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地热能综合利用及案例分析秦皇岛2017.12.28地热能的综合利用•一、地热能的定义及分类•二、地热能利用的政策利好•三、地热能的发展现状•四、地热能利用的发展目标•五、地热能利用的重要任务•六、地热能投资估算及社会环境影响分析•一、地热能的定义及分类•地热能资源是指能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分，是一种可再生的能源，具有清洁、环保、利用系数高等特点。目前可以用的地热能主要包括：•通过热泵技术开采利用的浅层地热能（0-200米）•通过天然通道或人工钻井直接开采利用的水热型地热能（200-4000米）•干热岩体中的地热能。•二、地热能利用政策利好•我国从20世纪70年代开始地热普查、勘探和利用，建设了广东丰顺等7个中低温地热能电站，1977年在西藏建设了羊八井地热电站。上世纪90年代以来，北京、天津、保定、咸阳、沈阳等城市开展中低温地热资源供暖、旅游疗养、种植养殖等直接利用工作。本世纪初以来，热泵供暖（制冷）等浅层地热能开发利用逐步加快发展。•据国土资源部中国地质调查局2015年调查评价结果，全国336个地级以上城市浅层地热能年可开采资源量折合7亿吨标准煤；全国水热型地热资源量折合1.25万亿吨标准煤，标准煤，年可开采资源量折合19亿吨标准煤；埋深在3000-10000米的干热岩资源量折合856万亿吨标准煤，按照2%的开采率，年可开采量为17.12万亿吨。•国家能源局发布的《2017年能源工作指导意见》中指出“全国能源生产总量36.7亿吨标准煤左右。煤炭产量36.5亿吨左右，原油产量2.0亿吨左右，天然气产量1700亿立方米左右（含页岩气产量100亿立方米左右）。”•由此可见，地热能的开发利用可以直接加速清洁能源应用的进程，并且随着技术的深入，完全可以实现化石能源的替代任务。•三、地热能利用发展现状•目前，浅层和水热型地热能供暖（制冷）技术已基本成熟。浅层地热能应用主要使用热泵技术，2004年后年增长率超过30%，应用范围扩展至全国，其中80%集中在华北和东北南部，包括北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等地区。2015年底全国浅层地热能供暖（制冷）面积达到3.92亿平方米，全国水热型地热能供暖面积达到1.02亿平方米。地热能年利用量约2000万吨标准煤。•四、地热能利用发展目标：•在“十三五”时期，新增地热能供暖（制冷）面积11亿平方米，其中：新增浅层地热能供暖（制冷）面积7亿平方米；新增水热型地热供暖面积4亿平方米。新增地热发电装机容量500MW。到2020年，地热供暖（制冷）面积累计达到16亿平方米，地热发电装机容量约530MW。2020年地热能年利用量7000万吨标准煤，地热能供暖年利用量4000万吨标准煤。京津冀地区地热能年利用量达到约2000万吨标准煤。•根据统计，至2015年底，河北县城及以上城市人口总数为2825万人，总用热面积10.68亿平方米。2020年，全省总人口将达到7900万人左右，其中县级及以上城市人口约3500万人，总用热面积将达到13.46亿平方米（预测值）左右。净增加的供热面积2.78亿平方米。•河北省城镇供热十三五规划热源规划方案能源利用方式目录•1、煤炭利用•2、天然气利用•3、工业余热•4、地热能•5、热泵技术•6、电能综合利用•7、采用风电、光热、光伏等可再生能源技术•8、其他清洁能源利用方式•前三种形式为传统能源利用形式，这里重点是地热能和热泵技术，并且在河北省的能源消费形式中所占比重越来越大。•4、地热能•地热能是一种绿色低碳、可再生的能源，应按照资源分布，提倡科学、规范、可持续和梯级利用。我省主要利用浅层地温能、水热型地热能(中深层地热能)两种资源类型。浅层地热能主要采用地源热泵技术加以利用采集；水热型地热能热开发利用方式主要采用间接供暖，通过热交换器将地热水热量转换给供暖系统进行供暖。