地热井梯级利用
中国地热能开发利用问题与建议
中国地热能开发利用存在的问题及建议中国能源网研究中心王鸿雁张葵叶地热能是一种可再生的清洁能源，积极开发利用地热能对缓解我国能源资源压力、实现非化石能源目标、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设等具有重要意义。
我国地热资源丰富，近年来在开发利用方面取得了很大的成绩，但同时也还存在一些问题，这些需要引起国家的高度重视，认真解决，以促进我国地热能开发利用更好更快地发展。
关键词：能源地热能地热资源可再生能源一、地热能及其开发利用的特点（一）地热资源再生速度慢地热资源是在特定的地质、构造、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的，地热流体的循环要经历加热、运移、富集等过程，最后储藏在含水层中，但由于埋藏深，补给途径远，这个循环周期少则几十年，多则成千上万年。
与冷水循环相比，其形成、补给和径流情况要复杂得多，周期也长得多。
虽然与化石能源相比，地热能的再生速度要快得多，但如果过量开采，超过了补给速度，也会造成地热资源的枯竭。
从这个意义上讲，地热资源并不是取之不尽，用之不竭的，地热产业更不是一个适合迅速做大的产业。
据统计，每年地热的新再生量只有200多亿吨油当量，远低于太阳能的130万亿吨油当量、风能的1400亿吨油当量、生物质能的600亿吨油当量。
1与其他可再生能源相比，地热能的优势主要体现在热能的累积存量上。
（二）具有潜在的环境问题地热能虽然是较为清洁的可再生能源，但地热水成分复杂，且属于地质构造的一部分，如果管理和保护不善，对地热资源的开采也同样会带来环境问题，这些问题主要包括：1、地面沉降。
如果长期抽取地下热水而不回灌会引起水位下降，导致地层进一步的压密，从而加剧地面沉降的发生。
根据天津市对市区的沉降测量表明，开采300m深度以下地下水，对地面沉降影响约占总沉降量的35%—50%。
2在人口居住区会造成住宅楼和其他建筑物基础的坍塌，而在非人口居住区会对地表水径流系统造成负面影响。
长期地热流体开采而不回灌，将导致地面的沉降和水平位移。
天津：地热资源循环梯级利用(组图)
天津：地热资源循环梯级利用(组图)2007-5-18 15:51:21采用地热梯级利用技术的高温热泵系统人民网·天津视窗5月18日电：节能降耗关键词地热资源利用，回灌技术，梯级利用技术项目单位：天津市国土资源和房屋管理局天津地热勘查开发设计院天津市河东区房地产管理局供热公司项目内容：天津市地下蕴藏着丰富的中低温地热资源。
全市地热分布面积达8700平方公里。
地热资源已经成为天津经济发展和改善城市环境质量不可多得的清洁能源。
但在地热资源利用过程中也显现出种种问题，地热资源在漫长的地质历史时期形成，其补给来源主要为大气降水，补给时间漫长（几千年乃至数万年），补给量有限，随着地热资源利用的广泛，长期以单纯开采井的形式开发，将会导致热储层水位下降过快，地热井使用寿命缩短。
而且地热尾水排放温度过高，容易造成对环境的热污染。
为了解决保持热储压力，减少地热流体直接排放污染环境问题，并使地热资源得到充分利用，天津市国土资源和房屋管理局在地热的开采与利用过程中，组织地热勘查和开发利用单位研究和采用地热回灌技术和梯级利用技术。
地热回灌技术是将经过利用温度降低的地热尾水或其他水源通过地热回灌井重新注回热储层。
回灌的地热尾水和其他回灌水在热储层中经过与地热流体混合，并和热储层中的岩石骨架进行热交换，温度升高，可以再次循环利用。
梯级利用技术根据地热资源温度高、富含丰富的矿物质等特点，多梯次利用地热资源。
以冬季采暖为主，利用后的尾水可直接通过回灌井回灌到地下，也可以用于生活热水、理疗、种植、养殖等。
通过这种方式增加了单井供热能力，提高了地热资源利用率，降低了地热水的排放温度，从而有效地节约和保护地热资源，提高了经济效益，避免了热污染和环境污染，资源的效能得到了充分发挥。
项目背景：天津地热资源开采利用在全国开展得比较早，据中国地质调查局《我国地热资源及其开发利用现状报告》显示，天津地热供暖面积约占全国地热供暖总面积的50％，是我国利用地热供暖规模最大的城市。
浅谈深层地热井供热系统综合分析
浅谈深层地热井供热系统综合分析在我国，地热水被应用于洗浴、发电、供暖、温室、农业养殖等各个领域。
地热供暖作为一种环保、清洁、舒适的供暖方式，在工艺技术上也相对简单可行。
开发利用地热能可以缓解我们对传统能源的依赖，实现能源资源的多元化利用，对加强国家在能源问题上的安全和独立有重要意义。
如果开发得当，地热能可以被长期稳定利用。
而且供热时温度稳定，无昼夜之分，是很好的热泵热源。
地热供暖温泉热水地热能梯级利用地热水处理传统的采暖方式能源消耗大、社会效益低下，已经无法满足环境友好型和资源节约型社会的建设需要。
可再生的地热资源在近年来得到了广泛应用，通过对国内外地热资源开发实践观察发现，地热资源的综合开发利用具有很高的社会效益、经济效益和环境效益。
据统计，在欧洲，有28个国家利用地热，大多数的国家都是利用中低温地热进行采暖、温室、洗浴以及地源热泵等。
我国地热资源十分丰富，直接利用地热资源的数量一直居世界前列。
目前，将地热水应用于供暖的地区主要集中在我国北方，如北京、天津、河南、西安、大庆等地。
关于低温深井地热水（指可直接利用与已有的采暖末端的地热水）系统，地热水井的开凿、取水以及室外系统的设计无论在国外，还是在国内都是一个相当成熟的技术并具有丰富的工程经验【1】。
