曹妃甸工業區海水源熱泵可行性分析與研究

王 平 左麗明

(河北省水文工程地質勘查院 石家莊 050021)

海水源熱泵技術是一種利用地球表面淺層水源(海水)吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種清潔可再生能源技術。該技術的發展能夠為曹妃甸區能源結構調整和經濟的可持續發展提供基礎。

1 工作區概況

通過對曹妃甸區海域海岸基礎條件的調查，曹妃甸區海域海岸線為淤泥質海岸且大部分區域岸段的淤積情況較為嚴重，不具備建立海水源熱泵條件。曹妃甸工業區海域(港池)淤積情況較輕，初步具備建設海水源熱泵取水口的條件。通過對曹妃甸工業區海水溫度、海水水質及海水深度等條件的進一步分析，以證明其是否具備利用海水源熱泵的基礎條件。在此基礎上，結合曹妃甸工業區目前發展規劃及海水源熱泵技術條件對其開發利用前景進行了分析闡述。

2 曹妃甸區海水源熱泵基礎條件

2.1 海水溫度條件

(1)冬季溫度條件

根據已有資料，曹妃甸海域冬季海水平均溫度在1.5 ℃～2.5 ℃(最冷月)，對于海水源熱泵系統建設而言，由于冬季海水溫度較低，海水源熱泵應用的COP(性能系數：就是海水源熱泵的機組制冷量與機組能耗之比)會大大降低。另外，曹妃甸海域冬季結冰期(圖1)大約在85天左右，固定冰厚度在15～25 cm，其堆積厚度最大可達3.5 m，對管道設備具有較大的負面影響，甚至會導致取水口冰堵甚至凍結情況的發生。

圖1 曹妃甸海域冰情

(2)夏季溫度條件

根據調訪，曹妃甸區8月份為空調制冷的高峰期；已有資料顯示，8月份港區平均溫度在25 ℃～26 ℃。在曹妃甸港池內選取7點位對其不同深度溫度情況進行了測量，見圖2。就整體而言，曹妃甸港池內各點位海水溫度差別較小；海水表層與底層溫度差較小，溫度由表層至底層整體呈遞減趨勢，平均深度每增加1 m，溫度減少0.05 ℃，見圖3。

2.2 海水水質

為查明曹妃甸港區水質狀況，共設計了4個水樣采集點，見圖2，分別對其采集兩個不同深度處水樣2件，共計采樣8件，其水質檢測成果見表1。

圖2 曹妃甸區海水深度測量線

圖3 曹妃甸港區溫度隨海水深度變化曲線

樣品編號總硬度/(g/L)溶解性總固體(g/L)總堿度(mg/L)區域22-6m5.6038.12127.622-3m5.6029.68125.119-6m5.8030.79127.619-3m5.6030.84130.123-6m5.7030.41125.123-3m5.6530.75130.120-3m5.4530.51120.120-6m5.5530.48115.1曹妃甸港區備注水源熱泵水質標準:總硬度≤200mg/L;溶解性總固體<3g/L;總堿度≤500mg/L

2.3 海水深度條件

對曹妃甸一號、二號港池分別進行了海水深度測量，見圖2。測量結果顯示：1號測線測量區域(二號港池)海水平均深度在10 m以下，局部區域海水深度達到16 m；2號測線測量區域海水平均深度在18 m左右，其中在一號港池南部出口處海水平均深度在23 m左右；3號測線測量區域海水深度在18 m左右。

3 規劃及海水源熱泵技術條件

3.1 規劃

根據《唐山市曹妃甸區(曹妃甸新城)總體規劃》(2008-2020)，曹妃甸工業區用地類型以工業用地為主、其次是商業金融用地、港池用地和倉儲用地。

3.2 海水源熱泵技術條件

我國第一個海水源熱泵項目于2004年在青島發電廠建成使用；2013年大連市星海假日酒店海水源熱泵中央空調工程正式啟動。另外國外亦有多個成功利用海水源熱泵的案例，如：20世紀70年代初建成的悉尼歌劇院；20世紀90年代初日本成的大阪南港宇宙廣場區域供熱供冷工程等等。

4 綜合分析

4.1 海水源熱泵基礎條件

曹妃甸工業區海水深度均在5 m以上，其中大部分區域海水深度在10 m以上，能夠為熱泵管線布設提供較好的基礎條件；制冷期，海水25 ℃～26 ℃的溫度及其高效能的換熱率，使其可以作為較好的冷卻源；另外制冷期，相對于利用海水作冷卻源，較高的海水溫度亦可作為供熱源為夏季熱水(生活用水及洗浴)的供給提供熱量；供暖期，較低的海水溫度及海冰的出現，使其不具備作為供熱源條件；海水水質雖多項不達標，但可以通過換熱方式解決，但相應的會降低機組效率、增加資金投入。

因此，綜合而言曹妃甸工業區具備夏季利用海水源熱泵(用作冷、熱源)的基礎條件；但其達到的經濟和節能效益可能會受到可利用溫度差、海水輸送距離及工程的規模等因素的限制。

4.2 規劃及海水源熱泵技術條件

根據曹妃甸工業區規劃的用地類型中工廠的辦公樓及宿舍樓和商業金融區的辦公樓等，是制冷制熱的較大需求體。多年來國內外多個成功的案例也證明，海水源熱泵技術條件正穩步發展，并逐漸走向成熟。

曹妃甸工業區對制冷制熱的需求是海水源熱泵大力發展基礎背景，而海水源熱泵技術條件的成熟是其大力發展的保障。

5 結論

(1)曹妃甸工業區夏季具備利用海水源熱泵的基礎條件：利用海水作冷源用于空調制冷；利用海水作熱源用于生活用水制熱。

(2)曹妃甸工業區政策規劃及海水源熱泵技術條件的日漸成熟，為其大力發展提供了基礎環境，其發展前景較為寬闊。

(3)具體利用工程的實施還應對影響海水源熱泵功效及投入的各項因素進行經濟性論證，以保證熱泵系統的使用能夠起到環保、節能的作用。

[1]蔣爽,李震,端木琳等.海水熱泵系統的應用及發展前景[J].節能與環保,2005(10)

[2]李震,端木琳,舒海文等.海水空調的發展及在中國應用前景分析[J].暖通空調,2005,35(11)

[3]田宇.海水源熱泵系統在大連地區的應用[J].門窗,2015(1)

[4]范偉,劉志斌,張宇坤.海水源熱泵技術在大連地區發展現狀分析[J].綠色科技,2016(7)