地熱區域供熱

地熱區域供熱也可以叫做地熱能區域集中供熱。

區域集中供暖已經成為了新城市能源建設的趨勢和方向。眾所周知，城市集中供熱方式有諸多優點，尤其是以新能源方式和節能減排能源方式為主導的區域集中供暖，例如地熱區域供熱，更加成為國家支持與行業倡導的新方向。

基本介紹

• 中文名：地熱區域供熱
• 外文名：Geothermal Distriet Heating
• 示範國家：冰島、美國、日本等
• 優點：節能減排，經濟環保
• 開發限制：注意資源恢復，避免資源枯竭
• 套用：城市供暖、洗浴、理療等

地熱用於區域供暖的系統形式

城市熱網與地熱能複合型集中供熱

目前，我國的集中供熱系統一次網設計參數通常為130℃/70℃，二次網設計參數根據末端型式的不同而不同。隨著建築能耗的不斷降低和低溫供熱技術的蓬勃發展，二次網設計供水溫度不斷降低，甚至可以達到40℃以下，這樣在熱力站處的不可逆損失將會更大，此時採用吸收式換熱機組，充分利用一二次網之間的換熱溫差，會大大提高機組的供熱效率。同時，吸收式換熱機組結合低溫供熱技術也為可再生能源的利用提供了有力條件，比如地熱和太陽能。據北歐丹麥等國資料，採用低溫供熱的建築回水溫度達到20℃左右就能滿足冬季採暖負荷的需求。這樣低的熱水溫度，吸收式換熱機組的COP可以大幅提升，可以更多地吸收低品位的地熱等可再生能源，提高可再生能源在供熱負荷中的比例。

基於上述考慮，可以提出城市熱網與地熱能複合型集中供熱技術。如下圖所示，該系統主要由熱源、一次熱網、吸收式換熱機組、二次熱網、地埋管換熱器等組成，其中吸收式換熱機組由吸收式熱泵和常規的板式換熱器組成。一次網的高溫熱水（實際運行參數約為80~120℃）驅動熱力站處的吸收式換熱機組提取淺層地熱能，吸收式換熱機組將一次網的熱量和提取的淺層地熱一併供給二次網，從而增大二次網的供熱能力。地熱的提取分為兩種形式，一種形式是採用地埋管提取土壤熱的形式，即土壤源熱泵；另一種形式是提取地下水熱的形式，即水源熱泵。根據計算，消耗1份的一次網熱量，大約可以回收0.3份的地熱，向二次網提供1.3份的熱量，與原供熱系統相比，供熱能力提高30%左右，供熱能耗降低20%以上。目前的所採用的地源熱泵以電能驅動的壓縮式熱泵為主，雖然其供熱的COP要高於吸收式地源熱泵，但是在回收低品位熱量的同時，還需消耗大量的高品位電能，運行成本很高。而吸收式熱泵利用熱能驅動，其一次能源利用率一般要高於壓縮式熱泵，特別是利用餘熱驅動時其節能效果更為顯著。在城市熱網與地熱能複合型集中供熱系統中，吸收式熱泵利用一次網的高溫熱水驅動，原本一次網的熱量要通過間接換熱的方式輸送給二次網的熱用戶，通過這種新方式不但將這些熱量輸送給了用戶，還通過吸收式熱泵回收了一部分低品位的淺層地熱。因此與耗電的地源熱泵相比，可以認為這些淺層地熱的獲得沒有額外的能源消耗，無疑是一種更先進的供熱方式，具有更高的能源利用率和經濟性。

地熱區域系統冬季供熱流程圖

燃煤熱電聯產電廠夏季供冷流程

燃氣熱電聯產電廠夏季供冷流程

與分散的電製冷方式相比，夏季利用城市熱網進行集中供冷的效率較低，經濟性較差，因此，城市熱網的夏季利用率很低，通常為閒置狀態或只為少量的熱用戶供應生活熱水。而隨著燃料價格的不斷上漲，電廠夏季供應生活熱水的成本也越來越高，基本處於虧損狀態，導致熱網的閒置率更高。

在城市熱網與地熱能複合型集中供熱系統中，熱力站處的吸收式換熱機組夏季可以切換至製冷工況，作為吸收式制冷機使用，制冷機的排熱可以全部或者部分地排至地埋管換熱器中，對土壤進行蓄熱，這樣就可以省去夏季供冷制冷機的投資和部分冷卻塔的投資，這可以改善了夏季利用城市熱網進行集中供冷的經濟性；另外，夏季熱電聯產電廠的汽輪機以純凝工況運行，有大量的排汽餘熱（溫度為37℃左右）和煙氣餘熱（排煙溫度通常為90℃以上）直接排掉，如果能把這些熱量全部或者部分地回收用於供冷，可以大大提高電廠的供熱效率，從而提高夏季供冷的能源利用率。

