利用ORC发电提高地热水利用率及技术经济性

1 概述

国家制定了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021年)》，将改善民生与环境治理相结合，坚持宜气则气、宜电则电、宜煤则煤、宜热则热，大力推进清洁供暖。截至2019年底，北方地区清洁供暖率达55%，比2016年提高21个百分点。截至2019年底，北方地区清洁供暖取得明显进展，改善了城乡居民用能条件和居住环境。

由于非供暖期没有供热需求，大量地热井及配套设备存在一定程度的闲置问题。对于地面辐射供暖系统，供水温度一般为45 ℃，易导致较高品位地热水的高质低用。利用有机朗肯循环(ORC)发电技术，在非供暖期将地热水用于发电，在供暖期将较高品位的地热水用于发电，对提高地热资源利用程度和经济性均有益。

从文献的年份分布图(图1)看，核心期刊和硕博论文中的发表数量呈现一个波动过程.具体地，期刊发文量在2001—2005年呈上升趋势，2005年达到高峰.2005—2009年发文量逐年减少，2009—2012年又反弹上升，2012年达到最高峰，且多于2005年.两次上升都是在两个版本的义务教育数学课程标准颁布之后，这说明课标中提出统计观念、数据分析观念后引起了大家的关注.但是，之后的下降趋势说明统计观念、数据分析观念未引起大家的持续关注.

本文以太原某地热水供热项目为研究对象，对利用ORC发电提高地热水利用率及技术经济性进行探讨。

2 项目概况

太原市某小区地热水供暖项目已平稳运行5个供暖期。供热面积13×10

m

，设计热负荷6 MW。室内采用地面辐射供暖系统，设计供、回水温度为45、35 ℃。供暖期为11月1日至次年3月31日，共150 d。供暖室内设计温度为18 ℃，供暖室外计算温度为-10.1 ℃。

质量流量为71 t/h的二级换热器低温侧出水依次经过一级、二级热泵机组蒸发器放热，温度由35.0 ℃降至13.0 ℃，然后回到二级换热器吸收地热水热量。一级热泵机组出水温度为45.0 ℃，质量流量为85 t/h。二级热泵机组出水温度为45.0 ℃，质量流量为102 t/h。

一进多功能会议厅，高潮就看到空空荡荡的主席台上，只坐着一位长相俊美气质不凡的中年女人，高潮想，她应该是美之厦房地产公司的公关部经理齐眉吧？再看嘉宾席，已有二三十人坐在那里，或看文稿，或打手机，或喝茶，或把玩铅笔，高潮想，这些人应该是各路媒体的英豪们。见高潮和田卓走进来，台上的那女人立马走下台来，笑吟吟地迎过来，老远就招呼道，欢迎大驾光临，我是美之厦公司的齐眉，请问你们是——

3 现状方案

基于Gephi的高校毕业生就业压力与社会适应关系的研究述评………………………………………金 怡（108）

开采井、回灌井各1口，开采井设计出水温度为65 ℃，回灌井设计回灌温度为15 ℃，设计开采、回灌质量流量均为70 t/h。采用换热器、电驱动水源热泵机组(以下简称热泵机组)梯级利用地热水热量，以燃气锅炉作为调峰热源。热泵机组制热性能系数为6.0，一级热泵机组额定制热功率为1 247 kW，二级热泵机组额定制热功率为1 438 kW。燃气锅炉额定热功率为2 100 kW，热效率为0.95。

改造后，ORC发电机组冷却器、一级热泵机组、二级热泵机组承担用户基本热负荷，调峰锅炉承担用户尖峰热负荷。经计算，ORC发电机组冷却器承担的热负荷为1 732.54 kW，一级热泵机组承担的热负荷为1 162.78 kW，二级热泵机组承担的热负荷为1 395.33 kW，调峰锅炉承担的热负荷为1 709.35 kW。

一级换热器、一级热泵机组、二级热泵机组承担用户基本热负荷，调峰锅炉承担用户尖峰热负荷。经计算，一级换热器承担的热负荷为2 197.65 kW，一级热泵机组承担的热负荷为988.36 kW，二级热泵机组承担的热负荷为1 186.03 kW，调峰锅炉承担的热负荷为1 627.96 kW。

