实现梯级利用的地热供热系统节能经济性分析

李力

（天津津能滨海新能源有限公司 天津 300204）

天津地热资源丰富，深浅都有，得天独厚。截至2012年，天津已有200多家单位利用地热资源进行冬季供暖，全市深层地热供暖面积已达到1300万平方米，利用浅层供暖的面积也有400多万平方米。按上述数据测算，因使用地热，天津每年实现减少二氧化碳排放82.9万立方，减少二氧化硫排放7000吨，减少氮氧化物排放2000多吨。

地热资源不利用是浪费，实现合理利用，保护性开发、可持续利用，开采地热解决好回灌问题是关键，近几年来，在地热系统影响回灌的技术从地面处理工艺、成井工艺、回灌操作方法上都不断取得了突破，为地热资源的进一步开发利用提供了技术保障。

目前应用的地热系统方式，主要有深井系统和浅层水源热泵系统两种形式，笔者根据天津对以上两种形式结合使用的某项目为例，对地热供热系统的初投资及运行进行经济分析。

1 项目概况

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。其中深井深度为3500米，出水温度为90℃，设计出水量为120m3/h；浅层地热井深为400米，出水温度30℃，设计出水量为40m3/h。供热范围中包括27.5万平方米的民用建筑和1.05万平方米的小区文体中心。

2 热负荷情况

项目采暖设计热负荷统计见下表1

表1 热负荷统计表

3 系统介绍

3.1 地热井最大供热量

3.1.1 地热深井由板式换热器换热量计算

根据公式（1）Q=Gc△t，

其中 Q为地热设计产热量，单位为KW；

G为地热井设计出水量，单位为m3/h；

△t为地热经板换换热后的温差，单位为℃（最大温差为50℃）；

c为折算系数1.163。

根据上式计算地热井经由板换换出热量为6978KW；

3.1.2 地热井未热热泵最大换热量计算

由于地热井直接换热量不能满足深冷季供热需要，因此对其尾热采用热泵机组进行深度换热，使其达到10℃回灌，实现对地热水的梯级利用。

根据公式（2）Q=Gc△t/η；

其中η为热泵机组效率系数，一般为0.8；回灌温度可以降至10℃，设计最大利用温差为30℃。

根据上式计算深层地热未热最大换热量为5233 KW；

3.1.3 浅层地热井最大换热量计算

浅水地热井出口水温约为30℃，可利用温差为20℃，设计出水量为40t/h，根据公式（2）浅层地热井最大换热量为1163 KW。

3.1.4 最大供热量统计

表2 系统中最大供热量统计

3.2 系统流程介绍

项目中的文体中心由于末端系统为暖气片形式，所以采暖季全部由深层地热井供热；地热深井经过板式换热器作为民用住宅的基本负荷，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回灌温度为10℃。

系统流程图如下：

4 项目初投资情况

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

按照天津市现行的供热工程建设费收取标准，住宅为每平方米92元，公建为每平方米130元，该项目收取的建设费用基本满足项目的初投资需要。

5 系统运行发生的能源费用

系统运行费应该包括系统运行发生的资源费，水电费用，设备折旧和人员工资，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

表4数据测算是按照采暖季130天，24小时不间断运行，其中电费按照日均电价0.85元/KWh，水费按照6元/T进行的测算，地热系统的能源消耗费用仅为每平米7.8元（数据计算过程详见附表5），与天津市现行的采暖供热费民用为25元/平方米，公建36元/平方米相比有相当的经营空间，项目经济性较好。

附表5项目运行各类能源消耗量及费用明细表

6 结论

地热作为一种清洁环保型能源，可以替代对化石能源的使用，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，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。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士，有实力的公司投入到天津地热资源的开发中去，实现可持续利用地热为天津节能减排做出贡献。

[1]穆春一，靳宝珍.天津地热资源开发利用及其供暖实例浅析[J].天津地热勘查开发设计院，2009。

[2]巨耕.地热供热采暖中地热尾水的再利用——热泵技术[C]//全国油区城镇地热开发利用经验交流会论文集.冶金工业出版社，2003。