我國中深層地熱能供暖現狀及問題研究分析

馬保云

（唐山冀東地熱能開發有限公司，河北 唐山 063000）

地熱能資源在我國分布的較為廣泛，具有較大的開發潛力，我國分布的地熱能資源以中低溫資源為主，目前我國在利用地熱資源上主要有直接利用和地熱發電兩種方式。伴隨熱泵技術的不斷發展，地熱能也逐漸應用在了城市供暖層面上。現階段我國在淺層地熱能的開發上存在一定困難，因此逐漸轉向中深層地熱能資源的開發。以下就是筆者分析的有關中深層地熱能供暖問題。

1 地熱能的分析

1.1 地熱能的類型

地熱能分為不同的類型，其中一種以蒸汽形式存在的地熱能屬于溫度較高的地熱能。地域因素影響此種類型地熱能的分布，通常以天然氣的形式存在，屬于熱力形式。另一種地熱能分布在淺層地表，存在形式主要為溫水、溫熱水，該種類型的地熱能受到地下水的推動作用，會將熱力傳輸到地面上。分布在淺層的的地熱能，它的分布受地域因素的干擾較小，具有較高的穩定性，其開發力度也在不斷增大。

1.2 地熱能的特征

地熱能有較高的穩定性，它不受季節等因素的影響，因而不需要額外的蓄能。地熱能可以直接利用，比如蒸汽或者高溫熱水從地熱能井出來后可以被直接應用在生產上。據有關資料顯示，一年中地熱能的利用率在70%以上，遠遠大于風能、太陽能、水能的利用率。此外，地熱能設備建成后維修工作量較小，且使用壽命相對較長，因此被越來越多的國家關注。

1.3 地熱能供暖利用率分析

地熱供暖利用率的影響因素較多，其中最為明顯的就是地熱水回灌溫度，溫度的高度直接影響地熱能供暖利用率。通常情況下，排水溫度降低可將地熱利用率提升。因為在排水溫度降低后，熱量從地熱水中提取會受影響，會增大供熱面積。但是在實際生活中，排水溫度的降低是有限的，在溫度過低時，需要將供暖系統散熱設備增加。可見制定合理的供暖方案可保障地熱能供暖的利用率。

2 地熱能供暖途徑

2.1 地熱間接供暖

地熱間接供暖對設備有較高的要求，該環節涉及到的供暖設備較多，其中最常見的有換熱器、深井潛水泵、換熱器、回灌井、地熱管線等。其中在深井潛水泵的作用下將地熱水開采出來，開采出來的地熱水需要借助地熱管線，到達換熱器。進行熱交換是換熱器價值的主要體現，熱量在換熱器的作用下到達供熱循環水。地熱水溫度一旦達不到規定要求，會返回回灌井，該環節離不開輸水管線的幫助。后經一系列循環模式送至熱用戶，溫度降低后又重復以上的模式，由此實現了對地熱能的反復利用。地熱間接供暖運行成本較低，工藝較為簡單，對供暖設備不會造成較大程度的腐蝕，并且在維修和保養上也更為方便，因而被大量應用[1]。

2.2 地熱聯合熱泵機組供暖

地熱聯合熱泵機組供暖具體過程如下：在深井潛水泵的作用下將地熱水開采出來，開采出來的地熱水在地熱管線的輔助下被輸送到一級直供換熱器，一級直供換熱器的主要作用是進行熱交換，將熱量傳遞給供熱循環水。溫度降低后，再經輸水管線輸送至二級換熱器，二級換熱器的作用是進行二次換熱，向熱泵蒸發器側和二級板換熱器傳遞熱量，由此將熱源提供給熱機泵。隨后經過換熱后的地熱水在輸水管線的協助下輸送到灌井，完成回灌。這樣熱用戶可以獲取來自一級換熱器換熱、熱泵機組制熱后的供熱循環水。一旦溫度降低可以在供熱管線的協助下將供熱循環水再輸送到熱泵機組冷凝器側、一級換熱器換熱，不斷重復實現供暖。此種供暖方案存在的問題是運行成本較高，工藝較為復雜，但地熱能利用效率較高。

