地熱供暖站標準現狀分析

中國石化集團新星石油有限責任公司 ■ 馬春紅 趙豐年 劉金俠

0 引言

目前可利用的地熱資源主要包括：天然出露的溫泉、通過熱泵技術開采利用的淺層地熱能、通過人工鉆井直接開采利用的地熱流體，以及干熱巖體中的地熱資源。地熱資源按照溫度分為高溫、中溫、低溫3級，高溫地熱資源溫度不小于150 ℃；中溫地熱資源溫度在大于等于90 ℃、小于150 ℃區間；低溫地熱資源溫度低于90 ℃[1]。

板塊運動對全球地熱活動的控制作用十分明顯。全球地熱資源熱流量為1400 EJ/a[2]，2010年全世界地熱發電裝機容量為48493 MWt，地熱直接利用量為117740 GWh[3]。我國位于歐亞板塊東南部，西部與印度板塊相接，東部與太平洋板塊相連，呈現出藏滇、臺灣、東南沿海及滇川4個溫泉密集帶；廣大平原地區在廣泛發育著中新帶沉積盆地中，地表無溫泉出露，地下深處蘊藏著豐富的熱水及熱鹵水資源。

地熱資源分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用用途廣泛，如干燥、采暖、制冷和水產養殖等；間接方式則是指地熱發電。地熱供暖是地熱資源開發利用中直接利用方式之一，因節約煤炭運輸、占地少，運行成本為燒油鍋爐運行費用的1/4[4]，可減少大量有害物質和二氧化碳氣體排放，避免環境污染，具有較好的經濟、社會和環境效益，因此在城鎮供暖中發展速度較快。

為促進我國地熱能開發利用，大力推進地熱能技術進步，積極培育地熱能開發利用市場，全面促進地熱能資源的合理有效利用，2013年1月10日，國家能源局、財政部、國土資源部、住房和城鄉建設部四部委聯合發文《關于促進地熱能開發利用的指導意見》(國能新能〔2013〕48號)。意見明確指出，到2015年，基本查清全國地熱能資源情況和分布特點，建立國家地熱能資源數據和信息服務體系。實現全國地熱供暖面積達到5億m2，地熱發電裝機容量達到10萬kW，地熱能年利用量達到2000萬t標準煤，形成地熱能資源評價、開發利用技術、關鍵設備制造、產業服務等比較完整的產業體系。到2020年，地熱能開發利用量達到5000萬t標準煤，形成完善的地熱能開發利用技術和產業體系[5]。

在全球氣候變暖、中國霧霾天氣頻發、能源開發利用產生的細顆粒物(PM2.5)排放強度升高的情況下，改變傳統供暖方式，地熱供暖更加凸顯了綠色低碳環保。

1 地熱供暖原理和方式

地熱供暖分為地熱直接式供熱和地熱間接式供熱。地熱直接式供熱方式是指地熱水直接通過熱用戶，然后放掉或回灌，如圖1所示；間接式地熱供熱系統中地熱水不直接通過熱用戶散熱器，而是通過供暖站將熱量傳遞給供熱管網循環水，如圖2所示。因地熱水中含有較高濃度 O2、H+、Cl-、H2S、CO2、Ca2+，SiO2、NH3、SO42-，易導致換熱器和管網的腐蝕和結垢，以及直接供熱式地熱供熱系統水利調節性較差。基于以上因素，地熱供暖多為地熱間接式供熱。

圖1 地熱間接式供熱系統

圖2 地熱直接式供熱系統

地熱間接式供熱中，地熱供暖站是連接一網和二網熱量交換、熱量分配及系統監控和調節的樞紐。一網是地熱水井口至供暖站管網，二網是供暖站至用戶端管網。供暖站處于地熱井支狀供水末端，對于一網的水力平衡至關重要；同時，供暖站又是二網支狀供水的首端，供暖站的運行參數直接關系到用戶的供暖效果。

地熱供暖供暖站與鍋爐集中供暖供暖站在整體結構上相同，不同之處在于地熱水水溫不能像鍋爐集中供暖那樣可調節溫度。為應對極端天氣和充分利用地熱水的熱能，地熱供暖供暖站在規劃設計時一般需增加供熱調峰措施，一般增加燃氣鍋爐、電加熱和熱泵系統。

2 標準簡介及現行趨勢

標準通常被定義為根據集體的理性選擇就如何解決常見問題達成共識的一組結構。技術標準是標準在技術領域的應用，指一組得到認可的關于產品、技術和工藝的特性及參數的規范，其目的是要保證產品和系統間的互聯和互換，維護市場參與各方之間的正常交流和合理秩序。技術標準可分為非產品類標準和產品要素類標準。非產品類標準主要是基于公共利益的技術基礎設施，這類標準往往是由政府或相關標準化組織制定，且絕大部分屬于強制性標準；產品要素標準則常由一個或數個廠商壟斷了市場，從而迫使其他廠商接收其專有技術，進而形成事實標準。因此，作為事實標準的產品要素標準通常無需經過標準化組織的正式發布，而是通過市場競爭產生出來的[6]。