一、换热器直接换热系统换热器直接换热系统：潜水泵自地热井中抽取地热水送入除砂器，地热水经过除砂处理后直接进去汽水分离器，在汽水分离装置中进行地热水与混在地热水中的天然气等气体的分离，经汽水分离后部分地热水由回灌加压泵加压分别送入第一级换热系统的板式换热器的一次侧进水口，在换热器中放热降温后经一次侧出水口排出，同时系统循环水经过循环泵加压后进入换热器直接换热系统，在直接换热系统中系统循环水通过与地热水直接换热，吸热升温达到设计温度后直接供给末端用户，在末端系统中系统循环水放热降温后再次经过循环泵加压继续吸热升温，如此循环。
利用地热水的供暖形式，宜采用低温高效的末端装置，优先采用地板辐射采暖和风机盘管等低温散热设备，其中，供水温度的变化对风机盘管的制热量影响比较大，制热量随供水温度变化的比例与风机盘管的规格几乎无关。
实现梯级利用的地热供热系统节能经济性分析
该 项 目系统 包括室外两组 深井系 统及 室外管 网系统和换热 站 内的板换及热泵系统 以及换热站 内的电气系统。表 ３为各 系统 初投资统计 。
表 ３项 目初 投 资统 计
项 目名 称
审 外 深井 ２座
根据公式（ １ ） Ｑ ＝ Ｇ ｅ Ａｔ ， 其 中 Ｑ为地热设计产热量 ， 单 位为 Ｋ Ｗ； Ｇ为地ห้องสมุดไป่ตู้井设计出水量 ， 单位为 ｍ ； △ｔ 为地 热 经板 换换 热 后 的温差 ，单位 为 ℃ （ 最 大 温差 为
５系统运 行 发生 的能源 费佣
地 热作为一种清洁 环保 型能源 ，可 以替 代对化石能源 的使 系统运 行费应该包括 系统运行 发生 的资源费 ，水 电费用 ， 设 用 ， 由于天津地热资源潜力 巨大 ， 是天津市一种 重要 的补充能源 ， 备折旧和人员工资 ， 系统 的维护 、 管理费用。表 ４就系统运行所发 合理开发有助 于优化本市 的能源结构 ，有助于节能减排 的实现 。 生的能源类 费用如资源费和水 电消耗费用做统计。 表 ４系统运行能源消耗费用统计 优化地热系统 ， 实现对地热资 源梯 级利用 ， 提高地热 的资源利用 率同时具有较好 的经济 性 ，可 以预见今后将 会有更多地有 识之
系统 相 结 合 ， 实现 了对 地 热 资 源的 梯 级 利 用 。作 者 以 此 为
例． 对 该 地 热 供 热 系统做 了初 投 资及 运 行 费 用 分 析 ． 得出 地 热 作 为 清 洁 可再 生 能 源 ， 合理利用 ， 有助 于 节 能 减 排 ， 具 有 较 好 的 社会 效 益 与 经 济效 益较 好 的 结 论
某项 目位于天津市 区南部 ， 现有两组 ４眼地热井 ， 其中 １ 组为深 的基本 负荷 ， 经过板换换热后 的深井热水 未热 和浅层井使用 热泵 井， １ 组为浅层地热井 ， 每组井 中均有一眼开采井 ， 一眼回灌井。其中 制热作 为系统中民用尖锋 热负荷使用 ， 最 大换 热量 的地热水设计 深井深度为 ３ ５ ｏ ０ 米， 出水温度为 ９ ０ ℃， 设计 出水量为 １ ２ ０ ｍ３ ￣； 浅层 回灌温度为 ｌ ０ ℃。 地热井深为 ４ ０ ０米 ， 出水温度 ３ ０ ％， 设计出水量为 ４ ０ ｍ 。 供热范围 系统流程 图如下 ：
中深层地热能梯级利用的研究
【作者简介】付效东（1966-），男，山东潍坊人，高级工程师，从事工程管理研究。
1引言城市集中供热是城市的一套基础配套设施，北方地区冬季取暖主要采取热电联产、燃煤锅炉集中供热和单户煤炉、气炉、空调分户取暖方式，主要以原煤为燃料，巨量的污染物排放量，极度恶化了冬季空气质量。
中深层地热能源作为一种清洁可再生能源，蕴藏量丰富，并且国家出台了多项促进地热能发现的优惠政策，所以充分利用地热能资源供暖市场前景广阔。
2方案设计2.1项目概况及地质条件河南省某县地热供暖项目，小区总建筑面积28万m 2，最高楼层9层，不分高低区，均为节能建筑，居民末端为地暖盘管敷设，参照小区暖通设计，供暖负荷为35W/m 2，故小区总供暖负荷为9800kW 。
该县区域内断裂为隐伏断裂。
该区域热储结构为复合型结构，2000m 深度以内有供热意义的热储层，主要热储为奥陶系—寒武系热储层，中奥陶统、中、上石炭统和二叠系在I 区由西向东依次伏于新近系之下，其顶面埋深由西向东逐渐增大。
由奥陶系中统马家沟组灰岩、白云质灰岩组成的热水储层，开采层为1258~1815m ，地热水温度为50~65℃。
2.2设计原则①采用多级利用原则，分层次利用地热资源，适当增加热泵，进一步降低地热尾水温度，有效提高地热能利用效率。
②坚持“采灌均衡”的工艺模式，通过换热技术将换完热的地热尾水在密闭状态下通过回灌管线回注到地下，做到“取热不取水”，实现地热资源可持续利用。
2.3地热井设计本次井身结构采用“三开”结构，拟利用1800m 中深层地热水，每口地热井出水温度55℃，出水流量100m 3/h 。
地热生产井和回灌井井深和结构一致，拟新建地热井4口，其中：生产井2口，回灌井2口。
2.4工艺流程设计项目利用地热水作为供暖热源，冬季为用户提供35~45℃热水。
系统设置2口生产井，单口生产井地热水流量100m 3/h ，出水温度55℃。
当初冬采暖负荷较小时，可只开启地热水直接供热，随着负荷增大，开启热泵来制热满足所有负荷要求。
北方某村镇地区地热梯级利用供暖系统适宜性及运行效果分析
３０６０
地区的地热能开采利用主要以地热冬季供暖为主ꎬ并
热岩供暖项目 ２５ 个ꎮ
在国外ꎬ世界地热研究和开发都取得了比较大的
进展ꎮ 欧洲学者曾对世界地热直接利用做过统计ꎬ供
暖占地热直接利用总量的 ３３％
[７]
ꎻ在欧洲ꎬ部分地区