為了提高電廠的供熱效率，進而使集中供冷變得節能，需要回收電廠的餘熱用於供冷，而回收電廠的餘熱，需要溫度適宜的冷源。夏季製冷熱網回水溫度較高，較難回收餘熱來供冷，但是如果能將夏季的餘熱蓄存至土壤中，待冬季取出用於供熱，不僅利於土壤的冬夏季熱平衡，更提高了電廠的全年能源利用率（認為冬季熱力站處吸收式換熱機組的取熱量全部來自夏季的循環水餘熱或者煙氣餘熱，相當於餘熱的移季利用）。在北方地區，地埋管換熱器的容量通常按照冬季熱負荷進行設計，當系統夏季向土壤中的釋熱量大於冬季取熱量時，熱網回水的熱量無法蓄存至土壤中，對夏季的製冷模式也將產生影響。因此，有必要分析不同建築類型土壤以年為周期的熱平衡狀況。

“地熱水梯級利用+地源熱泵+鍋爐”形式

系統採用“地熱水梯級利用+地源熱泵+燃氣鍋爐”綜合能源方式，首先對地熱水進行梯級利用，降低地熱水的回灌溫度，提高地熱水的利用效率，然後採用以地源熱泵為主的新型能源，大大減少了對環境的污染和資源的消耗，地熱水梯級利用和地源熱泵提供的能源占總能源的70%左右，剩餘的30%，再採用傳統的鍋爐系統進行補充和調峰。冬季大部分時間的供暖負荷會低於總負荷的70%，這樣優先使用地熱水系統和地源熱泵系統，可以非常有效的降低運行費用。

地熱水梯級利用系統共建設成13對地熱井，13對地熱井抽取的地熱水或集中匯入一次熱網或分別進入各分區區域的換熱站（能源站），採用兩級板式換熱器對地熱水進行換熱：地熱水出水溫度70℃，先進入一級板式換熱器組進行換熱，溫度降到42℃，再入二級板式換熱器，經過二級板式換熱器換熱後地熱水的溫度降到9℃，作為地熱尾水回灌到回灌井中；一級板式換熱器二次側水換熱後的溫度為40℃/50℃，提供熱量32850kW，直接供給建築採暖使用；二級板式換熱器二次側水換熱後的溫度為23℃/7℃（出/進級板式換熱器），該水為熱泵機組提供低溫熱源，通過熱泵機組提取熱量後，制出40/50℃（出/進熱泵機組）的採暖熱水，提供熱量49780kW。兩項合計為82630kW，約占總能源供給的45%。地源熱泵系統擬共鑽鑿地源熱泵換熱孔數量為7800個，選擇2300kW左右的地源熱泵機組約20台，每個分區區域的換熱站配置2~3台，這樣總供熱量為45360kW，約占總能源供給的25%。鍋爐系統為每個站房配備獨立的燃氣鍋爐進行調峰，共需78t左右的鍋爐，提供熱量54010kW，約占總能源供給的30%。系統原理流程圖如下圖。

系統原理流程圖

地熱區域供熱注意事項

地熱能並不是一種新能源，早在1904年義大利拉特萊羅地區就已經利用地熱蒸汽發電。但是，當時存在著技術上的困難，因此在以後的50年中幾乎沒有被人們重視。

我國的地熱資源非常豐富，主要廣泛分布在華北、東南部沿海和中西部廣大地區。全國主要沉積盆地距地表兩千米以內的地熱能儲量相當於2500億噸標準煤的熱量。可開發利用地熱水總量約68.45億立方米，約3284.8萬噸標準煤的發熱量，開發利用前景廣闊。

隨著我國國民經濟的迅速發展，我國的建築能耗，特別是暖通空調能耗所占的比重越來越大，隨之帶來的環境問題也日趨嚴重。地熱資源作為一種可再生綠色能源，在城市發展建設中正發揮著越來越重要的作用。

地熱水作為區域供暖系統的熱源在技術上是可行的，與其它熱源相比資源利用率最高，單位面積的經營成本也較低，尤其是地熱資源在開採和運行過程對環境污染最小，這對改善大氣溫室效應，保持地球可持續發展最為有利，是一種很好的城市供暖的熱源。因此在資源和經費允許情況下，應考慮選用地熱供暖方案。但在開發利用過程中應建立資源保護意識，計畫開採，合理利用，注意資源恢復，避免資源枯竭。

