中深層地熱技術在典型供熱項目中的應用分析

趙仕龍

摘 要：本文主要以研究中深層地熱供暖技術為目的，研究內容包括國內外地熱資源情況，國內中深層地熱利用情況以及中深層地熱利用技術路線等，同時通過對典型供熱項目的案例應用進行分析，探討中深層地熱供暖項目的技術適用性以及經濟性。

關鍵詞：中深層地熱;供熱;經濟性

一、地熱資源簡介

地熱資源統稱為地熱能，主要來自地球核心的熔融巖，一般是以熱能的形式存在。一般熔融巖的溫度可達7000℃左右，而在地下100公里左右的深度，地熱的溫度會降至1000℃左右，這時地地球內部熱能透過地下水及熔巖的涌動至離地面1至5公里的地殼，從而將熱力傳送到接近地面的地方，高溫的熔巖將地下水以及巖石土壤加熱，通過熱傳導作用就形成了地熱能。

從能源的利用方式與轉換方法的角度出發，一般可以將地熱能分為高溫熱、中溫熱、以及低溫熱三部分。

一般來說溫度大于等于25攝氏度的地下熱能，都可稱作地熱能，高溫熱的溫度一般大于150℃;中溫熱介于90到150℃;低溫熱低于90℃。

地熱資源的利用按照不同的溫度段一般可以通過高溫發電，中溫直接換熱以及低溫熱泵提升三種方式加以利用，不同溫度段的使用方式可歸類如下表：

目前行業從提高地熱資源利用率的角度，一般采用地熱的梯級利用和綜合利用，如熱電聯產聯供，工業蒸汽供應等。

本文主要以中深層地熱能供暖為研究對象，主要討論中深層地熱供暖技術，地溫能：溫度<25℃的地溫能不做討論。

二、國內外發展現狀

世界范圍內的地熱儲量非常豐富，據不完全統計約有1.45×1026J，相當于5×105億噸標煤。世界上已知的地熱資源比較集中地分布在三個主要地帶：一是環太平洋沿岸的地熱帶;二是從大西洋中脊向東橫跨地中海、中東到我國滇、藏地熱帶;三是非洲大裂谷和紅海大裂谷的地熱帶。這些地帶都是地殼活動的異常區，多火山、地震，為高溫地熱資源比較集中的地區[1]。

由于目前熱泵技術的不斷革新與進步，地熱資源在制冷采暖行業中的占用的比例越來越高，尤其是近些年全球化環境污染問題的日益嚴重，更是間接促進了地熱能開發利用的快速發展，據統計，目前已有70多個國家對地熱資源開發利用，年利用總量達7.26×1010KW，每年保持約13%的增長率。

我國的地熱資源相對比較豐富，在東北，華北以及西北地區地熱高溫資源較豐富，但就全國范圍來看，中低溫地熱資源-熱儲溫度（25—150℃）較為普遍。同時，全球地熱能的評價指標“資源基數”為140×106EJPa，而我國為11×106EJPa，接近全球總量的8%。而且近年來我國的地熱能綜合利用均以每年超過10%的增速快速增長，目前地熱資源直接利用的設備裝機容量位列世界之首，但由于地理條件，經濟性的影響，目前全國地熱發電設備的裝機增容較少。

總體而言，我國目前地熱資源的綜合利用總量居世界前列，尤其是對中低溫地熱直接利用的開發量達到3056GW，其設備的裝機容量達到107.79GW，隨著我國社會經濟的增長，對地熱資源的開發仍將以10%-12%的速度增長。

三、中深層地熱利用方式

中深層地熱供熱技術原理如圖3為中深層地熱供暖的一般工藝流程：

地熱梯級利用就是根據地熱水的溫度分層分級的從地熱水中提取熱量，從而實現取熱不取水的狀態。具體的工藝流程描述如下：地熱水首先通過板式/容積式換熱器換熱，通過加熱供熱管網回水管中的熱水實現末端風機盤管/散熱器等系統的用戶采暖;再通過二次換熱設備加熱供熱管網中回水供給地板輻射采暖系統，換熱完成后的地熱水可以再利用熱泵技術提溫繼續供給末端熱用戶，在這三個溫降級次間，可以根據末端用戶的需要，拓寬生活洗浴、康樂理療、工業需求等項目，使地熱水的多種功能得以充分發揮。當然，如果系統保證完全密閉無污染的情況下，可以采用地熱水直接供應末端用戶，可以減少換熱過程中的熱損失，提高地熱資源的利用率。

四、中深層地熱供暖典型案例分析

下面以一個30萬m2的小區為例，討論地熱供暖的投資估算和經濟效益。

利用地熱能為熱源，新建采水井3口、回灌井3口、換熱站1座，小區供暖。地熱井從館陶組取熱，熱指標37W/m2，地熱水溫度從78℃利用到42℃。通過指標法，參照設計規范進行熱負荷計算：

五、結語

經過對中深層地熱供暖典型項目的分析可知，中深層地熱在燃氣費用較高地區具有很好的推廣性，在取暖費僅有18元的情況下，仍然能實現9.5%的收益率，因此，在了解開發項目當地地熱資源情況后，若地熱條件良好（地熱資源儲量豐富，回灌條件良好），可優先使用中深層地熱作為供熱主力熱源，從而提升項目的經濟性，提高當地的可再生資源綜合利用率。

對于中深層地熱儲量一般，出水溫度較低不適宜直接換熱采暖的地區，可通過優化工藝流程，采用熱泵等輔助設備將供水溫度提升后實現供暖目的，其經濟性可在具體項目中進一步探討。