原創(chuàng)： 王峽，等  煤氣與熱力雜志  昨天

作者：王峽，亢磊

第一作者單位：濟(jì)南市熱力設(shè)計(jì)研究院

摘自《煤氣與熱力》2017年10月刊

1   干熱巖供熱技術(shù)

干熱巖是一種普遍埋藏于距地表2~6 km，溫度為150~650 ℃的不含水或蒸汽的干熱巖體，熱能賦存于各種變質(zhì)巖或結(jié)晶類(lèi)巖體中，這部分熱量來(lái)自地球內(nèi)部熱核反應(yīng)。聯(lián)合國(guó)有關(guān)新能源報(bào)告顯示：全球，地層深度5 km范圍內(nèi)，地?zé)豳Y源量相當(dāng)于約4 900×1012 t標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量約占全球總儲(chǔ)量的16.7%，儲(chǔ)量巨大。對(duì)于干熱巖供熱項(xiàng)目，鉆孔深度一般控制在2.5 km以內(nèi)，這一深度內(nèi)的巖體最高溫度為70~75 ℃。干熱巖供熱項(xiàng)目的供水溫度一般比較低，因此適用于采用地板輻射供暖系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)盤(pán)管的建筑。

 干熱巖供熱系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。通過(guò)鉆機(jī)向地下一定深度的巖層鉆孔，在鉆孔中安裝密閉的金屬地埋管換熱器，地埋管換熱器中循環(huán)介質(zhì)與巖層換熱，經(jīng)地埋管換熱器加熱的循環(huán)介質(zhì)與地面熱力站中的換熱器換熱后（或經(jīng)熱泵機(jī)組提高供水溫度）用于建筑供熱。

圖1   干熱巖供熱系統(tǒng)流程

1~5.閥門(mén)

在供暖初末期，可以采用直接供熱方式（閥門(mén)1、5開(kāi)啟，閥門(mén)2~4關(guān)閉），地埋管換熱器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)與地下干熱巖換熱后進(jìn)入地面熱力站的換熱器，供熱回水經(jīng)換熱器與循環(huán)介質(zhì)換熱升溫后作為供熱供水供給用戶。在供暖嚴(yán)寒期，采用間接供熱方式（閥門(mén)2~4開(kāi)啟，閥門(mén)1、5關(guān)閉），經(jīng)換熱器與循環(huán)介質(zhì)換熱升溫后的熱水不直接供給用戶，而是經(jīng)閥門(mén)2進(jìn)入熱泵機(jī)組冷凝器進(jìn)一步提升溫度，然后經(jīng)閥門(mén)3作為供熱供水供給用戶。供熱回水經(jīng)閥門(mén)4進(jìn)入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，降溫后進(jìn)入換熱器，完成一次循環(huán)。這樣可充分利用回水的余熱，實(shí)現(xiàn)大溫差運(yùn)行。

2   干熱巖供熱工程實(shí)例

干熱巖供熱技術(shù)是一種廣義上利用地?zé)崮艿募夹g(shù)，不需要非常高的溫度，鉆孔孔徑200 mm、鉆孔深度2.5 km為性價(jià)比******的工程做法。

①工程實(shí)例1

 我國(guó)西北地區(qū)某市A區(qū)干熱巖供熱項(xiàng)目。規(guī)劃供熱面積為2×104 m2，2016—2017年供暖期實(shí)際供熱面積為1×104 m2。開(kāi)設(shè)2眼直徑為200 mm的鉆孔，孔深2.5 km，兩眼井口距離（一般控制在15 m以上）18 m，單鉆孔理論換熱能力為600 kW。開(kāi)設(shè)鉆孔施工時(shí)間為57 d，單眼鉆孔費(fèi)用為200×104 元。供暖初末期采用直接供熱方式，設(shè)計(jì)供、回水溫度為47、43 ℃。供暖嚴(yán)寒期采用間接供熱方式，設(shè)計(jì)供、回水溫度為47、10 ℃。熱力站配置熱泵機(jī)組。

②工程實(shí)例2

 我國(guó)西北地區(qū)某市B區(qū)干熱巖供熱項(xiàng)目。規(guī)劃供熱面積為1×104 m2，2016—2017年供暖期實(shí)際供熱面積為4 000 m2。開(kāi)設(shè)1眼直徑為200 mm的鉆孔，孔深2.5 km，單鉆孔理論換熱能力為600 kW。開(kāi)設(shè)鉆孔施工時(shí)間為20 d，單眼鉆孔費(fèi)用為200×104 元。供暖初末期采用直接供熱方式，設(shè)計(jì)供、回水溫度為37、34 ℃。在供暖嚴(yán)寒期采用間接供熱方式，設(shè)計(jì)供、回水溫度為47、10 ℃。熱力站配置熱泵機(jī)組。

