案例名称

中国西部科技创新港科教板块综合能源工程

案例地点

陕西省西安市西咸新区沣西新城励志东路西侧、临渭南路南侧、学镇环路北侧区域

主要设备

项目采用多能互补能源,主要包含取热孔,地源热泵机组。离心冷水机组、锅炉循环泵、冷却水泵、板式换热器等设备。配备智慧管控系统,可对站房内设备进行远程集中控制,并通过能耗分析系统及外界环境温度变化实时调整运行策略,保证系统安全、高效运行。项目已连续运行4个采暖季,供暖系统运行平稳,中深层地热地埋管供回水温度与设计温度相吻合,用户室内温度能稳定在20℃以上,可满足整个项目用能需求,供暖效果良好。

技术原理

本项目创新应用的中深层地热能无干扰清洁供热技术,相比传统燃煤燃气集中供热方式,不建设集中供热站,不敷设长距离管网,不产生废气、废水、废渣,运行成本低。

无干扰中深层地热能供热技术原理示意图

通过钻机向地下2—3km深处钻孔,在钻孔中安装封闭的金属套管换热器,通过换热介质导出地下热能,并通过地面热泵机组、输配系统向地面建筑物供热。该技术“取热不取水”,实现了地热资源低影响开发、高效率利用。

本项目采用中深层地热能无干扰清洁供热技术,相比传统燃煤、燃气集中供热方式,中深层地热能无干扰供热系统不建设集中供热站,不敷设长距离管网,不产生废气、废水、废渣,并且具有运行成本低的特点。相比水热型地热能供暖,不抽取地下热水,不影响地质结构,避免了尾水回灌难题。相比浅层地源热泵技术,占地面积更小,系统能效和可靠性更高。

一是系统集成度高。相比于浅层地源热泵、燃煤、燃气集中供热,具有普遍适用、绿色环保、保护水资源、高效节能、系统寿命长、安全可靠、运行成本低等优势。地下换热孔位布置灵活,不受场地限制;地上换热机房10万平方米住宅仅占地约100-150㎡。地下密闭换热系统、地上高温热泵和智慧管控系统的高效集成应用,智能化的运维管理模式可靠性高,操作简便。

二是灵活、普遍适用性强。相比传统集中供热供暖,中深层地热能无干扰清洁供热系统属于典型分布式能源系统,一是可就地建设于建筑周边,不受集中供热管网敷设影响;二是系统运行时间灵活,可根据业主需求提前或延长供暖期,不受集中供热热源厂调试、大规模管网冲洗影响。在普遍适用性方面,地下换热系统不抽取地下热水,不受水热型地热开发受地下水赋存条件、回灌等影响,普遍适用性更强。

三是环保效益明显。替代燃煤、燃气供热,实现二氧化碳“零排放”,无废气、废液、废渣,治污减霾成效显著。据测算,以2000万平方米建筑为例,一个采暖季(四个月)相比燃煤锅炉供热,可代替标准煤约32万吨,减少CO2排放量约86万吨,减少SO2排放量约2720吨,减少氮氧排放物约4990吨,减少粉尘排放量约3070吨。

四是供热持续稳定。以西咸新区首个中深层地热无干扰供热项目为例,连续七年运行室内温度稳定保持在20℃以上。经过清华大学江亿院士团队连续三年的跟踪监测,其系统运行稳定,换热孔供热量大,热源供给持续充足。

五是推广应用可靠。2018年1月,西咸新区沣西新城邀请江亿、张国伟等5位院士、9位国内顶级专家教授组织召开了“中深层地热能无干扰清洁供热技术论证会”。通过审阅资料、听取汇报、研究讨论,专家一致认为该技术“取热不取水”,具有取热持续稳定、地温恢复快、环境影响低的特点,适宜作为建筑清洁供热的热源。其比传统浅层地源热泵技术节能30%以上,有很好的经济、社会、环境效益,大规模应用后具有对电网调峰的可行性,可为我国新型城镇化科学发展积累了经验。