地热资源也十分丰富ꎬ大多数国家地热资源发展农业
温室大棚、居民供暖以及温泉产业等
经计算ꎬ本次项目建筑供暖热负荷为 １０ ４００ ４ ｋＷꎬ具
体数据如表 １ 所示ꎮ
表 １ 热用户类型及设计热负荷
用水平ꎻ河北省开发利用地热能的规模较大ꎬ其中雄
县未来将实现县城 １２０ 万 ｍ２ 地热供暖目标 [５] ꎻ东北
序号
建筑形式
末端形式
供暖面积 /
( × １０ ４ ｍ２ )
热指标 /
( Ｗ / ｍ２ )
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅｒ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎬ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ
ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅｒ ｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ ｉｓ ｈｉｇｈ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ
设计热负
荷 / ｋＷ
以此为基础开发培育新的应用点 [６] ꎻ西安市已建成干
１
新建住宅
( 节能)
地板辐射
４ ２
４０
１３４４
２
既有住宅
( 非节能)
散热器
１０ １
５８
４６８６ ４
３
散户
( 非节能)
我国中深层地热能供暖现状及问题研究分析
我国中深层地热能供暖现状及问题研究分析随着我国经济的迅速发展，社会中对能源的需求量也越來越大，煤、石油、天然气等常规化石能源的使用对环境都有着较大的污染，这对我国经济的持续发展造成了阻碍。
地热能作为一种可再生清洁能源，该能源具有分布面积较广、干净卫生无污染、存储量较大等特点，对社会的发展有着积极作用。
我国地热资源丰富、分布广泛，被应用于发电、供暖、温泉、养殖等行业，其中最为典型的方式就是利用中深层地热能进行供暖，取得了良好的效果。
本文围绕中深层地热能供暖现状及问题进行探析，以供有关人员参考。
标签：中深层地热能；供暖；问题一、地热能供暖方式（一）地热能间接供暖通过中深层地热井，利用深井潜水泵将地下高温地热水开采出来，经热交换器将热量通过小区供暖管网输送给用户，进行采暖。
同时，还需对换完热后的低温地热尾水进行回灌，利用输水管通过回灌井回灌至地下，使地热水的热量恢复，实现地热水的循环利用。
间接供暖具有“取热不取水、尾水100%回灌”的特点，对环境起到了很好的保护作用，同时建设成本低、工艺较为简单、腐蚀性小、生产运营成本较低、维护费用不高，这些优势使间接供暖项目的运营周期较长、运营效率较高，在我国北方地区形成了广泛的应用。
（二）地热能梯级利用通过利用热泵机组和地热系统的有效组合进行，实现地热能的梯级利用，充分发挥地热能效益。
这种方式需要设置两级换热器，分别是一级直供换热器和二级换热器，首先将地热水通过管线与一级换热器进行热交换，将地热水的热量传输至供热循环水系统进行供暖作用。
地热水经与一级板换换热后温度降低，再输送至二级换热器，进行二次热量传递，并将转换完成的热量通过热泵机组传递至供热循环水系统中为用户提供供暖服务，地热水经过二次转化之后，最后需将其进行回灌，循环上述步骤，对地热水进行梯级循环利用。
但是该供热系统无论是造价方面，还是生产运营方面都要投入大量的资源，而且在其运行的过程中还要控制好机泵组的热量负荷，虽然需要复杂的工艺和大量的成本投入，但是这种方式能够有效的提高地热能的利用率。
工业园区中深层地热能梯级利用供暖系统应用及效益分析
文章编号:1006 2610(2023)03 0037 05工业园区中深层地热能梯级利用供暖系统应用及效益分析李艳斌,张 勇,刘 轩,薛庆庆,闫光辰(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)摘 要:工业园区采用可再生能源供暖,减少对化石能源的依赖,是实现节能减排的有效途径之一㊂中深层地热能供暖作为节能减排的有效方式,对实现工业园区经济㊁环保㊁低碳发展具有重要意义㊂以西咸新区泾河新城某项目为对象,通过介绍中深层地热资源直接开采利用㊁基于地热能梯级利用技术应用情况,对比分析市政热力供热投资及运行费用,提出了中深层地热能在工业园区供暖系统中的高效利用方式㊂结果表明:中深层地热能供暖系统虽然初投资增加1530万元,但是运行成本降低了21.24元/m2,项目投资回收期为9.51a,投资内部收益率税后指标为11.18%,具有较好的经济效益;同时,每年可节约标准煤2288.9t,SO2减排量5.917t㊁NO X减排量2.383t㊁PM2.5减排量1.991t㊁CO2减排量4699.775t,具有显著的低碳环保效益㊂关键词:中深层地热;梯级利用;水源热泵;产业园;泾河新城中图分类号:TK52 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2023.03.008Application and Benefit Analysis of Medium and Deep Geothermal Energy CascadeUtilization Heating System in Industrial ParksLI Yanbin,ZHANG Yong,LIU Xuan,XUE Qingqing,YAN