技术原理

中深层地热地埋管供热技术是通过钻机向地下2km—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的技术。

关键技术

针对中深层地热地埋管供热技术实施中遇到的重大关键设备研发、套管换热器高效换热及供热系统智慧管控难题,创新研发出运行稳定、高能效、节能效果明显的中深层地热热泵机组,提高了热泵水温适应性,可灵活适配中深层地热地埋管供热技术使用;通过开发可实现内外管流路分配和高效换热的多次折流新型地埋管内管换热结构将套管换热器单位延米换热量提升20%以上;在供热系统智慧管控方面,综合人工神经网络优化算法、数据可视化技术以及构建的多场景供热节能模型调控逻辑开发形成中深层地热地埋管供热智慧管控技术。已形成从中深层地热能提取利用到供热系统智慧管控关键技术全覆盖。

主要技术参数

供、回水温度为 45/35℃

技术产品特点

该技术取热不取水、取热持续稳定、地温恢复快、环境影响低,具有分布式、无干扰、效果好、零排放、能效高、无衰减的优势。

应用现状

截至目前,公司累计在沣东新城区域内推广应用清洁供热面积超过500万平方米。

应用领域及适用范围

应用中深层地热能无干扰清洁供热技术,服务业态包括政府、住宅、医院、商业综合体、学校等供冷、供热、生活热水等多个领域。

节能减排效果(测算方法及依据)

以西咸新区一个采暖季供暖4个月,120天为例,建筑热负荷平均取45W,则一平方米建筑一个采暖季消耗的总热量为:45W*120天*24小时*3600秒=466560千焦;

我国规定1公斤标准煤发热量约为29307.6千焦/千克;

标准煤量:466560/29307.6=15.92千克;    

燃煤锅炉效率按照85%计算,则每平方米建筑一个采暖季的标准煤消耗量为:15.92/0.85=18.73千克;   

中深层地热能无干扰清洁供热一个采暖季每平方米耗电量约20度电,按照国家《综合能耗计算通则》(GBT-2589—2008)中电力折标煤系数0.1229kgce/kW·h,则每平方米建筑一个采暖季消耗标煤量为:20*0.1229=2.46千克。

综上计算,采用中深层地热能无干扰清洁供热每平方米建筑的节煤量为18.73-2.46=16.27千克。一般标准煤的二氧化碳排放因子为2.47,二氧化硫排放因子是0.0085,氮氧化物排放因子为0.0074,粉(烟)尘排放因子为0.012。

节能量/年(吨标准煤/年)

若按照建成后2000万平方米计算,则一个采暖季,采用中深层地热能无干扰清洁供热一个采暖季(四个月)可替代标煤量为32.54万吨。

碳减排量/年(吨二氧化碳/年)

若按照建成后2000万平方米计算,则一个采暖季,采用中深层地热能无干扰清洁供热一个采暖季(四个月)减排二氧化碳80.37万吨,减排二氧化硫2765.9吨,减排氮氧化物2407.96吨,减排粉(烟)尘排放量约3904.8吨。

已实施的典型案例情况

案例名称

启航馨苑三期供暖配套服务项目

案例地点

西安市西咸新区沣东新城 

应用单位

陕西西咸新区沣慧新能源发展有限公司   

设计单位

河北浚源工程勘察设计有限公司 

主要设备

项目采用中深层地热能无干扰清洁供热为小区供暖,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。项目已运行1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2km—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,据测算,以2000万平方米清洁供热面积为例,一个采暖季(四个月)相比燃煤锅炉供热,可替代标煤量为32.54万吨,减排二氧化碳80.37万吨,减排二氧化硫2765.9吨,减排氮氧化物2407.96吨,减排粉(烟)尘排放量约3904.8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,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。

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3-5kW·h。

案例特点

以中深层地热能利用为特色,供热运行成本低廉,尤其在天然气供应紧张时发挥关键作用,有利于缓解区域能源供需矛盾,具有较高的经济效益。同时,这种供暖方式节能、环保,对于用能结构调整,实现资源可持续利用具有积极作用。

应用效果(年节能减排效果及经济效益)  

本项目采用中深层地热能无干扰清洁供热方案,根据节煤量核算,每年可节约标准煤约2928吨,整个项目一个采暖季可减少二氧化碳排放量达到7233吨,减排二氧化硫24.88吨,减排氮氧化物21.67吨,减排粉(烟)尘排放量约3.90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。

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、生活热水等多个领域。

目前已实施案例数量

29个

其他案例

国内案例：君合天玺项目

项目地点：西安市西咸新区沣东新城

省内案例：沣东新城第五初级中学

项目地点：西安市西咸新区沣东新城