自20世紀90年代以來，專利技術的迅速增長及專利技術產業化速度的不斷加快，使專利與技術標準開始從分離走向結合，出現了引人注目的技術標準專利化的趨勢[6]。

3 國外供暖站標準建設情況

目前，國外與地熱相關標準包括：地熱名詞解釋，地熱鉆井，地熱水監測，地熱材料和設備，地熱供暖系統能效、經濟和環境評價，地源熱泵供暖的系統評價和與其他可再生能源的集成綜合利用試點。從現在查到的國外標準可看出，歐美國家標準中地熱發展側重地熱流體取樣方法、地熱發展經濟和能效的測評方法、局部設備的檢驗方法、與其他能源相結合的試點應用，以及環境影響評價，更多體現在與地熱產業發展相配套的技術體系，重視地熱本身技術創新的發展，也體現出歐美國家制定標準的理念，突出了市場競爭的要素。

這種以事實標準為主導的現狀也體現地熱產業本身的發展現狀：地熱資源作為替代傳統化石能源用于發電、供暖和制冷等行業，與地熱相配套的技術，諸如應用于石油行業的勘探、鉆井、發電、供暖、吸收式制冷等相關地熱應用產業技術同樣成熟，這些現行的技術都可直接應用于地熱產業中；而最大的障礙則是將應用于石油行業勘探和鉆井應用于地熱行業，相比地熱的收益，勘探和鉆井費用過高、經濟性較差。地熱資源的理論創新體現在地熱資源形成、儲藏機理和地熱熱流體組分研究；地熱產業應用技術的創新體現在地熱資源開采和應用對地質和環境的影響，也體現在全球變暖趨勢下碳資產交易模式的創新。

國外供暖情況為：美國中部以電采暖為主,南部采用空調采暖制冷，美國北部有一部分采用電采暖，但更多采用燃油或燃氣采暖；北歐國家中丹麥、芬蘭、瑞典主要以熱水供暖為主，挪威采用集中熱水供暖、電采暖，瑞典采用熱泵供暖，法國采用電供暖，英國采用集中供暖，意大利、葡萄牙采用空調供暖，俄羅斯采用集中供暖；日本、韓國大型集中供暖不多，大多采用每家每戶的燃氣供暖；冰島地熱資源豐富，主要采用集中地熱供暖方式[7]。國外供暖方式多樣化，大部分國家并不采用集中供暖方式，而國外標準更多體現在以技術創新為主的事實標準，供暖站綜合性標準并不多見。

4 國內地熱供暖站標準情況

中國地熱資源豐富，資源儲量大、分布廣，發展前景廣闊，市場潛力巨大。目前已形成專用于地熱的標準9項，其中：地熱資源勘查相關標準3項：GB/T 11615-2010《地熱資源地質勘查規范》、GB 50478-2008《地熱電站巖土工程勘察規范》和DZ/T 0225-2009《淺層地熱能勘查評價規范》；地熱發電相關標準3項：GB/T 28812-2012《地熱發電用汽輪機規范》、GB/T 19962-2005《地熱電站接入電力系統技術規定》和JB/T 6506-1992《地熱發電用汽輪機技術條件》；地熱水應用安全防護1項：GBZ 124-2002《地熱水應用中放射衛生防護標準》；城鎮地熱供暖1項：CJJ 138-2010《城鎮地熱供熱工程技術規程》。另外1項為CJ/T 317-2009《地源熱泵系統用聚乙烯管材及管件》。

國內標準制定是以工程經驗為主。例如：GB/T 28812-2012《地熱發電用汽輪機規范》主要起草單位為青島捷能汽輪機集團股份有限公司，該單位為西藏羊八井地熱電站提供汽輪機設備；GB 50478-2008《地熱電站巖土勘察評價規范》和GB/T 19962-2005《地熱電站接入電力系統技術規定》主要起草單位為中國電力工程顧問集團西南電力設計院，該設計院設計完成西藏羊八井地熱電站。現行標準對規范地熱行業術語、地熱資源評價、地熱勘查規范做了詳細規定，對地熱發展的工作經驗做了較好總結；相比歐美國家標準，我國標準缺乏對地熱產業可持續發展相關的環境評價和地熱產業技術的創新。