2.3 地熱聯合熱泵機組外加調峰鍋爐供暖

此種供暖方案是在深井潛水泵的作用下將地熱水開采出來，開采出來的地熱水在地熱管線的參與下到達一級直供換熱器，實現熱交換，傳遞熱量到供熱循環水。之后二級換熱器再接收溫度降低后的地熱水，實現熱交換，該過程實現向熱泵蒸發器和二級換熱器之間的熱量傳播，將熱源提供給熱泵機組，地熱水在二級換熱器的作用下在被輸送到回灌井，完成回灌。此時若產生的熱量還不能滿足生產時，可借助調峰鍋爐，對供熱循環水進行加熱獲取很多的熱量。此種模式的地熱能供暖受地域限制較為明顯，因此選擇該模式的地熱能供暖需要結合當地的政策和資源，合理開發利用[2]。

3 地熱能供暖存在的問題

3.1 勘探地熱能難度系數較大

目前地熱能勘探技術還有待成熟，全國大部分的地區地熱能勘探程度不高，甚至沒有地熱能勘探的技術。此種情況下，盲目開發地熱能會出現鉆井失敗等問題，最終造成嚴重損失。

3.2 工程投資成本高

在開發地熱能時，首先需要勘探該地區的地熱能分布情況，勘探工作需要耗費較長的周期，并且投入的資金和人力資源較大，因此會加重企業的經濟負擔。現階段我國在地熱能勘探上普遍采用的是油氣井工藝，該工藝不僅需要較高的成本，而且在投資回收期上也較長[3]。

3.3 腐蝕、結垢問題嚴重

地熱水中含有較高的金屬性物質，存在礦化度明顯的問題。含有此種物質的地熱水容易腐蝕輸水管網和供暖設備，嚴重者出現輸水管網或者設備泄漏的問題。進而會降低地熱能供暖有效性。此外，運輸地熱水的過程中，之前的熱循環環境被改變，容易出現結垢等情況，污垢較多的情況下，會將原來的管道堵塞[4]。

3.4 地熱尾水回灌率不高

管理標準的缺失直接影響地熱尾水回灌率，相關部門對地熱尾水回灌缺少監督的情況下，降低了回灌率。在回灌率降低的情況下，會出現浪費資源、污染河流土壤等情況。

3.5 動態監測缺失

開發地熱能的過程中，地熱能的溫度、流量井液位等是不斷變化的，若采用的供暖系統不適應以上指標因素的變化，就會影響供暖效果。分析以上問題出現的原因在于缺少對地熱能開發全過程的動態監測。

3.6 地熱能利用存在不合理問題

地熱能利用率不高最明顯的表現就是利用后的尾水還是在40℃左右，有些地區還存在地熱能利用低品位的情況，具體表現為了迎合工程需要，在地熱水溫度降低程度較大，這樣會影響地熱能自身的恢復能力[5]。

4 解決地熱能供暖問題的措施

一提升地熱能勘探力度，國家和地方政府需要加強對地熱能資源的勘探支持，積極組織各個地區加強勘探，明確不同地區地熱能的分布情況。二創新地熱能供暖技術，針對工藝流程較為復雜，成本投入較大的問題，需要提高科技創新能力，研發高質量的設備和材料，提高地熱能供暖效益。三選用高質量供暖設備，主要是為了避免設備腐蝕等問題，可選用鈦板換熱器和非金屬管材。四提高地熱尾水回灌規范性，開展地熱勘查和回灌試驗，制定完善的地熱回灌標準。五加強對地熱能供暖的動態監測，密切監測地熱能的溫度、流量井液位等的變化情況[6]。

5 結語

綜上所述，地熱能作為一種清潔能源，有較高的開采價值，利用地熱能解決城市供暖造成的環境污染是非常有效的措施，在開發地熱能時需要秉持可持續發展的原則，在保護中開發，在開發中合理利用，由此將地熱能的利用率極大提高，為社會創造出更大的生態效益和經濟效益。