Guangchen(PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited,Xi'an 710065,China)Abstract:The use of renewable energy for heating in industrial parks to reduce dependence on fossil energy is one of the effective ways to a⁃chieve energy conservation and emission reduction.As an effective way of energy conservation and emission reduction,medium and deep geo⁃thermal energy heating is of great significance to realize the economical,environment-friendly and low-carbon development of industrial parks.Taking a project in Jinghe New City,Xixian New Area as the object,by introducing the direct exploration and utilization of medium and deep geothermal resources and the application of geothermal energy cascade utilization technology,and comparing and analyzing the in⁃vestment and operating costs of municipal thermal heating system,the efficient utilization mode of medium and deep geothermal energy in the heating system of industrial parks is proposed.The results show that although the initial investment of the medium and deep geothermal ener⁃gy heating system increases by15.3million Yuan,the operating cost is reduced by21.24Yuan/square meter,The project investment recover period is9.51years,and the after-tax index of the internal rate of return of investment is11.18%,which has good economic benefits.At the same time,it can save2288.9t of standard coal,5.917t of SO2emission reduction,2.383t of NO X emission reduction,1.991t of PM2.5 emission reduction,and4699.775t of CO2emission reduction per year,which has significant low-carbon environmental benefits.Key words:medium and deep geothermal energy;cascade utilization;water source heat pump;industrial parks;Jinghe New City 收稿日期:2023-02-23 作者简介:李艳斌(1989-),男,陕西省西安市人,工程师,主要从事地热能设计研究工作. 基金项目:中国电力建设股份有限公司科技项目(DJ-HXGG-2022-07).0 前 言为贯彻落实习近平总书记在中央财经领导小组第14次会议上关于 推进北方地区冬季清洁取暖”重要讲话精神,各省市发展改革委㊁住建厅㊁自然资源厅陆续出台了因地制宜做好可再生能源供暖的指导文件,旨在切实加快推进地热能开发利用㊂地热73西北水电㊃2023年㊃第3期===============================================资源作为继风电㊁太阳能后又一大清洁能源,地热资源开发利用极具发展潜力㊂我国地热资源具有蕴藏丰富㊁能量稳定性好㊁直接利用系数高等特点,地热资源研究㊁开发已取得了显著的成果,但在推广上还受到一定的限制[1-3]㊂中深层地热能主要是利用地下水或岩体中,通过天然通道或人工钻井进行开采利用的地热能,温度一般在25℃以上,埋深在200~4000m[4]㊂其利用路线主要有中深层无干扰地热技术和地热水直接利用两种路线[5]㊂中深层无干扰地热技术俗称 干热岩供暖”,它不抽取地下热水,也不是用地下水,清洁环保㊂地热水直接利用则是在允许开采地下水资源的区域采用 