現在地熱供暖使用的CJJ 138-2010《城鎮地熱供熱工程技術規程》于2010年4月17日發布，當年10月1日實施。該標準的主編單位和參編單位均為地熱行業內的領先科研單位和企業，是地熱行業的重要成果。該標準共15章，包括地熱術語、地熱供暖設計的基本規定和熱負荷選擇、地熱供暖系統分類、地熱井泵房、地熱供暖站、地熱供暖管網與末端裝置、地熱水供應、地熱系統防腐與防垢、地熱供暖系統的監測與控制、環境保護、地熱回灌、地熱資源的動態監測、施工與驗收和運行、維護。該標準是地熱供暖的系統標準，而地熱供暖站作為該標準的一部分，對地熱供暖站的土建、設備選型和供配電做了一定的規定和要求，對地熱水的防腐防垢、地熱尾水回灌和地熱水檢測做了相關規定。

中國石化集團新星石油有限責任公司(以下簡稱新星公司)自1998年開始探索開發地熱資源，從2006年起加快了地熱發展，現已成為國內常規地熱資源(深層)開發利用的最大企業。目前擁有地熱井近200口，各類供暖站近100座，供暖面積1500萬m2，年可替代標煤45萬t，減排二氧化碳120萬t，成功締造了雄縣無煙城。在多年的地熱資源開發利用中，逐步摸索地熱行業的技術和管理經驗。在執行CJJ 138-2010《城鎮地熱供熱工程技術規程》標準過程中，不斷總結和細化地熱供暖經驗，逐步實現地熱供暖的規范、科學和經濟。

目前換熱站設計一般會有天然氣鍋爐或熱泵作為調峰裝置，以備極端寒冷天氣；而在實際運行中，設計負荷過大，造成設備閑置和浪費。陜西綠源公司迎賓路供暖站調峰裝置為天然氣鍋爐和熱泵裝置，這兩臺裝置自該站運行以來從未運行使用。

供暖站內泵一般采用由變頻器控制的變頻泵，使用變頻器的目的是為控制和節能，同時降低設備選型的難度。在實際運行中，不斷變換工況運行是造成井泵磨損嚴重的原因之一；在設計環節，在管網壓力波動基本恒定的情況下，根據管網壓力，井泵恒定運行，可能會降低井泵磨損，提高使用壽命。

供暖站布局是否科學合理會影響供暖站的運營質量。新星公司逐步實現換熱站模塊化布局，供暖站包括：換熱器區域、循環泵區域、水處理區域、電氣室、值班室和調峰裝置區域，對設備之間的寬度和安全通道的寬度做出相應的量化要求。供暖站建設中，管道數量多，難以辨識，在運營中實行管道和設備的顏色管理，整個供暖站辨識度大大提高。

地熱水礦化度較高，容易結垢，在供暖季后，需清洗板式換熱器，結垢嚴重的需使用鹽酸等危險化學品清洗。針對這種地熱水的特點和板式換熱器的特點，公司改進運行工藝，實現了每兩周反沖洗板式換熱器，既保證了供暖效果，又減少了供暖季后的設備維護。

新星公司自運營地熱供暖以來，供暖站不再停留于紙面上的人性關懷，更是可以操作，更加科學的運營標準。

5 建議

在全球氣候變暖、霧霾天氣增多的情況下，我國大力推進地熱產業的發展，提倡完善地熱能資源開發利用技術標準，建立地熱能資源勘查預評價、項目開發與評估、環境監測與管理體系。當前，地熱產業標準涵蓋面廣但不能細化和量化，雖具有較強的規范指導意義，在實際實施中，可操作性有待提高。

結合新星公司運營地熱供暖多年的經驗，地熱供暖站作為重要的地熱供暖系統重要環節，需要更加細化和量化。

1) 精細設計環節，提高設計的經濟效益。地熱供暖缺少相應的政策支持，屬于微利行業，如果在設計環節冗繁，勢必會導致初投資過高和設備的閑置浪費。

2) 鼓勵換熱站設計、施工、驗收和運營中，檢測方法規范的出臺。

3) 提高供暖站布局科學性和管道設備標志辨識性。

4) 總結供暖站運營環節中可以提高運行效率的成功經驗，有利于經驗的推廣應用。

[1] GB/T 11615-2010,地熱資源地質勘查規范[S].

[2] Mongillo M A ,Gromley C J.The International Energy Agency -Geothermal Implementing Agreement 3rd Term Achievements and 4th Term Aspirations[R]. European Geothermal Congress , 2013.

[3]Britta Ganz, Rüdiger Schulz.The GIA Trend Report, a new survey report about geothermal application and developments with trends in power generation and heat use in IE-GIA members countries[R]. European Geothermal Congress , 2013.

[4]朱家嶺. 地熱能開發利用與應用技術[M].北京：化學工業出版社，2006.

[5] 國家能源局,財政部,國土資源部,住房和城鄉建設部.關于促進地熱能開發利用的指導意見[R].北京, 2013.

[6]呂鐵.論技術標準化與產業標準戰略[J].中國工業經濟,2005, 7: 43 - 49.

[7]張沈生,孫曉兵,傅卓林.國外供暖方式現狀與發展趨勢[J].工業技術經濟，2006, 25(7): 131 - 134.