各國地熱區域供熱情況

冰島是地熱直接利用於區域供熱最發達的國家，1979年已有24個公共集中供熱系統，用地熱採暖和供生活熱水的居民已達69%，1981年6月可超過75%，在3一5年間將超過81%。冰島政府還決定1990年要取消用礦物燃料燃燒採暖。五十年來，冰島十多萬人的首都，供熱管線建成使用長度共591公里。其中地熱田集輸管線25公里，向市內輸送的幹線58公里，分配管網226公里，支戶管線282公里。按人口平均每人5.3米。在地熱井，用深井泵吸水。其目的是為了維持定壓，以保證系統中水溫超過100℃時不會沸騰，並保證水位增加流量。從井泵房通過集合管線輸水至高位臥式貯罐。這個貯罐通大氣，水中的氮氣隨著水的壓力降低而在液面逸出。這就可以保證不會因氮的阻滯影響暖氣循環，貯罐里的水經過水泵壓送至輸水幹線。再集中到貯罐群。它可以起集合和分配作用，達到調峰的目的。貯罐容量為24小時平均負荷的15一30%，體積為75000立米，它由鋼板焊接，礦渣棉保溫。貯罐設計與油罐相似，但在保溫層與鋼壁間要留有排濕氣的通風孔道。管線根據不同區域而不同，郊外有地上低架的鋼管，礦棉保溫，鋁或鍍鋅鐵皮外殼管線。市區幹線為半埋地混凝土溝，溝蓋露在地面上。溝內襯聚丙脂泡沫板。溝外有混凝土排水管。管道以礦棉保溫。大量的分配管網多用鋼管以聚氨脂泡沫保溫，外加高密度聚乙烯硬塑膠管外殼的直埋管。小室均為工廠予制，設人孔及放氣孔。小室內的放水閥都有下水道接排池水。每個用戶進口都裝有專用水錶，同時供暖和熱水。每組散熱器上都裝有單獨調節閥。

丹麥從1877年開始集中供熱，集中供熱程度很高。現在全丹麥有400多個集中供熱系統，供應30萬幢樓房，由100萬公里的供暖管道連線著。最長幹線23公里，最大管徑為1米。區域供熱的比例占全部採暖房屋的50%。哥本哈根市正計畫建100公里的供熱乾管，從熱電廠往市內供熱。奧丹斯市有一個熱電廠發電65萬千瓦，供熱535百萬大卡/時。15座燃油高峰鍋爐房共有43台爐，每台供熱12-120百萬大卡/時，合計供熱能力374百萬大卡/時。供三萬四午幢樓房，合計2600萬M³。熱化房屋為全市的92%。這個城市熱力管網有925公里，幹線距離14公里。從電廠至貯水罐管徑為1米，熱網出口為600毫米。管係為雙管閉式。供水壓力25kg/cm³，回水壓力3.5kg/cm³。供水溫度95一80℃，回水溫度最高40℃。總循環水量8020m³/小時。補水量一般50m³/小時，貯水罐容積2000m³。在丹麥的供熱系統中，目前的構成比為:燃油鍋爐房占56%。熱電站占38%，工業鍋爐占1%，垃圾焚燒占5%。鑒於能源短缺的國際形勢，丹麥極為重視節能。其製品工業都是圍繞著如何節能來動腦筋。這也是它的製品工業發達的特點之一。

法國從1969年開始利用地熱能。到1981年底有十萬套住宅已供地熱或正在與地熱供熱系統連線。1990年將增至供一百萬套住宅，相當於節省一百萬噸進口石油。法國地熱水的特點是鑽井深，水溫低。含鹽量大。井深從1420-1690米，水溫僅57-72℃，水量為150-200m³/時，含鹽量高達13-16克/升。由於含鹽量高，所以普遍採用欽板熱交換器。法國使用的多為瑞典產的阿爾法熱交換器，傳熱溫差可以做到1℃。