直接开采㊁间接换热㊁采灌均衡”的工艺技术路线[6]㊂工业产业园是我国经济发展的重要组成部分,具有经济基础好㊁能源消耗大㊁产业聚集等特点,如何实现经济㊁环保㊁高效的发展一直备受关注㊂园区采用可再生能源供暖,减少对化石能源的依赖,是实现节能减排的有效途径之一㊂目前,我国地热资源利用主要用于住宅办公类建筑供暖㊁洗浴㊁泳池,在工业园区设置独立的分布式地热能供热中心较少㊂工业园区大都分布在城区外围,导致地热资源未能得到大力开发利用,主要受限于地区地热资源勘查不足㊁钻井失败率高㊁需科学合理开发等条件限制[7-9]㊂本文针对西咸新区泾河新城某产业园采用地热水直接利用方式,基于热能梯级利用的技术路线,通过对比市政热力供热投资及运行费用,提出中深层地热在产业园中高效利用的方式,为地区地热能开发利用提供可借鉴㊂1 地热能梯级利用技术地热能直接开采利用应用较多,但受限于设备有限温降,深井地热水经一次换热后直接排放,导致热能利用率低㊁运行费用高,地热水未得到科学利用㊂地热水梯级利用方式有效的解决了此问题,地热水采用二级~三级梯级利用,为系统提供供暖所需热量供空调末端使用(一般供回水温度为50/40℃)㊂地热水经梯级利用后最终以15~20℃回灌,地热尾水回灌率100%[10-12]㊂中深层地热水能源梯级利用不仅能提高单井供热能力和资源利用率,而且可以降低地热水的排放温度,有效节约和保护地热资源,避免热污染和环境污染,充分发挥资源效能,减少浪费,提高地热能利用效率[13-15]㊂2 项目概况及供暖技术方案2.1 项目概况本项目产业基地位于西咸新区泾河新城某产业园,地热能能源中心主要为20栋厂房,2栋配套办公,1栋宿舍楼供热㊂总供热建筑面积22.4万m2,园区内最高建筑单体48.30m㊂通过负荷计算㊁年耗热量计算,产业园总供暖热负荷14.5MW,年总耗热量为77781GJ㊂图1 产业园平面2.2 技术方案供暖系统热源采用产业园园区内开凿的2对(2采2灌)地热井,井深2600m㊂2口生产井平均产水量110m3/h,水温70℃,2口回灌井回灌温度18℃㊂在供暖季,2口地热生产井的潜水泵均提取水量110m3/h㊁水温70℃的地热水,通过除砂器㊁井水加压泵加压后全部进入板式换热器,再通过水源热泵机组升温后,为用户侧提供50/40℃的空调热水,地热尾水经清洗过滤后以18℃水温回灌至地下㊂地热水梯级利用系统原理如图2所示㊂中深层地热水供热量按照式(1)计算,通过供㊁回温差来对换热量进行核算㊂Q=cmΔT(1)式中:Q为中深层地热井供热量,W;c为水的比热容,取4.2×103J/(kg㊃℃);m为热水质量流量, kg/s;ΔT为热水供回水温差,℃㊂83李艳斌,张勇,刘轩,薛庆庆,闫光辰.工业园区中深层地热能梯级利用供暖系统应用及效益分析===============================================地热水首先通过一级板式换热器换热,直接提供水温50/40℃的采暖热水,供空调末端7164kW 的热量,一次侧水温由75℃降温至42℃;二级利用通过板式换热器,提供水温33/26℃的热水,由水源热泵机组升温至50/40℃,提供3650kW热量的采暖热水,一次侧水温由42℃降温至30℃(因厂区夏季有供冷需求,因此二㊁三级利用采用热泵冷凝器串联方式,在夏季匹配冷却塔制冷,本次仅对供热进行对比分析);三级利用通过板式换热器,提供水温22/15℃的热水,由水源热泵机组升温至50/40℃,提供热量3650kW,一次侧水温由30℃降温至18℃㊂三级利用空调热水汇集到分㊁集水汽供到厂区空调末端㊂供暖热源的主要设备及性能参数见表1㊂图2 能量梯级利用原理表1 供暖热源主要设备性能参数规格型号性能参数数量地热生产井 井深2600m(直井)水温70℃;水量110m3/h2地热回灌井 井深2600m(定向井)水温18℃;水量110m3/h2生产泵 150KQL/W180-70-55流量:126m3/h;功率:55kW;杨程:78m;转速:1480r/min3回灌泵 150KQL/W180-70-55流量:120m3/h;功率:22kW;杨程:38m;转速:1480r/min3一级板式换热器 钛板板式换热器一次侧水温:70/42℃;二次侧水温:50/40℃;换热量:4660kW2二级板式换热器 钛板板式换热器一次侧水温:42/30℃;二次侧水温:33/26℃;换热量:2340kW2三级板式换热器 钛板板式换热器一次侧水温:30/18℃;二次侧水温:22/15℃;换热量:2340kW2二级水源热泵机组制热量:3783kW;制热功率:560kW;冬季:蒸发器进出水温:33/26℃;冷凝器进出水温:45/50℃1三级水源热泵机组制热量:3871kW;制热功率:603kW;冬季:蒸发器进出水温:22/15℃;冷凝器进出水温:40/45℃1 根据上述分析可知,2采2灌地热井+水源热泵机组供暖系统供热量为14584kW,可以满足该厂区的设计总热负荷需求㊂采用梯级利用板式换热器可将地热尾水温度降至18℃,再进行回灌,大大提高了地热资源的利用效率㊂供暖期可通过末端负荷需求对生产泵流量变频调节,实现水泵流量在30% ~100%调节,梯级利用水源热泵机组根据水温变化自动调节机组运行负荷,通过调节地热热水开采量满足不同负荷状态下系统的运行工况㊂与传统市政集中供热相比,产业园区抽水取热型中深层地热能供热作为典型分布式供热系统,无需市政长距离供热管网,能源中心就近建设于建筑周边㊂系统启动㊁调节㊁运行灵活,不会受到市政热力各种局限性条件限制,可根据用户需求提前开始或延长供暖期㊂非常适合在非供暖季,产业园区有空调供热需求的应用㊂3摇经济效益分析对项目而言,若采用市政热力需每年缴纳采暖费,由市政热力公司运行维护㊂采用中深层地热能93西北水电㊃2023年㊃第3期===============================================是由建设方自行投资运行围护,收取采暖费由建设方所有,项目运行好,也会有很好的经济效益㊂3.1 