4 改造方案

4.1 供暖期

除在现状供热系统基础上配置1台额定发电功率为167 kW的ORC发电机组用于供暖期发电外，还配置1台额定发电功率为613 kW的ORC发电机组用于非供暖期发电。非供暖期，开采井出水温度为65 ℃，回灌井回灌温度为28 ℃，地热水质量流量为70 t/h。

治疗组在治疗之前JOA评分,P>0.05,差异不具备统计学意义;在治疗之后,治疗组的JOA评分要好于对照组,P<0.05,说明差异具备统计学意义。

现状供热系统流程见图1。质量流量为70 t/h的开采井出水经旋流除砂器后依次经过一级、二级换热器高温侧，温度由65.0 ℃降至15.7 ℃，在回灌加压泵作用下回灌至回灌井。一级换热器低温侧出水温度为45.0 ℃，质量流量为189 t/h。

大力推动美国学学科建设有何理论与现实意义？中国的美国学学者应有怎样的学术情怀、时代责任、价值标准和研究视角？如何确定研究内容、研究目标、理论与方法？目前，美国学概念尚未得到普遍认可，国内美国学相关研究，分散在外语、历史、文学、政治等各学科，相互之间缺乏融合与交叉，没有形成严密的学科体系。因此，借助国别与区域研究热潮，外语学科应倡导美国学学科建设。利用外语优势，运用跨学科理论与方法，加强对美国文化的深层次分析，把握美国文明的历史脉络，成为美国学教研团队的生力军。同时，加强与其他学科的交流合作，共同承担中国美国学学科建设的职责。

4.2 非供暖期

改造后供热系统流程见图2。在现状供热系统基础上，配置1台额定发电功率为167 kW的ORC发电机组与一级换热器并联。改造后，供暖期一级换热器停用。质量流量为70 t/h的开采井出水经旋流除砂器后进入ORC发电机组加热有机工质后温度由65.0 ℃降至41.0 ℃。质量流量为149 t/h的供暖回水在ORC发电机组冷却器中吸收有机工质余热后温度由35.0 ℃升至45.0 ℃。

改造内容包括采用ORC发电机组利用供暖期地热水较高品位热能发电，非供暖期利用地热井闲置期发电。

5 技术经济性分析

5.1 技术性分析

由上述分析可知，改造后供暖期可满足热负荷需求，一级热泵机组、二级热泵机组、调峰锅炉均在可调节范围内。这说明，改造达到了预期效果，方案技术可行。

5.2 经济性分析

根据文献[1]提供的计算方法，可计算得到太原供暖期最大负荷利用时间为2 258 h。据此，测算改造后热泵机组(一级、二级)耗电量增量、调峰锅炉耗气量增量以及ORC发电机组发电量(供暖期、非供暖期)，从而计算ORC发电机组的静态投资回收期。电价为0.488 元/(kW·h)，天然气价格为2.8 元/m

，天然气低热值取36 MJ/m

。

由已知参数，可计算得到改造后一级、二级热泵机组耗电量增量为14.44×10

kW·h，调峰锅炉耗气量增量为19.35×10

m

。由此可计算得到，改造后年运行费用增量为61.23×10

元/a。

经计算，ORC发电机组供暖期发电量为60.12×10

kW·h。非供暖期为215 d，每日发电时间按19.2 h计算，ORC发电机组非供暖期发电量为253.05×10

kW·h。上网电价按0.488 元/(kW·h)测算，改造后年发电收益为152.83×10

元/a。与改造前相比，改造后年收益为91.60×10

元/a。ORC发电机组投资按490×10

元计算，ORC发电机组的静态投资回收期为5.4 a，项目经济性理想。

6 结论

① 改造后供暖期可满足热负荷需求，一级热泵机组、二级热泵机组、调峰锅炉均在可调节范围内。改造达到了预期效果，方案技术可行。

② 与改造前相比，改造后年收益为91.60×10

元/a，ORC发电机组投资的静态投资回收期为5.4 a，项目经济性理想。

[1] 王雪惠，师文龙，张 杰. 动力集中式与动力分布式供热系统的经济性评价[J]. 煤气与热力，2018(11)：A14-A18.