我國地熱區域供熱情況

我國利用溫泉的歷史久遠。70年代初，地質學家倡導把地熱作為可再生能源利用，到1990年我國的非電利用地熱能消費量已躍居世界第二位。20多年來，我國在地熱能開發利用方面建立了西藏羊八井地熱發電示範基地、天津地熱區域採暖示範基地、靜海(天津市)、雄縣(河北省)、新鄭(河南省)和福建省農科院等4個農業利用示範基地、雄縣與汝城(湖南省)地熱田科學管理技術示範縣，開展了地熱資源評價，高溫地熱開發研究，地熱溫室利用技術，地熱水產養殖、越冬、繁殖及高產技木，地熱採暖、乾燥及孵化技術，地熱利用工程關鍵技術，地熱水對環境影響及防治，地熱綜合利用與管理等的研究與推廣，形成了一定的開發利用規模和地熱產業。目前，地熱開發利用的數量在全國一次能源消費量中，從統計數字上講還微不足道，但是，在開發利用地熱能的那些農村以至縣(市)發揮了重要作用，活躍了當地經濟，也改善了生活條件。

我國地熱區域供熱己形成規模產業。全國地熱供暖面積近800萬m²，有地熱療養院400餘所和溫泉旅遊度假村40多處。

天津市地熱區域採暖由於近年的房地產業興旺而加快發展。在70至80年代，開發利用的地熱水儲層淺，水溫低，用途單一，大部分用於工業，如:汽車發動機廠將48℃地熱水用於磷化車間;津福木業有限公司用48℃地熱水加工木材、纖維板以及作為鍋爐補給水;毛織廠用53℃地熱水清洗毛毯提高著色率;棉紡四廠、食品四廠等20多個廠將地熱水作為工藝過程和生活用水。90年代之後，開採層位由第三系轉向基岩熱儲，采出的地熱水溫度最高可達97℃ ，多用於供暖，並且由單一用途轉為綜合利用。根據1997年的統計，全市已註冊運行的地熱生產井總計144眼。以採暖為主的約有90眼，區域供暖面積450萬m²。開採相對集中在市區東南部地區(市區7個區中的河東和河西的地熱供暖面積已占總供暖面積的30%)、塘沽區、大港區，武清縣和靜海縣的開發規模正在逐步擴大。

天津市隨著地熱區域供熱規模擴大，發展起來一批與地熱工程配套的設備生產廠家與安裝隊伍、開發企業和研究單位，如蝶泉地熱開發有限公司、泰豐熱力公司等多家熱力公司投資區域供熱，甘泉集團公司生產地熱井潛水泵、全自動恆壓供水變頻調速控制設備和除砂器等各種井口裝置，極大地促進了地熱開發利用與管理有序發展。

北京已有地熱開發單位82家，開發利用主要集中在東南城區和小湯山，地熱供暖面積達42萬m²，八達嶺溫泉度假村、新僑飯店等十多家星級飯店、賓館都用上了溫泉水。以溫泉著名的龍脈療養院開展一水多用，在13萬m²土地上建了39座設有室內游泳池的高級度假療養別墅，有不同溫度的娛樂健身項目，例如北京最大的國際標準室內溫泉游泳池以及中藥桑拿浴、蒸汽浴、霧浴、雨浴等60多種溫泉浴，並且配有垂釣中心、高爾夫球場、網球場、蒙古跑馬場、射箭場、多功能大廈、名人俱樂部等。小湯山地區開發地熱種植養殖業，建有20多hm2地熱溫室種植特菜，一年四季為涉外飯店賓館、友誼商店、首都機場航空食品公司等提供大量適合的多種葉菜;園林局的地熱溫室大棚鮮切花基地每年產鮮切花近800萬支。不少單位地熱浴池向大眾開放，此外還開發地熱用於康樂保健。

河北省開發利用地熱能的規模較大。雄縣城鎮已有20萬m2地熱採暖工程，地熱開發公司準備從匈牙利引進技術和資金來實現縣城120萬m²地熱採暖工程;深州市城區已建成25萬m²地熱供暖工程和溫泉游泳倌，在2003年以前要完成地熱供暖面積160萬m²，中長期規劃中利用地熱解決城區272萬m²建築物的採暖;衡水市區地熱供熱項目已經啟動，項目內容包括鑽12眼地熱井和3眼回灌井，建3台10.5 MW調峰鍋爐及配套設備，鋪設供熱管網60 km，實現供暖面積130萬m²。

北方高緯度寒溫帶地區將以地熱供熱為主，培育開發利用新的生長點，推進新的開發地區，例如先期開發大慶地區1000～ 2000m深的地熱資源，形成大慶石油的接替產業和地熱開發基地，然後向哈爾濱-長春地區推進，推動松遼盆地地熱資源綜合開發利用;以遼東半島、山東半島為主的環渤海地區建立以地熱能供熱、溫泉旅遊、康復療養為特色的地熱開發利用和服務體系，與地緣經濟、優美的自然景觀、海洋環境協調發展。