建设投资费用分析采用城市热网供暖,需要缴纳城市热网供暖配套费,热力公司进行换热站施工㊁安装㊂收取费用按照 建筑面积×80元/m2”计取(各区域收费标准不同,本次以西安各地区为依据),收费面积为22.4万m2,该项目供热工程建设费为1792万元㊂采用中深层地热供暖,地热井打井工程费用为1497万元,水源热泵㊁水泵㊁换热器㊁水箱等设备费用为596.86万元,安装工程473.07万元㊂电气工程总费用307.11万元,自控工程总费用197.79万元,共计3322万元,见表2㊂表2 总投资估算表序号工程或费用名称估算金额/万元建筑工程安装工程设备及工器具购置其他费用合计Ⅰ第一部分工程费用1497.35473.07596.860.002567.28 1中深层地热1484.00134.57430.460.002049.03 2电气工程 191.56115.55 307.11 3自控工程 146.9450.85 197.79 3配电室土建工程13.35 13.35Ⅱ第二部分工程建设其他费用 367.31367.31 Ⅲ第三部分预备费 293.46293.46Ⅳ静态总投资 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ 3228.053228.05Ⅴ第四部分建设期利息 48.5848.58Ⅵ铺底流动资金 45.4245.42Ⅶ总投资 Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ 3322.053322.05工业园采用中深层地热热能梯级利用供暖系统前期投资3322万元,比城市热网供暖投资增加1530万元㊂正是因为地热项目前期投入较大,各地政府均出台了多重补贴政策,对采用地热能供暖项目进行补贴㊁奖励来鼓励使用可再生能源㊂3.2 项目运营费用分析本次运营分析,项目运营费计算期按20a(运营期前3a达产率均为70%,从第四年开始按设计产能100%运行)㊂建筑物折旧年限按12a计算,并考虑3%的残值;设备折旧年限按10a计算,并考虑3%的残值㊂项目全投资税后基准收益率取8%,项目资本金按建设投资的30%考虑,资本金为建设单位自筹㊂银行贷款比例按建设投资的70%㊂3.2.1 采暖收费建筑面积供热根据‘西安市物价局西安市市政公用局关于进一步明确城区集中供热价格有关问题的通知“(市物发[2012]265号),非居民用热每月每平方米不高于7.5元计算,乘层高系数㊂本项目总供能面积22.4万m2,年供热周期4个月(121 d)㊂经测算,项目达产年年供热采暖费为942.4万元㊂3.2.2 运行成本项目每年总耗热量为77781GJ,供暖季年耗电量297.09万kWh,供暖季电费按照综合电价0.573元/kWh计算,电费170.23万元;人员工资及福利费取西安市工资水平10万元/年㊃人,人员设定4人,其中班长1人,员工3人;供暖季耗水量每天10 t水,水价3.5元/t;设备维修费取固定资产原值的2%计算;其他费用按销售收入的8%计算㊂经计算,达产后年经营成本为312.0万元㊂经财务评价测算(见表3和表4)可以看出,项目财务投资内部收益率税后指标为11.18%,高于行业基准收益率8%,表明项目经济性较好㊂按折现率8%测算的项目税后财务净现值824万元,表明项目可以获得比基准收益率更高的收益,项目的盈利能力较好㊂市政供热不仅前期需要缴纳城市热网供暖配套费1792万元,投产年还需缴纳采暖费942.4万元,而采用中深层地热能不仅可以收回前期投入成本,还可以取得较好的利润㊂表3 财务评价主要指标汇总表基准收益率/%财务净现值/万元投资回收期/a项目总投资收益率/% 8%8249.5111.10%表4 成本指标汇总表单位收费面积经营成本/[元㊃(m2㊃月)-1]单位收费面积平均总成本/(元㊃m-2)单位面积建设投资/(元㊃m-2)3.49 5.27144.12中深层地热能初始投资高,运行成本低,投资回收期长的特点㊂设计初期必须对热储层特征㊁地温场特征㊁地热水流体性质㊁地热流体可开采量㊁可利用的热能量和回灌能力等进行测算,说明地热资源是否满足用能需求㊂且密切监测地热井水温㊁水量和水位,利用监测数据,进一步确定地热资源长期开发和利用计划㊂4 生态效益采用城市热网供暖,项目每年总耗热量为77781GJ,热源消耗电量297万kWh㊂根据GB04李艳斌,张勇,刘轩,薛庆庆,闫光辰.工业园区中深层地热能梯级利用供暖系统应用及效益分析===============================================55036-2022‘综合能源计算通则“,标准煤热值按照29307kJ/kg计,1kWh电量折合0.1229kg标准煤㊂每年供暖消耗共折合标准煤2654t,地源热泵耗电量共折合标准煤365.1t㊂因此,每年节约标准煤共计2288.9t㊂根据综合全程煤炭污染物排放量换算[16-17],项目年污染物减排量见表5㊂表5 本项目供暖设计方案污染物减排量 污染物/tSO2NO X PM2.5CO2减排量 5.917 2.383 1.9914699.775可以看出,项目年SO2减排量5.917t㊁NO X减排量2.383t㊁PM2.5减排量1.991t㊁CO2减排量4699.775t㊂与市政热力供热相比,该系统产生了很好的低碳环保㊁生态效益㊂5 结 论(1)西咸新区泾河新城地区地热资源非常好,生产井取水量可达到110m3/h㊁水温70℃,采用中深层地热能梯级利用的技术方案,单井供热量可达到7MW,非常适宜将中深层地热能梯级供热技术方案推广到工业园区应用㊂(2)工业园采用中深层地热热能梯级利用供暖系统前期投资3322万元,比城市热网供暖投资增加1530万元;采暖季运行成本仅为8.76元/m2,比采用市政热力(30元/m2)低21.24元/m2㊂依托其极低的运行费用,项目投资回收期为9.51a,投资内部收益率税后指标为11.18%,具有很好的收益㊂(3)园区采用中深层地热能梯级利用供热,每年节约折合标准煤2288.9t㊂项目年SO2减排量5.917t㊁NO X减排量2.383t㊁PM2.5减排量1.991 t㊁CO2减排量4699.775t㊂项目的成功应用对城市能源结构调整㊁绿色低碳发展㊁环境建设具有极大促进意义,可供有条件的类似工业产业园借鉴推广㊂参考文献:[1] 王贵玲,张薇,梁继运,等.