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中深层地热能供热技术及中深层地热能现状问题分析

星空体育网站入口:中深层地热能供热技术及中深层地热能现状问题分析

发布时间:2024-04-15 01:40:23 来源:星空体育网站入口官网 作者:星空体育全站app 点击:29

  绿色低碳中深层地热能开发供暖技术是一项名副其实的绿色环保节能新技术。绿色低碳中深层地热能开发供暖技术是通过在地下安装微换热器,从地下中深层岩土层取热,再由地面专用设备系统向建筑物或末端供热,解决人们对采暖、热水、制冷及发电的能源需求,具有系统工艺先进、寿命长、稳定安全可靠、普遍适用、循环持续、高效节能、运行费用低、环境零干扰和污染零排放等特征,可满足1.5万~2万㎡节能建筑的供暖需求。

  作为我国自主创新高科技产品,是对传统供热的性变革。这项新技术实现了中深层地热开发“取热不取水”和低品位地岩热的开发利用,避免了直接开采地下热水资源带来的一系列问题。为地下中深层地热资源开发利用开拓了新的思路,使得地热能真正成为可持续、可再生的新能源,是对传统供热的性变革,市场应用前景广阔。目前中深层地热能开发供暖技术已成功在国内超过100万㎡的建筑中进行了推广使用,是典型的绿色低碳供暖技术。

  中深层地热能是人类已知可以开发的自然资源之一,通过技术手段,可能将地热能转化我们所需要的电能、机械能等。目前,中深层地热能的作用主要展现在几个方面:

  地热发电是地热利用的重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。 地热发电和火力发电的原理是一样的,都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能,然后带动发电机发电。所不同的是,地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉,也不需要消耗燃料,它所用的能源就是地热能。地热发电的过程,就是把地下热能首先转变为机械能,然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能,首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。能够被地热电站利用的载热体,主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和特性的不同,可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。

  将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。此外利用地热给工厂供热,如用作干燥谷物和食品的热源, 用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。

  地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田,可使农作物早熟增产;利用地热水养鱼,在28℃水温下可加速鱼的育肥,提高鱼的出产率;利用地热建造温室,育秧、种菜和养花;利用地热给沼气池加温,提高沼气的产量 等。 将地热能直接用于农业在我国日益广泛,北京、天津、和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展养殖业,如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。

  地热水从很深的地下提取到地面,除温度较高外,常含有一些特殊的化学元素,从而使它具有一定的医疗效果。

  未来随着与中深层地热能利用相关的高新技术的发展,将使人们能更地查明更多的地热资源;钻更深的钻井将地热从地层深处取出,因此地热利用也必将进入一个飞速发展的阶段。

  我国有丰富的地热资源,目前地热资源的开发利用主要应用于分布式供热领域,通常一对地热井(一采一灌)可为5-8万平米建筑供热,采用板式换热器换热提取地热水中的热量来实现供热,这种技术主要存在以下问题:

  一、设计二次侧供水温度收到地热水出水温度的限制,一般低于地热水出水温度5℃左右,地热水出水温度达到55℃就算比较理想的温度,则二次侧供水温度最高只能达到50℃,若地热水出水温度低于45℃,则二次侧供水温度最高只能达到40℃,低于地暖散热器的设计供水温度,不能利用,大大限制了对地热资源的开发利用;

  二、受到二次侧供水温度较低的限制,常规地热供热系统不能用于集中供热间供系统,对于燃煤锅炉间供系统,无法实现热源替代;

  三、地热水中的热能得不到充分的利用,地热水经过换热后,一般于40℃左右进行回灌,则地热水中40℃以下储存的热能不能得到利用,大大降低了单口地热井的供热能力,同时增加了项目上地热井的投资,影响了项目的经济性。

  综上,能够有效提升二次侧供水温度和深度高效的利用地热水中储存的热能是现行地热供热项目的技术瓶颈。

  地热能供热,是以一个小区或多个小区为供热单位建立供热系统,提供供热服务。地热供热系统一般包含地热井、地热管网、地热供热站、供热管网和热用户,根据地热资源条件和供热负荷钻凿地热井,由地热井泵提取地热水,经地热管网输送至供热站,在地热站内进行热交换,将地热水热量传递给供暖循环水,温度升高的供暖循环水经供热管网输送至热用户,供热用户利用,温度降低的地热尾水经回灌井进行同层回灌[2]。根据供热系统有无调峰及调峰类型主要分为3种形式,即地热间接供热、地热+热泵机组、地热+热泵机组+调峰锅炉[3]。

  地热间接供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水,经地热管线送至换热器,利用换热器进行热交换将热量传递给供热循环水,温度降低后的地热水经输水管线送至回灌井进行回灌;获取热量、温度升高的供热循环水,由供热管线送至热用户,供热用户利用热能,温度降低后的供热循环水经供热管线输送至换热器再次换热获取热量、提高温度,如此周而复始循环。

