1概述

中國地熱資源十分豐富以中低溫地熱資源為主適合用于地熱供暖、地熱種植養殖和旅游療養梯級綜合利用模式。北方地區是我國中低溫地熱資源發(fā)育最好的區域以地熱供暖方式替代傳統能源對緩解北方冬季大氣污染問(wèn)題有著(zhù)重要意義。

通過(guò)中深層地熱供暖技術(shù)是通過(guò)采水井從地下抽取中高溫地熱水在地面換熱站內通過(guò)換熱器將地熱水中的熱能提取后為城鎮居民、周邊高端設施農業(yè)及水產(chǎn)養殖業(yè)供暖釋放完熱量后的地熱水通過(guò)回灌井全部回灌到地下做到取熱不耗水。該供熱方式可完全替代用于城鎮集中供暖的燃煤鍋爐供暖清潔環(huán)保節能減排可為國家“美麗鄉村”建設助力。

2案例介紹

2.1項目概況

項目位于山東省東營(yíng)市東營(yíng)區項目所在地總供暖面積約2 5 2 4×1 04 m 2其中包括公建部分9 5 7×1 0 4 m 2居民部分1 5.6 7×1 04 m 2。該部分建筑最早采用2臺1 4 M W的燃煤熱水鍋爐提供熱源集中供暖。

該項目鍋爐容量小燃燒效率低加之燃煤價(jià)格逐年上漲供熱公司常年虧損靠當地政府和油田補貼維持運營(yíng)為充分發(fā)揮當地地熱資源優(yōu)勢2 0 1 9年當地政府決定采用中深層地熱供暖方式完全替代2臺1 4 M W燃煤鍋爐。另外該項目周邊建有1 8×1 04m 2設施農業(yè)包括花卉大棚以及蔬菜大棚地熱水由換熱站提取熱量為當地居民及公共建筑供暖換完熱后的地熱水通過(guò)管道送到大棚內為1 8×1 04m 2設施農業(yè)繼續供暖。

2.2熱負荷分析

該項目所服務(wù)的建筑均為非節能建筑供暖末端均為暖氣片參考《城鎮供熱管網(wǎng)設計標準》(C J J 3 4—2 0 2 2)同時(shí)考慮熱網(wǎng)及供熱站損失熱量該項目供暖區域中非節能住宅建筑熱指標(q1)6 0 W/m2非節能公共建筑熱指標(q 2)6 5 W/m2。熱負荷計算公式為

式中Qh為采暖設計熱負荷(k W) ；q h為采暖熱指標(W/m2);A c為采暖建筑物的建筑面積(m2)。

由于該項目為改造項目熱用戶(hù)的已趨于穩定根據統計該項目入住率基本維持在7 5%~8 0%因此該項目的建筑總熱負荷按照采暖設計熱負荷Qh的8 0%考慮建筑總熱負荷為Q 1=Q h×8 0%=1 5 6 2 2.5×0.8=1 2 4 9 8 k W 設施農業(yè)大棚的采暖熱負荷指標(q3)按照4 5 W/m2計算總熱負荷為Q 2=q 3×1 8×1 04÷1 0 0 0=4 5×1 8×1 0 4÷1 0 0 0=8 1 0 0 k W

因此,該項目總熱負荷為Q=Q1+Q 2=1 2 4 9 8+8 1 0 0=2 0 5 9 8 k W

2.3供熱方案

項目區前期供暖方式采用燃煤鍋爐房集中供暖采用中深層地熱能供暖技術(shù)在原燃煤鍋爐房?jì)刃陆?a href="http://www.yg06.cn/t/地熱能源.html" >地熱能源站替代原有燃煤鍋爐供熱系統供熱管網(wǎng)和末端設施均可利舊。

根據當地地熱資源分析報告顯示當地主力熱儲層東營(yíng)組地熱資源豐富單井取水熱儲可達1 0 0 m成井深度約為2 0 0 0m熱水溫度可達8 0℃單井水量可達8 0 m3 /h該項目未采用熱泵梯級利用技術(shù)地熱水經(jīng)多級板式換熱器換熱后直接回灌回灌尾溫度3 5 ℃單井供熱量4 1 7 6 k W鉆探5口采水井、5口回灌井可以完全滿(mǎn)足住宅、公建及設施農業(yè)的用熱需求。項目工藝流程如圖1所示。2 0 0 0 m左右的東營(yíng)組熱儲中的地熱水經(jīng)深井泵升壓后進(jìn)入除砂器、汽水分離器進(jìn)行處理除去地熱水中的泥沙及可燃性氣體然后進(jìn)入布置于能源站內板式換熱器熱端進(jìn)行一級換熱溫度由8 0 ℃降低到約5 2 ℃板式換熱器的冷端溫軟化水在換熱器內溫度由4 5 ℃加熱至5 3 ℃加熱后的軟化水經(jīng)分水器后通過(guò)集中供熱管網(wǎng)輸送到用戶(hù)供熱末端。經(jīng)過(guò)一級換熱后的地熱水通過(guò)設施農業(yè)供熱管線(xiàn)輸送到設施農業(yè)蔬菜大棚和花卉大棚內的換熱站內通過(guò)板式換熱器進(jìn)行二次換熱溫度降低到約3 5 ℃后通過(guò)地熱尾水回灌管線(xiàn)進(jìn)入各回灌井內進(jìn)行同層回灌。

該工藝在未使用熱泵的情況下經(jīng)過(guò)兩級換熱最大限度地利用了地熱水的熱量降低了地熱利用過(guò)程的能耗提高了地熱開(kāi)發(fā)利用的效率。

