獻縣中深層地熱能梯級利用于建筑

地大熱能中深層地熱能利用：河北省獻縣深層地熱資源儲量豐富, 具有埋藏淺、水溫高、儲量大的特點, 被譽為“華北地區最大的地熱富集區”, 深層地熱資源在獻縣建筑領域有著廣闊的應用前景和巨大的節能潛力。

地熱資源梯級利用在建筑上主要表現在高溫地熱流體先經過直接換熱、再利用水源熱泵技術提取低溫地熱流體中的能量, 經過多級換熱使用。如高溫地熱流體通過一級換熱用來發電供居民使用, 二級換熱可以用來采暖, 三級換熱用來洗浴, 四級可以通過水源熱泵提取地熱流體中的熱量使之轉換為高品位熱源, 最后溫度低于20℃尾水回灌地下, 通過這樣的抽回灌, 實現了深層地熱資源在建筑節能領域的梯級利用。

獻縣深層地熱利用現狀

獻縣地熱開發利用潛力及前景十分廣闊, 但開發利用程度相對低, 獻縣僅有獻電熱1、獻電熱2、獻電熱3、獻電熱4、獻迎熱1等10余口地熱開采井, 主要集中在獻縣城區, 這些地熱井主要用于供暖, 僅少量用于洗浴, 開發利用形式較單一, 主要為深層地熱水經板式換熱器換熱后直接回灌, 回灌深層地熱水溫度仍較高, 這就造成了極大地能源、資源浪費。

獻縣深層地熱梯級利用方案設計

深層地熱梯級利用技術能夠將深層地熱資源多級提取, 多級利用, 將資源利用最大化。獻縣地熱水屬于中低溫水源, 不易進行發電, 加之冬季取暖能耗較大, 可設計如下深層地熱梯級利用方案。

如深層地熱梯級利用示意圖, 深層地熱水經過兩級換熱器, 制取的高溫熱水由一級管網供出;深層地熱尾水經過尾水換熱器, 制取低溫熱水, 再利用水源熱泵技術提取熱量, 制取成為高溫生活熱水, 由二級管網出水口供出。根據管網1、管網2的設定水溫, 可以將高溫生活熱水運用到采暖、洗浴等不同領域。

獻縣地熱供暖需求分析

獻縣城區有建筑面積400萬平方米。按照人口和建筑面積同比例增長的假設計算, 預計到近期規劃末建筑面積達到633.27萬平方米, 中期規劃期末 (2020年末) 達到688.33萬平方米, 遠期規劃期末達到722.75萬平方米。由于獻縣縣城現有建筑面積已納入獻縣供暖系統, 故供暖需求重點分析新增建筑面積地熱供暖需求。由獻縣城區工程數據可知:打井深度1800~1900米, 出水溫度平均90℃, 傳統利用形式換熱后深層地熱水回灌溫度平均為40℃;若采用深層地熱梯級利用技術, 經過水源熱泵提取熱量后, 回灌水溫度20℃。按照地熱供暖需熱量50w/m2, 單井日出水量1440m3/d (由抽水實驗測得) , 熱效率0.6計算, 各個規劃期末獻縣新增建筑面積地熱供暖需求如表。

由表可知, 在滿足同等需求的情況下, 采用深層地熱梯級利用技術比傳統的深層地熱利用形式平均減少28.5%的工程量, 降低了工程量和工程成本。

目前, 獻縣冬季取暖仍以煤為主要能源, 其燃燒產生的二氧化碳、粉塵等對空氣環境造成的污染日趨嚴重, 成為困擾城市居民的一大問題。然而深層地熱梯級利用技術能在滿足供暖需求的基礎上極大地減少工程量, 降低成本, 提升能源利用效率, 并具有清潔、對大氣污染極小、運行成本低、資源綜合利用收益高等優點, 加之獻縣在深層地熱方面的資源優勢, 深層地熱的梯級利用在獻縣的建筑節能領域有著廣闊的發展前景。