利用ORC發電提高地熱水利用率及技術經濟性

1 概述

國家制定了《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017—2021年)》，將改善民生與環境治理相結合，堅持宜氣則氣、宜電則電、宜煤則煤、宜熱則熱，大力推進清潔供暖。截至2019年底，北方地區清潔供暖率達55%，比2016年提高21個百分點。截至2019年底，北方地區清潔供暖取得明顯進展，改善了城鄉居民用能條件和居住環境。

由于非供暖期沒有供熱需求，大量地熱井及配套設備存在一定程度的閑置問題。對于地面輻射供暖系統，供水溫度一般為45 ℃，易導致較高品位地熱水的高質低用。利用有機朗肯循環(ORC)發電技術，在非供暖期將地熱水用于發電，在供暖期將較高品位的地熱水用于發電，對提高地熱資源利用程度和經濟性均有益。

從文獻的年份分布圖(圖1)看，核心期刊和碩博論文中的發表數量呈現一個波動過程.具體地，期刊發文量在2001—2005年呈上升趨勢，2005年達到高峰.2005—2009年發文量逐年減少，2009—2012年又反彈上升，2012年達到最高峰，且多于2005年.兩次上升都是在兩個版本的義務教育數學課程標準頒布之后，這說明課標中提出統計觀念、數據分析觀念后引起了大家的關注.但是，之后的下降趨勢說明統計觀念、數據分析觀念未引起大家的持續關注.

本文以太原某地熱水供熱項目為研究對象，對利用ORC發電提高地熱水利用率及技術經濟性進行探討。

2 項目概況

太原市某小區地熱水供暖項目已平穩運行5個供暖期。供熱面積13×10

m

，設計熱負荷6 MW。室內采用地面輻射供暖系統，設計供、回水溫度為45、35 ℃。供暖期為11月1日至次年3月31日，共150 d。供暖室內設計溫度為18 ℃，供暖室外計算溫度為-10.1 ℃。

質量流量為71 t/h的二級換熱器低溫側出水依次經過一級、二級熱泵機組蒸發器放熱，溫度由35.0 ℃降至13.0 ℃，然后回到二級換熱器吸收地熱水熱量。一級熱泵機組出水溫度為45.0 ℃，質量流量為85 t/h。二級熱泵機組出水溫度為45.0 ℃，質量流量為102 t/h。

一進多功能會議廳，高潮就看到空空蕩蕩的主席臺上，只坐著一位長相俊美氣質不凡的中年女人，高潮想，她應該是美之廈房地產公司的公關部經理齊眉吧？再看嘉賓席，已有二三十人坐在那里，或看文稿，或打手機，或喝茶，或把玩鉛筆，高潮想，這些人應該是各路媒體的英豪們。見高潮和田卓走進來，臺上的那女人立馬走下臺來，笑吟吟地迎過來，老遠就招呼道，歡迎大駕光臨，我是美之廈公司的齊眉，請問你們是——

3 現狀方案

基于Gephi的高校畢業生就業壓力與社會適應關系的研究述評………………………………………金 怡（108）

開采井、回灌井各1口，開采井設計出水溫度為65 ℃，回灌井設計回灌溫度為15 ℃，設計開采、回灌質量流量均為70 t/h。采用換熱器、電驅動水源熱泵機組(以下簡稱熱泵機組)梯級利用地熱水熱量，以燃氣鍋爐作為調峰熱源。熱泵機組制熱性能系數為6.0，一級熱泵機組額定制熱功率為1 247 kW，二級熱泵機組額定制熱功率為1 438 kW。燃氣鍋爐額定熱功率為2 100 kW，熱效率為0.95。

改造后，ORC發電機組冷卻器、一級熱泵機組、二級熱泵機組承擔用戶基本熱負荷，調峰鍋爐承擔用戶尖峰熱負荷。經計算，ORC發電機組冷卻器承擔的熱負荷為1 732.54 kW，一級熱泵機組承擔的熱負荷為1 162.78 kW，二級熱泵機組承擔的熱負荷為1 395.33 kW，調峰鍋爐承擔的熱負荷為1 709.35 kW。

一級換熱器、一級熱泵機組、二級熱泵機組承擔用戶基本熱負荷，調峰鍋爐承擔用戶尖峰熱負荷。經計算，一級換熱器承擔的熱負荷為2 197.65 kW，一級熱泵機組承擔的熱負荷為988.36 kW，二級熱泵機組承擔的熱負荷為1 186.03 kW，調峰鍋爐承擔的熱負荷為1 627.96 kW。