  该工艺相对简单、造价低,可减小地热水对供热管线和用热末端的腐蚀,降低生产运营和维护费用,提高项目有效运营周期。

  地热+热泵机组供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水,经地热管线送至一级直供换热器,利用一级换热器进行热交换将热量传递给供热循环水,温度降低后的地热水送至二级换热器,进行二次换热将热量传递给二级板换与热泵蒸发器侧之间的循环水,为热泵机组提供热源,经二级换热器换热后的地热水由输水管线送至回灌井进行回灌;经一级换热器换热和热泵机组制热后获取热量、温度升高的供热循环水,经供热管线送至热用户、供热用户利用,温度降低后的供热循环水由供热管线输送至一级换热器和热泵机组冷凝器侧进行换热获取热量、提高温度,如此周而复始循环。

  该工艺相对复杂、造价较高,生产运营成本也较高,热泵机组作为调峰承担热负荷不易过高,地热能利用率较高。

  地热+热泵机组+锅炉供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水,经地热管线送至一级换热器,地热水利用一级换热器进行热交换将热量传递给供热循环水,温度降低后的地热水送至二级换热器,进行二次换热将热量传递给二级换热器与热泵蒸发器之间的循环水,为热泵机组提供热源,经二级换热器换热后的地热水由输水管线送至回灌井进行回灌;经一级换热器换热和热泵机组制热后获取热量、温度升高的供热循环水热量和温度仍然不能满足需求,需进一步利用调峰锅炉加热升温,然后经供热管线送至热用户,供热用户利用,温度降低后的供热循环水由供热管线输送至一级换热器和热泵机组进行换热获取热量、提高温度,然后再次由锅炉加热升温,如此周而复始循环。地热+热泵机组+调峰锅炉供热工艺复杂、造价高,生产运营成本高。

  地热资源受地域限制,其开发利用应根据当地资源、市场、政策等条件选用合理的供热模式,提高资源利用率、经济效益和环境效益。

  目前除个别地区资源勘查相对成熟外,全国大部分地区勘查程度低或无勘查,在资源勘查不足的情况下进行开发,钻井失败率较高,且无法进行科学合理的开发部署,会造成很大的损失。

  一般而言,开发某一区域的地热能,需先进行地热资源勘查,勘查工作较重、投入大,对企业来说负担较重。目前地热井的钻探方法和工艺依然采用油气井工艺和设备材料,地热井投资较高,导致地热供热初投资高,建设和投资回收期长。

  目前,国家尚未针对地热尾水回灌出台标准,各地开发管理缺少规范,地热回灌监督不严,存在着地热尾水回灌率低,不仅造成了资源浪费,地面土壤、河流产生污染,也对地热资源可持续开发带来阻碍。

  地热水普遍存在着矿化度,在实际生产运营过程中,对运输管网、设备产生腐蚀,造成管道刺漏、换热器换热效率降低或损坏。地热水在运输过程中,改变了原有的热储环境,极易造成结垢,堵塞管道,给系统运行带来困扰。

  某些地区地热开发过程中,地热井液位、流量、温度发生变化,并有一定的下降趋势,造成原有设计系统不能适应其变化,其原因在于地热开发初期缺乏科学的地热资源开发评价,开发过程中缺少动态监测。

  各地地热资源条件不同,某些地区资源品位高,地热直接利用后尾水依然在40℃左右,地热综合利用率不高;有些地区品位低,为了利用地热能满足工程要求,地热水温度降低较大,尾水温度甚至达10℃,长期开采必将对地热能力恢复产生不利影响。

  针对当前地热能供热存在的问题,结合实际工程经验,提出以下建议为地热发展提供经验和帮助,促进地热产业的进一步发展。

  为降低地热开发风险,应扩大地热勘查范围,提高地热勘查程度。地热资源的国有属性,资源勘查成本大,企业自身力量相对薄弱,建议国家或地方政府组织开展全国或各区域地热资源勘查,明确各地区的地热资源状况,为地热资源的开发部署提供科学依据。

  地热供热初投资大,供热系统工艺、设备及材料选用较为保守,未研发与之配套的设备及材料,应加大技术创新,从工艺各环节研发与地热供热相适应的设备、材料,建立一系列相应的标准规范,降低建设、生产成本,提高地热供热的效益。

  地热尾水回灌是地热开发非常重要的技术问题之一,应根据地热勘查和回灌试验,明确各地的回灌条件,建立地热回灌的规范标准,严格保证地热回灌率,确保地热资源的可持续稳定开发。

  地热资源开发利用是动态的,不仅要有前期资源评价,也要有开发过程的动态监测,随时掌握其的动态变化,矫正前期资源开发评价的合理性,为后续开发提出合理的指导性建议。

  依据地热勘查与评价,根据不同地区资源状况合理控制资源开发利用率,对开采量、回灌温度给予合理控制,既要避免热量浪费,又要控制热量超采,影响地热的经济可持续开发。

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