中国地热资源潜力评价[J].地球学报,2017,38(04):448-459.[2] 陈焰华,於仲义.从建筑碳排放达峰看地热能的技术特性[J].暖通空调,2022,52(01):75-80.[3] 马冰,贾凌霄,于洋,等.世界地热能开发利用现状与展望[J].中国地质,2021,48(06):1734-1747.[4] 杨宇谦.地热能供暖工程创新的多案例分析[J].能源研究与管理,2022,14(03):141-146.[5] 乔勇,易跃春,赵太平,等.2021年中国地热能发展现状与展望[J].水力发电,2022,48(08):1-3,40.[6] 薛永明.深层地热水热泵空调系统的可行性及关键技术研究[D].济南:山东建筑大学,2009.[7] 姜曙,刘芳芳,刘媛媛,等. 地热能+”在工程实践中的综合梯级应用[J].综合智慧能源,2022,44(09):59-64. 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浅谈水源热泵与地热井的综合利用摘要： 本文结合工程实际，介绍了地热井水梯级利用的方式。
地热井水 及其洗浴尾水通过水源热泵将其能量提取作为空调系统的热源。
关键词： 地 热 （ Earth's internal hot water ） 水 源 热 泵 、 （Water-source heat pump） 、洗浴尾水（Bath Wastewate） 、 地热梯级利用（Cascade use of the Earth's interior hot water） 、正文： 地热是一种在合理利用条件下可再生的清洁能源。
地热资源的利 用可以大大降低煤炭、 石油等的消耗， 有利于减少二氧化硫等的排放， 改善居住环境。
国家鼓励合理的进行地热资源的开发利用。
山东省已 探明四个地热分布区：鲁东、沂沭断裂带、鲁中南及鲁西北。
地热资 源并非取之不尽、用之不竭，为保持地热资源的永续开发利用，山东 省地矿局在德州、威海进行了地热回灌试验；地方管理部门已经采取 了 GPRS 自动化远程监控系统对部分地热井进行监控。
一、聊城市地热利用现状 据了解聊城市目前已测算出的地热总面积达 1806.21 平方千米， 占全市土地总面积的 21％，共开采地热井 20 眼，聊城城区范围内已 开采地热井 13 眼，多为房地产公司、宾馆饭店、大学等企事业单位开发利用，主要用于住宅小区供热、洗浴等。
二、地热井利用方式的对比 我公司拟建项目欲采用一眼地热井用来做洗浴。
一眼地热井的出 水量根据聊城市已建项目的情况可以达到 120m3/h,出水温度可以达 到 55℃左右。
根据聊城市其他项目对于地热水的利用方式--直供直 排方式（图 1），地热水从地下取出后，直接进入建筑物用户室内散 热器，地热水热能利用率极低。
直排直供的利用方式，按地热井水量 120m3/h，出水温度 55℃，空调 末端出水温度 45℃则 (1)、Q：地热水供热量(kw)；Q＝1.163m△t m：地热井用水量(m3/h)； △t：供热过程供回水温差（℃）；55-45=10℃计算 Q=1395.6kw(2)、供暖面积： η：管线损失系数，取 1.05 qF：单位面积热指标，参照北京地区不同建筑物的采暖指标，连续供 暖取 50w/m2。
计算 s=2.7 万 m2 远远无法满足 7 万平方米酒店的洗浴和冬季空调需求。
但是对于 5 万 平方米左右采用地板辐射采暖的住宅小区和单纯洗浴使用， 均可满足 要求。
为了对于地热井进行综合利用结合酒店的中央空调系统我们采 用下面的方式—利用水源热泵机组对地热水进行梯级利用 （如图 2） 。
此种方式可以将地热井水和洗浴尾水内的热量通过热泵机组提 取出来，最后回灌水（向周围环境排放水）的温度可以达到 10℃， 按照上述计算方法，一口井至少可以带 12 万平米左右的采暖，可以 满足酒店的采暖和洗浴需求。
三、初步设计方案 1、工程概况 工程概况：****项目，总建筑面积约为 50700 ㎡，其中接待部分建筑 面积为 4700 ㎡，餐饮建筑面积为 4900 ㎡，会议建筑面积 为 4670 ㎡，娱乐建筑面积 5950 ㎡，住宿建筑面积 20780 ㎡，贵宾楼 7500 ㎡。
酒店内有恒温游泳池，水面面积为 402 ㎡，淋浴喷头 26 个，客房可住人数约为 194 人。
现 有热源为地热井，可出 50～55℃的热水。
要求满足整个 酒店的制冷、采暖及全年的卫生热水需求。
技术方案：考虑现有热源水，推荐采用蓝德生产的标准型满液式水源 热泵机组，满足该建筑冬季采暖、夏季制冷及全年提供卫生 热水需求。
由于热源水温度较高，夏季散热困难，建议利用 冷却塔辅助散热，以达到节省运行费用，增加经济效益的目 的。