4 改造方案

4.1 供暖期

除在現狀供熱系統基礎上配置1臺額定發電功率為167 kW的ORC發電機組用于供暖期發電外，還配置1臺額定發電功率為613 kW的ORC發電機組用于非供暖期發電。非供暖期，開采井出水溫度為65 ℃，回灌井回灌溫度為28 ℃，地熱水質量流量為70 t/h。

治療組在治療之前JOA評分,P>0.05,差異不具備統計學意義;在治療之后,治療組的JOA評分要好于對照組,P<0.05,說明差異具備統計學意義。

現狀供熱系統流程見圖1。質量流量為70 t/h的開采井出水經旋流除砂器后依次經過一級、二級換熱器高溫側，溫度由65.0 ℃降至15.7 ℃，在回灌加壓泵作用下回灌至回灌井。一級換熱器低溫側出水溫度為45.0 ℃，質量流量為189 t/h。

大力推動美國學學科建設有何理論與現實意義？中國的美國學學者應有怎樣的學術情懷、時代責任、價值標準和研究視角？如何確定研究內容、研究目標、理論與方法？目前，美國學概念尚未得到普遍認可，國內美國學相關研究，分散在外語、歷史、文學、政治等各學科，相互之間缺乏融合與交叉，沒有形成嚴密的學科體系。因此，借助國別與區域研究熱潮，外語學科應倡導美國學學科建設。利用外語優勢，運用跨學科理論與方法，加強對美國文化的深層次分析，把握美國文明的歷史脈絡，成為美國學教研團隊的生力軍。同時，加強與其他學科的交流合作，共同承擔中國美國學學科建設的職責。

4.2 非供暖期

改造后供熱系統流程見圖2。在現狀供熱系統基礎上，配置1臺額定發電功率為167 kW的ORC發電機組與一級換熱器并聯。改造后，供暖期一級換熱器停用。質量流量為70 t/h的開采井出水經旋流除砂器后進入ORC發電機組加熱有機工質后溫度由65.0 ℃降至41.0 ℃。質量流量為149 t/h的供暖回水在ORC發電機組冷卻器中吸收有機工質余熱后溫度由35.0 ℃升至45.0 ℃。

改造內容包括采用ORC發電機組利用供暖期地熱水較高品位熱能發電，非供暖期利用地熱井閑置期發電。

5 技術經濟性分析

5.1 技術性分析

由上述分析可知，改造后供暖期可滿足熱負荷需求，一級熱泵機組、二級熱泵機組、調峰鍋爐均在可調節范圍內。這說明，改造達到了預期效果，方案技術可行。

5.2 經濟性分析

根據文獻[1]提供的計算方法，可計算得到太原供暖期最大負荷利用時間為2 258 h。據此，測算改造后熱泵機組(一級、二級)耗電量增量、調峰鍋爐耗氣量增量以及ORC發電機組發電量(供暖期、非供暖期)，從而計算ORC發電機組的靜態投資回收期。電價為0.488 元/(kW·h)，天然氣價格為2.8 元/m

，天然氣低熱值取36 MJ/m

。

由已知參數，可計算得到改造后一級、二級熱泵機組耗電量增量為14.44×10

kW·h，調峰鍋爐耗氣量增量為19.35×10

m

。由此可計算得到，改造后年運行費用增量為61.23×10

元/a。

經計算，ORC發電機組供暖期發電量為60.12×10

kW·h。非供暖期為215 d，每日發電時間按19.2 h計算，ORC發電機組非供暖期發電量為253.05×10

kW·h。上網電價按0.488 元/(kW·h)測算，改造后年發電收益為152.83×10

元/a。與改造前相比，改造后年收益為91.60×10

元/a。ORC發電機組投資按490×10

元計算，ORC發電機組的靜態投資回收期為5.4 a，項目經濟性理想。

6 結論

① 改造后供暖期可滿足熱負荷需求，一級熱泵機組、二級熱泵機組、調峰鍋爐均在可調節范圍內。改造達到了預期效果，方案技術可行。

② 與改造前相比，改造后年收益為91.60×10

元/a，ORC發電機組投資的靜態投資回收期為5.4 a，項目經濟性理想。

[1] 王雪惠，師文龍，張 杰. 動力集中式與動力分布式供熱系統的經濟性評價[J]. 煤氣與熱力，2018(11)：A14-A18.