中深层地热能无干扰清洁供热技术相比于水热型地热开发利用方式,不抽取地热水,避免了地下水回灌、污染等难题;相比于浅层地热利用,占地面积小,供热效率高且更加稳定。在地热开发利用领域,其资源利用方式、综合效益均具有明显的先进性。

2021年3月,陕西省科学技术情报研究院对中深层地热能无干扰清洁供热技术(查新使用的学术名称为“中深层地热地埋管管群供热系统成套技术”)进行了科技查新,鉴定结论为:相关文献未见明确述及在中深层地热能地埋管管群供热成套技术研究中心与查新项目所述工艺及技术相同的报道。

2021年3月,由公司牵头并主导,邀请陕西省建筑业协会对该技术再次进行了成果评价鉴定,评价委员会一致认为该成果整体达到国际领先水平;于2022年3月经教育部科技查新工作站查新鉴定为国际领先。2021年3月,陕西省科学技术情报研究院对中深层地热能无干扰清洁供热技术(查新使用的学术名称为“中深层地热地埋管管群供热系统成套技术”)进行了科技查新,鉴定结论为:相关文献未见明确述及在中深层地热能地埋管管群供热成套技术研究中心与查新项目所述工艺及技术相同的报道。

2021年3月,由公司牵头并主导,邀请陕西省建筑业协会对该技术再次进行了成果评价鉴定,评价委员会一致认为该成果整体达到国际领先水平;于2022年3月经教育部科技查新工作站查新鉴定为国际领先。

项目建设中严格按照地热能供热系统建设体系性质量控制技术,严格按照固井工艺程序建设施工。在自控方面采用智慧监控系统,提升地热供热系统运行的安全性和经济性。

主要节能技术参数

供热系统综合COP可达4.5以上,每平方米每月仅消耗3-4kW·h。

案例特点

本项目是我国规模最大的中深层地热能供热单体项目,以中深层地热能利用为特色,形成多能互补、集成优化的综合能源供应方案,“一揽子”解决了项目主体多种用能需求。

应用效果(全年节能减排效果及经济效益)

本项目若采用传统燃煤锅炉供热,按照传统集中供热锅炉供暖面积一吨热水锅炉额定蒸发量是0.7MW,在北方大约可以带1.4万平米,本项目供热面积约151.29万㎡,需要约108吨传统集中供热热水锅炉,传统集中供热有限公司每天消耗可燃煤0.021万t,一个采暖季约一天0.021万吨*121天=2.54万吨。根据节煤量核算,整个项目一个采暖季可减少二氧化碳排放量达到6.8万吨,减少二氧化硫、氮氧化物等排放量600吨,本项目的实施,有利于建筑节能减排、减少资源浪费和污染物的排放,提高材料的使用效率,符合绿色低碳发展的要求,对改善大气环境、治污减霾具有重要意义。

本项目技术核心为中深层地热能无干扰清洁供热技术,其运行成本主要为电费和较低的人员管理、维保费。按照中深层地热能供热在陕西省可享受居民生活用电价格,即0.4983元/kW·h。以普通居民住宅建筑为例,热指标取35—50W/㎡,其系统耗电约3-5kW·h/㎡·月,折合1.5-2.5元/㎡·月;高智能化管控系统可实现无人值守,人员管理、维保费和少量水费约0.5元/㎡·月(水费主要为二次管网补水耗水费,受项目二次管网施工质量影响,略有差异;维保费主要为机房设备维护,地下换热孔免维护),综合运行成本约2.0-2.5元/㎡·月。

本项目利用中深层地热能无干扰清洁供热技术供热,相较于燃煤锅炉集中供热,一个供暖季可节约运行成本1754.96万元,经济效益显著。

适用范围/应用对象

服务业态包括政府、住宅、医院、商业综合体、学校等供冷、供热、生活热水、供电等多个领域

目前已实施案例数量 

72个