•5、热泵技术•按热源（能源）方式不同分为：浅层地源（埋管）、空气源、污水源、海（湖）水源、地下水水源和复合热泵等。其能源利用率高，分布广泛，使用灵活，是今后提倡的主要利用方式之一。•6、电能综合利用•电能属于一次能源转化的高品质能源，我国电能主要是由燃煤火力发电厂生产的，能源利用效率在40%左右，提倡电驱动的地源、空气源及水源热泵等电能利用形式。适用于集中供热管网覆盖不到的区域及农村社区。其他利用方式有电热膜辐射采暖和电蓄热锅炉等。•7、采用风电、光热、光伏等可再生能源技术•充分利用张家口、承德以及秦皇岛、唐山、沧州沿海地区风能资源，采用风力发电，结合当地峰谷电价，采用储热式电锅炉等进行供热。•8、其他清洁能源利用方式•在集中供热管网覆盖不到的区域及农村社区应根据实际情况，因地制宜发展太阳能与空气源（地源）热泵联合方式、太阳能与电辅助加热方式、太阳能与燃气辅助加热方式及生物质能（秸秆气化、沼气）等供热方式。•五、地热能利用重要任务：•（一）组织开展地热资源潜力勘查与选区评价•（二）积极推进水热型地热供暖•（三）大力推广浅层地热能利用•（四）地热发电工程•（五）加强关键技术研发•（六）加强信息监测统计体系建设•（七）加强产业服务体系建设•尤其是第三条，在“十三五”时期，要按照“因地制宜，集约开发，加强监管，注重环保”的方式开发利用浅层地热能。通过技术进步、规范管理解决目前浅层地热能开发中出现的问题，并加强我国南方供暖制冷需求强烈地区的浅层地热能开发利用。在重视传统城市区域浅层地热能利用的同时，要重视新型城镇地区市场对浅层地热能供暖（制冷）的需求。•河北省城镇供热十三五规划重点任务中供热热源建设要求中•第5条、科学合理利用地热能资源•各地根据资源条件，科学合理制定地热能供热发展规划，提高地热能替代化石能源在供热中的比例，力争到2020年，地热供热能力累计达到1.3亿平方米（支撑性数据），替代标煤337万吨，减排二氧化碳800万吨。•石家庄、保定、邯郸、邢台等平原地区重点推进浅层地热能集中供暖制冷项目开发建设；保定、石家庄、廊坊、张家口和沧州等地区市重点推进中深层地热能供暖的开发利用，结合热泵技术，实现中深层地热能梯级利用；同时各地做好尾水回灌工作，实现资源可持续良性循环。•第6条、积极推广电能、生物质能等清洁能源的供热利用在集中供热覆盖不到的区域，充分利用低品质的资源，大力发展电能驱动的污水源、空气源及地源热泵，蓄热式电锅炉等供热方式。有资源条件的地区发展区域性的生物质发电供热。•六、地热能利用投资估算和环境社会影响分析•（一）投资规模估算•初步估算，“十三五”期间，浅层地热能供暖（制冷）可拉动投资约1400亿元，水热型地热能供暖可拉动投资约800亿元，地热发电可拉动投资约400亿元，合计约为2600亿元。此外，地热能开发利用还可带动地热资源勘查评价、钻井、热泵、换热等一系列关键技术和设备制造产业的发展。•（二）环境社会效益分析•地热资源具有绿色环保、污染小的特点，其开发利用不排放污染物和温室气体，可显著减少化石燃料消耗和化石燃料开采过程中的生态破坏，对自然环境条件改善和生态环境保护具有显著效果。•2020年地热能年利用总量相当于替代化石能源7000万吨标准煤，相应减排二氧化碳1.7亿吨，节能减排效果显著。地热能开发利用可为经济转型和新型城镇化建设增加新的有生力量，同时也可推动地质勘查、建筑、水利、环境、公共设施管理等相关行业的发展，在增加就业、惠及民生方面也具有显著的社会效益。浅层地热能供暖实施案例•1.项目概况•本项目名称为遵化市龙华名苑小区水源热泵项目，由遵化市北二环路、海泉路、燕山东街及凤凰路所包围区域组成，总建筑面积为52万平方米，建筑类型包括住宅、商业以及幼儿园等。工程自2009年7月开工建设，截止止2014年10月全部建成投运。小区整体规划为4个水源热泵机房，选用LSFBLGR1750D型海尔水源热泵设备16台，LSFBLGR900S型海尔水源热泵设备3台。机组制热期为每年的11月15日至次年3月15日，共计121天。