3運營(yíng)情況分析

3.1供暖效果

該項目于2 0 1 9年6月開(kāi)始施工于2 0 1 9年1 0月3 0日達到供暖條件并于當年1 1月7日投入供暖運營(yíng)。供暖初期及末期開(kāi)啟 3口取水井、3口回灌井即可滿(mǎn)足供熱需求供暖中期根據室外溫度情況增加地熱井開(kāi)啟數量。項目已經(jīng)連續運行4個(gè)供暖季供熱效果良好用戶(hù)室內溫度均高于1 8 ℃滿(mǎn)足《山東省供熱條例》對室內溫度要求。

3.2回灌效果分析

該項目采用一采一灌的方式來(lái)設計即一口開(kāi)采井對應一口回灌井。地熱井及回灌系統采用公司自主研發(fā)無(wú)壓回灌專(zhuān)利技術(shù)該技術(shù)在鉆井設計及完井、工藝設備及材料的選擇、化學(xué)助劑的針對性應用以及運行維保方面形成一整套完整的解決方案達到地熱尾水在砂巖熱儲(如館陶組、東營(yíng)組等)能實(shí)現在采水井和回灌井數量為1 1的情況下實(shí)現1 0 0%無(wú)壓同層回灌從而確保以灌定采的實(shí)施也不會(huì )形成加壓回灌等方式對地層的破壞及不可持續性。在開(kāi)采的過(guò)程中全程檢測開(kāi)采井及回灌井的水位、壓力、流量及溫度通過(guò)上述參數的變化判斷生產(chǎn)及回灌的運行情況以確保1 0 0%達標回灌及整個(gè)系統的安全運行。

圖2所示為2 0 2 1—2 0 2 2年供暖季項目開(kāi)采量與回灌量對比曲線(xiàn)從圖中可以看出5口開(kāi)采井的日開(kāi)采量與5口回灌井的日回灌量基本吻合開(kāi)采量略大于回灌量的原因是因為開(kāi)采井的流量計均安裝于氣液分離器及除砂器前段由于當地處于油區地熱水中含甲烷、C O2等氣體在進(jìn)入換熱站前需經(jīng)過(guò)氣液分離器除掉氣體以免影響換熱效果以及防止發(fā)生回灌氣堵問(wèn)題。

3.3經(jīng)濟效益分析

3.3.1收入

該項目住宅收費率約8 5%每平方米供暖價(jià)格為2 1元共建收費率約8 0%每平方米供暖價(jià)格為3 2元。因此居住建筑供暖費總收入G1= (1 5.6 7×1 04)×8 5%×2 1+ (9.5 7×1 0 4)×8 0%×3 2=5 2 4.7萬(wàn)元。

另外該項目向周邊設施農業(yè)提供供熱服務(wù)每千焦的單價(jià)為0 0 5元年總供熱量約為1 1×1 08 k J收入G2=0.0 5×1.1×1 08  =5 5 0萬(wàn)元。

該項目的總收入G=G1+G 2=5 2 4.7+5 5 0=1 0 7 4.7萬(wàn)元。

3.3.2支出

該項目運營(yíng)成本主要包括電費、人工費、維修費、礦產(chǎn)資源稅、管理費根據實(shí)際運行情況每個(gè)供暖季運營(yíng)成本統計如下

電費1 0 5 3萬(wàn)元人工費5 6萬(wàn)元維修費6 0萬(wàn)元(設備、地熱井及管線(xiàn)維修)礦產(chǎn)資源稅7 5萬(wàn)元管理費1 5萬(wàn)元合計總運營(yíng)支出3 1 1.3萬(wàn)元。

3.3.3效益分析

該項目建設內容包括地熱井、能源站及供熱管線(xiàn)項目建設投資5 1 0 0萬(wàn)元項目毛利潤約7 6 3 4萬(wàn)元靜態(tài)投資回收期約為 6.6 8年。

3.4節能減排分析

該項目為燃煤鍋爐替代項目燃煤鍋爐機組已經(jīng)拆除項目已經(jīng)成功運行4個(gè)供暖季。根據運行數據測算該項目年供熱量約2 2×1 04  G J按照標準煤熱值2 9 3 0 7 k J/k g[《綜合能耗計算通則》(G B 2 5 8 9—2 0 2 0)]、燃煤熱水鍋爐的熱效率8 5%計算相當于每年可節約標煤量0 8 8×1 04 t減少二氧化碳排放量約2 1 6×1 0 4 t。本項目運行4個(gè)供暖季已節約燃煤3 5 2×1 0 4 t減排二氧化碳8.6 4×1 04 t節能減排效果顯著(zhù)。

4結語(yǔ)

通過(guò)對該工程案例的分析總結如下。

(1)該項目采用中深層地熱能替代傳統集中供暖方式項目建設投資較高但供熱系統自動(dòng)化程度高、能耗低排放少運營(yíng)成本低項目投資回收期較短有顯著(zhù)的經(jīng)濟和環(huán)保效益。

(2)該項目采用自主知識產(chǎn)權回灌技術(shù)實(shí)現了同層達標回灌地熱水的取熱過(guò)程全部采用間接換熱形式真正做到了“取熱不耗水”也不污染地下水不會(huì )對地下水和地質(zhì)結構造成破壞對地熱能做到了安全、環(huán)保、可持續開(kāi)發(fā)利用。

(3)采用中深層地熱能完全替代傳統燃煤熱水鍋爐供暖供暖效果得到當地百姓的認可徹底解決了供熱公司靠政府補貼維持運營(yíng)的局面。另外該項目同時(shí)為鄉鎮周邊設施農業(yè)大棚提供廉價(jià)熱源助力當地設施農業(yè)建設促進(jìn)了當地地熱能利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展有顯著(zhù)的社會(huì )效益值得借鑒推廣。