器換熱量計算

根據公式（1）Q=Gc△t，

其中 Q為地熱設計產熱量，單位為KW；

G為地熱井設計出水量，單位為m3/h；

△t為地熱經板換換熱后的溫差，單位為℃（最大溫差為50℃）；

c為折算系數1.163。

根據上式計算地熱井經由板換換出熱量為6978KW；

3.1.2 地熱井未熱熱泵最大換熱量計算

由于地熱井直接換熱量不能滿足深冷季供熱需要，因此對其尾熱采用熱泵機組進行深度換熱，使其達到10℃回灌，實現對地熱水的梯級利用。

根據公式（2）Q=Gc△t/η；

其中η為熱泵機組效率系數，一般為0.8；回灌溫度可以降至10℃，設計最大利用溫差為30℃。

根據上式計算深層地熱未熱最大換熱量為5233 KW；

3.1.3 淺層地熱井最大換熱量計算

淺水地熱井出口水溫約為30℃，可利用溫差為20℃，設計出水量為40t/h，根據公式（2）淺層地熱井最大換熱量為1163 KW。

3.1.4 最大供熱量統計

表2 系統中最大供熱量統計

3.2 系統流程介紹

項目中的文體中心由于末端系統為暖氣片形式，所以采暖季全部由深層地熱井供熱；地熱深井經過板式換熱器作為民用住宅的基本負荷，經過板換換熱后的深井熱水未熱和淺層井使用熱泵制熱作為系統中民用尖鋒熱負荷使用，最大換熱量的地熱水設計回灌溫度為10℃。

系統流程圖如下：

4 項目初投資情況

該項目系統包括室外兩組深井系統及室外管網系統和換熱站內的板換及熱泵系統以及換熱站內的電氣系統。表3為各系統初投資統計。

表3 項目初投資統計

按照天津市現行的供熱工程建設費收取標準，住宅為每平方米92元，公建為每平方米130元，該項目收取的建設費用基本滿足項目的初投資需要。

5 系統運行發生的能源費用

系統運行費應該包括系統運行發生的資源費，水電費用，設備折舊和人員工資，系統的維護、管理費用。表4就系統運行所發生的能源類費用如資源費和水電消耗費用做統計。

表4 系統運行能源消耗費用統計

表4數據測算是按照采暖季130天，24小時不間斷運行，其中電費按照日均電價0.85元/KWh，水費按照6元/T進行的測算，地熱系統的能源消耗費用僅為每平米7.8元（數據計算過程詳見附表5），與天津市現行的采暖供熱費民用為25元/平方米，公建36元/平方米相比有相當的經營空間，項目經濟性較好。

附表5項目運行各類能源消耗量及費用明細表

6 結論

地熱作為一種清潔環保型能源，可以替代對化石能源的使用，由于天津地熱資源潛力巨大，是天津市一種重要的補充能源，合理開發有助于優化本市的能源結構，有助于節能減排的實現。優化地熱系統，實現對地熱資源梯級利用，提高地熱的資源利用率同時具有較好的經濟性，可以預見今后將會有更多地有識之士，有實力的公司投入到天津地熱資源的開發中去，實現可持續利用地熱為天津節能減排做出貢獻。

[1]穆春一，靳寶珍.天津地熱資源開發利用及其供暖實例淺析[J].天津地熱勘查開發設計院，2009。

[2]巨耕.地熱供熱采暖中地熱尾水的再利用——熱泵技術[C]//全國油區城鎮地熱開發利用經驗交流會論文集.冶金工業出版社，2003。