本项目抽水井严格按照成井工艺要求施工，回灌采用4个独立回灌池集中回灌。通过连续7个采暖期的运行，每个采暖期实际供热消耗电量为23KWH/平方米，节能效益显著。浅层地热能供暖实施案例•2.直接经济效益•1）利用水源热泵系统产生的社会生态效益•总产热负荷：该52万平方米水源热泵供热项目经过实际热计量装置的多年连续反复测量，综合能效比高达3.28，则该项目冬季采暖总产热负荷Q热：•Q热=23Kwh×3.28×520000=39228800Kw.h。•年耗电量（Kw.h）：根据水源热泵系统供暖工况下的能效比（COP=4.5）及全年负荷估算结果计算全年热泵系统的能耗，具体计算公式如下：•E=Q÷COP=39228800KW.h÷4.5=8717511Kw.h•年能耗量（Kw.h）:电与标准煤的等价值折算系数为每1度电为0.404千克标准煤（即电力折标准煤的等价值），即1000千克标准煤=2475.2度电。因此，折算每年水源热泵系统耗煤量G为：•G=E÷2475.2=8717511÷2475.2=3521.9吨。浅层地热能供暖实施案例•等能耗情况下燃煤锅炉耗煤量：若采用燃煤锅炉满足该小区供暖期供热负荷,燃煤锅炉的效率取65%,可按下式计算:•G=3.6×Q热/（HC×ηg）=3.6×39228800KW.h÷（29307×65%）=7413.5吨•式中：ηg——燃煤锅炉效率，取65%•HC——标准煤热值（按7千卡计），取29307KJ/kg•节能效益：采用水源热泵系统相比燃煤锅炉每年可节约标准煤G节煤=G锅炉－G热泵=7413.5－3521.9=3891.6吨，7千卡标准煤市场价格按800元/吨计算，每年可节约动力费用311.3万元。•因此，本项目采用水源热泵系统为用户冬季供暖与锅炉相比具有显著的节能效益。浅层地热能供暖实施案例•特别是每燃烧1000千克标准煤，同时产生污染排放673.3千克碳粉尘、2467.8千克二氧化碳（CO2）、74.3千克二氧化硫（SO2）、37.1千克氮氧化物（NOx）。本项目将产生显著的环境效益，每年可减排CO2、SO2、碳粉尘及NOX等的量如下表所示：浅层地热能供暖实施案例•2）回灌池技术应用的经济效益•节约凿井成本：按照遵化市三间房及龙华名苑小区所在水源地为中粗砂及细砂含水层组的水文地质情况，抽水井与回灌井比例最低应为1:1.5，根据抽水试验可知，该区域平均单井涌水量57m3/h，按照每1万平米60m3/h的用水量计算，共需要水源井55眼，按照比例需求应设计回灌井数量最少为86眼，单眼井的成井、配套以及铺设管网成本约为8万元，按照原回灌井回灌的技术方案，回灌部分的最少直接投入约为：86眼×8万元/眼=688万元。•由于回灌池位置集中，便利施工，单个回灌池的综合成本约为40万元左右，上述项目中4个回灌池的总投入为160万元左右，较回灌井技术减少投入为：688万元－160万元＝528万元，减少投资比例为：528万元÷688万元＝76.74%。浅层地热能供暖实施案例•节水效益：根据我市水源热泵项目实际运行效果和监测结果，回灌井自流回灌效率基本维持在60～75%之间，按多年平均回灌率70%计，约浪费30%的地下水资源。回灌池经过多年的运行，回灌率均达99%以上，可节约近29%的水资源量，按遵化采暖期120天，日运行16小时，每万平米需水60立方米计算，可节约水资源量：120×16×60×40×29%/10000=133.62万m3，根据现行水资源费征收标准，水源热泵外排水资源费为1.40元/m3，年均节水效益达187.08万元。•3）综合效益指标•经济效益：回灌技术在水源热泵系统中的应用可以较大程度的节约运行成本，可节约回灌井建设成本528万元，分摊效益为10.15元/m2，年均节水效益达187.08万元，分摊效益3.60元/m2。浅层地热能供暖实施案例•生态效益：三间房及龙华名苑小区采用水源热泵系统相比燃煤锅炉年可节约标煤3891.6吨，分摊节约标煤74.84吨/万m2；•同时，污染物排放量减少如下：•2620.