浅析地热能多元化、梯级化利用模式及其应用

浅析地热能多元化、梯级化利用模式及其应用

成军,陈雪强

中国核电工程有限公司河北分公司   河北石家庄   050000

摘  要：本文结合我国地热能资源分布和市场需求，分析后提出针对各地区的解决方案：河北、河南及山东等北方省份开发供热（换热器+热泵）梯级化利用模式；长江经济带省市（江浙沪、湖北、湖南、安徽、江西等）开展土壤源供热制冷模式；西藏地区开发地热发电示范项目。

关键词：资源分布；市场需求；多元化方式；梯级化方式

1 引言

我国在联合国大会上提出双碳目标。国家高度重视地热能的开发与利用，将其作为调整能源结构、实现节能减排的重要措施。随着地热能利用程度逐渐加深，利用量快速增长，地热能利用有单一向多元化发展的趋势。

我国地热能应用存在多元化程度不够和梯级化程度不够的问题，针对这些问题再根据中国各地地热能资源分布特点，结合地热能产业政策，在充分考虑当地市场需求的基础上，开展地热能多元化、梯级化利用方式分析。

2我国地热能利用现状存在的问题

我国地热能利用主要存在以下四方面问题：土壤源热泵供热制冷在南方地区应用较少;水热型地热用于制冷等在华南地区应用较少;供热/发电/温泉尾水直接回灌，造成地热能利用率低。

3多元化、梯级化利用模式分析

针对上述问题提出的多元化、梯级化利用方式为供热（换热器+热泵）的梯级利用模式、土壤源供热制冷方式、中深层制冷的利用方式及发电+供热的利用模式。

（1）供热（换热器+热泵）的梯级利用模式

换热器+热泵机组是地热供热中较常见的一种梯级利用方式。经过换热后的地热尾水，通过热泵降低地热尾水温度，实现对地热能的梯级利用。此种梯级利用系统是针对水热型资源丰富并且有集中供热需求的地区提出的，利用模式流程图见下图3-1。

图3-1 供热（换热器+热泵）利用模式图

（2）土壤源供热制冷方式

浅层地热能的开发利用主要通过热泵将土壤中的热量取出来供给建筑室内。浅层地埋管型地热能供热系统由地下取热部分（地埋孔）、换热部分（换热器、或热泵机组）和能量释放部分（室内采暖末端）三部分组成。利用模式流程图见下图3-2。

图3-2土壤源供热制冷利用模式图

（3）中深层制冷的利用模式

中深层地热制冷系统使用的地热井出水温度为 70～75℃。系统主要由热水型两级溴化锂吸收制冷机、冷冻水循环泵、深井泵、地热水循环泵、换热器、热水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、控制箱和连接管道、空调末端设备等组成。

（4）发电+供热的利用模式

利用发电后的尾水通过换热器供暖，提高地热能的利用率。

4 典型地区多元化、梯级化应用方式可行性分析

（1）河北、河南及山东供热（换热器+热泵）梯级化利用方式分析

通过调研，土壤源供热、中深层供热、燃煤锅炉供热及燃气锅炉供热单位投资成本及热价见下表4-1。

表4-1单位投资成本及热价比较

从上表可知：中深层供热热价高于燃煤锅炉供热，低于燃气锅炉供热，经济性良好。截止到2020年底，全国水热型地热能供热面积达到5.8亿平方米，应用广泛、技术成熟。河北、河南及山东等北方省份水热型资源丰富，建议开发供热（换热器+热泵）梯级化利用项目的剩余市场。

（2）长江经济带省市土壤源供热制冷方式分析

南方大部分地区制冷、供热需求同时存在，供热线南移区域主要包括长江经济带省市（江浙沪、湖北、湖南、安徽、江西等），土壤源供热制冷在这些地区应用较少。由表4-1知土壤源供热制冷方式经济型较好，长江经济带省份适宜开展土壤源供热制冷方式项目，技术成熟，经济性较好。

（3）广东地区中深层制冷的利用方式经济性分析

对广东地区1000平米的酒店进行制冷，取冷指标为100W/m2，制冷天数为210天，使用的地热井出水温度为70～75℃，采用溴化锂吸收式制冷空调系统。经计算，初投资37万元，年运行费用3.42万元，总耗电16.95kW。按每百平米的集中供冷价格为1728元/月，供冷7个月，则全年为1.21万元。溴化锂吸收式制冷空调相比于集中供冷系统经济性较低。

（4）西藏地热发电+供热利用模式分析

西藏地区是我国水资源丰富的地区之一，2020年西藏年水力发电量为57.6亿千瓦时，占全部发电量的83.3%，西藏地区主要以水力发电为主。水力发电的成本一般为0.3元/度，远低于地热发电成本的0.7元/度（羊八井电站）。在西南地区地热发电相比于水力发电并不具备发电成本优势。

西藏等地地广人稀、环境恶略，不宜大规模开展与地热发电结合的供热、地热农业及地热养殖等梯级利用项目，建议开展示范地热发电项目。

5结论及建议

结合我国地热能利用模式及经济性分析的基础上，得出以下结论：

河南、河北及山东适宜开展供热（换热器+热泵）梯级化利用项目，技术成熟，经济性较好。

南方大部分地区制冷、供热需求同时存在，适宜开展土壤源供热制冷方式项目，技术成熟，经济性较好。

西藏地区水电丰富，地热发电成本较高，不宜大规模开展与地热发电结合的供热、地热农业及地热养殖等梯级利用项目，建议开展示范地热发电项目。

参考文献：

[1] 国家发展和改革委员会.地热能开发利用“十三五”规划[Z].2017.

[2]骆超.地热发电及综合梯级利用系统[J],科技导报,2012,30(32):55-59.

[3]龚宇烈. 地热资源综合梯级利用是未来发展方向[J],地源热泵,2020,8(144).

[4]刘峰彪. 地热水多元梯级综合利用模式及其应用[J],有色金属,2009,11(61).

[5]雷海燕等.地热温室供热节能技术的分析[J].河北工业大学学报,2004,12(6):98-101.