2、 空调设计依据 1） ．GB50243-2002《通风与空调工程施工及验收规范》 2） ．GBJ23-96《机械设备安装施工及验收通用规范》 3） ．TJ304-74《建筑安装工程质量检验评定标准》 4） ．TB1223-86《通风空调机安装技术标准》 5） ．GB50235-97《工业管道工程施工及验收规范》 A.空调负荷的确定 冷负荷 建筑面积 建筑 （㎡） （W/ ㎡） 接待部 餐饮部 会议室 娱乐部 客房部 贵宾楼 总计 4700 4900 4670 5950 20780 7500 48500 120 150 120 150 100 100 — 564 735 560 893 2078 750 5580 （KW） （ ㎡） 70 70 70 70 80 80 — 329 343 327 417 1662 600 3678 W/ （KW） 指标 总冷负荷 热 负 荷 指 标 总热负荷B、 卫生热水负荷确定 1.该大酒店，约有 194 个床位。
该建筑的自来水温度暂按 15℃计算。
该酒店卫生热水最大小时用量为：Qh=Khmqr/T 式中 Qh—最大小时热水用量 m—用水计算单位数 水供应时间 Qh=5.61×194×120L/24=5.44m3/h. 卫生热水负荷为 5.44×1.163×（50-15）≈221KW 2.现有淋浴喷头 26 个。
该洗浴中心卫生热水最大小时用量为：Qh1=Σqh〃n0〃b 式中 qh—最大小时热水用量； n0—同型卫生器具数； Kh—小时变化系数 qr—热水用水定额 T—热b—在一小时内卫生器具同时使用的百分比； Qh1=150×26×0.5=1950L/h=1.95m3/h 卫生热水负荷为 1.95×1.163×（50-15）≈79KW 3. 402 ㎡泳池热水负荷确定 游泳池的 402m3 的温水，热负荷按每平方米水面 0.4KW 估算，假 设 水 池 的 水 面 面 积 为 200m2 ， 则 水 池 的 加 热 负 荷 为 ： 402m2 × 0.4KW/m2=161KW 则卫生热水总热负荷为 221+79＋161=461KW C、 方案说明及主机性能参数：根据该建筑的功能及特点，经 过方案论证，我们推荐以下技 术方案： 推荐末端采用风机盘管水系 统，推荐机房选用 2 台型号为 GSHP-C1908D 标准型满液式水 源热泵机组，1 台型号为地热水热源水取水泵50℃ 81m/h3一 级 板 换15℃ 161m/h3GSHP-C1908D40℃二次水循环泵1蒸 发 器冷 凝 器328m/h3系统水循环泵34℃7℃45℃ 风 机 盘34℃ 81m/h3一 级 板 换15℃ 161m/h3GSHP-C1908D40℃二次水循环泵1管3蒸 发 器冷 凝 器328m/h18℃7℃45℃GSHP-C0628DS 18℃ 51m/h3一 级 板 换15℃ 51m/h345℃二次水循环泵2蒸 发 器冷 凝 器108m/h3热水循环泵热 水 用排水10℃7℃50℃户地热水梯级利用示意图GSHP-C0628DS 完全热回收型满液式水源热泵机组及 1 台型号为 CTSC-1876 满液式冷水机组。
所选的标准型满液式热泵机组与满液式 冷水机组均为双机头机组，即每台机组有两个压缩机，因此整个系 统共 7 台压缩机，互为备用，提高系统的安全性及可靠性，且还可 根据酒店的入住率通过开启压缩机的台数进行部分负荷的调节，以 达到节省运行费用的目的。
由于热源水温度较高，冬季利用板式换 热器提取地热井水中的热量进行采暖，夏季利用冷却塔进行辅助散 热。
冬季采暖如图所示。
冬季： 台 GSHP-C1908D 主机满足该酒店的采暖需求， GSHP-C0628DS 2 完全热回收机组专门制取卫生热水； 夏季：四台主机全部开启，共同承担该酒店的冷负荷需求，且 GSHP-C0628DS 主机在制冷的同时回收系统的热量制取卫生热 水，基本为免费； 过渡季节：GSHP-C0628DS 主机专门制取卫生热水。
所选 GSHP-C1908D 机组技术参数如下：项 机目 型制 冷 GSHP-C1908D 1668KW 12～7℃ 287m3/h — — 30～35℃ 345m3/h 340KW 4.91制热制 冷（热 ）量 温度 系统水 流量 温度 二次水 流量 温度 热源水 流量 输入功率 能效比1910KW 40～45℃ 328m3/h 15～7℃ 161m3/h 50～34℃ 81m3/h 410KW 4.66所选 GSHP-C0628DS 机组技术参数如下： 制冷的同时制取卫生热 项目 水 制冷量 制热量 温度 系统水 流量 温度 热源水 流量 卫生热 温度 45～50℃ — 15～50℃ 51m3/h 45～50℃ 15～50℃ 80m3/h — — 15～7℃ 627KW 467KW 12～7℃ — 627KW — 制卫生热水水流量108m3/h15.4 m3/h108m3/h15.4 m3/h输入功率 能效比149KW 4.21149KW 4.21所选 CTSC-1876 机组技术参数如下： 项目 制冷量 温度 系统水 流量 温度 冷却水 流量 输入功率 能效比 388m3/h 378KW 4.96 323m3/h 30～35℃ 制 冷 1876KW 12～7℃注：以上四台机组总制冷量为 5679KW；总制热量为 3820KW；均能满 足该酒店的制冷及采暖需求。
四、结论： 本方案除可以节省热力增容费用及昂贵的燃气开口费用（聊城市 热力增容每平方米 25 元，燃气开口费用按照日最大用气量每方 680 元） ，其运行成本也是比较低的。
参考文献： 《地源热泵尾水利用》 ，北京华清集团； 烟台蓝德空调技术样本资料；。