③供熱效果

 由調(diào)研結(jié)果可知，用戶室內(nèi)溫度均達(dá)標(biāo)，這說(shuō)明這兩項(xiàng)干熱巖供熱工程的供熱效果比較理想。

3   干熱巖供熱技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及風(fēng)險(xiǎn) 

3.1  優(yōu)勢(shì)

①政策支持

 干熱巖供熱項(xiàng)目得到了國(guó)家政策的有力支持。2017年1月，由國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局、國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的發(fā)改能源［2017］158號(hào)文《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》指出：根據(jù)地?zé)豳Y源特點(diǎn)和當(dāng)?shù)赜媚苄枰虻刂埔碎_(kāi)展淺層地?zé)崮?、水熱型地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用，開(kāi)展干熱巖開(kāi)發(fā)利用試驗(yàn)。結(jié)合各地區(qū)地?zé)豳Y源特性及各類(lèi)地?zé)崮芾眉夹g(shù)特點(diǎn)，有序開(kāi)展地?zé)崮馨l(fā)電、供暖以及多種形式的綜合利用。在“十三五”時(shí)期，在全國(guó)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀普查的基礎(chǔ)上，查明我國(guó)主要水熱型地?zé)釁^(qū)（田）及淺層地?zé)崮?、干熱巖開(kāi)發(fā)區(qū)地質(zhì)條件、熱儲(chǔ)特征、地?zé)豳Y源的質(zhì)量和數(shù)量，并對(duì)其開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件做出評(píng)價(jià)，為合理開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。支持有能力的企業(yè)積極參與地?zé)峥碧皆u(píng)價(jià)，支持參與勘探評(píng)價(jià)的企業(yè)優(yōu)先獲得地?zé)豳Y源特許經(jīng)營(yíng)資格，將勘探評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入國(guó)家數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

②技術(shù)優(yōu)勢(shì)

 與太陽(yáng)能供熱相比，干熱巖供熱不存在太陽(yáng)晝出夜落及陰雨雪天氣的影響。與地埋管地源熱泵相比，干熱巖供熱不存在地埋管占地面積過(guò)大的問(wèn)題。與地下水地源熱泵相比，干熱巖供熱不存在地下水回灌和重金屬污染問(wèn)題。與空氣源熱泵相比，干熱巖供熱不存在冬季室外機(jī)結(jié)霜引起的制熱能力下降的問(wèn)題。與燃煤鍋爐房、熱電聯(lián)供供熱相比，干熱巖供熱的污染物排放量低，化石能源消耗量小。

3.2  風(fēng)險(xiǎn)

 由于干熱巖供熱項(xiàng)目中鉆孔費(fèi)用占工程造價(jià)比重高，因此鉆孔成井成功與否是干熱巖供熱項(xiàng)目前期的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。對(duì)于目前的干熱巖供熱項(xiàng)目，供熱效果均比較理想，但這些項(xiàng)目并未達(dá)到設(shè)計(jì)供熱面積，且運(yùn)行時(shí)間也不長(zhǎng)。因此，不排除長(zhǎng)期運(yùn)行的干熱巖供熱項(xiàng)目，巖層的熱量衰減，無(wú)法保證出水溫度，以及導(dǎo)致熱泵機(jī)組耗電量提高。由于干熱巖供熱項(xiàng)目的鉆孔較深，地埋管換熱器的壽命和承壓能力是值得我們關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容之一。

4   建議

在實(shí)施鉆孔前，應(yīng)由具有資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行地?zé)豳Y源勘探、地質(zhì)取樣與測(cè)試，以獲取水文地質(zhì)參數(shù)及地溫梯度、巖層熱儲(chǔ)量等基礎(chǔ)信息。選擇一支具有相關(guān)資質(zhì)且技術(shù)過(guò)硬的專業(yè)鉆井施工隊(duì)伍開(kāi)設(shè)鉆孔，以確保鉆孔的成井質(zhì)量。爭(zhēng)取政府補(bǔ)貼及銀行融資，以降低投資壓力。優(yōu)化地埋管換熱器的換熱效果，關(guān)注換熱器的壽命和承壓能力。

 為確保供熱質(zhì)量和安全性，干熱巖供熱項(xiàng)目應(yīng)適當(dāng)考慮備用熱源。在峰谷電價(jià)政策下，可利用熱泵機(jī)組在低谷電價(jià)期間滿負(fù)荷運(yùn)行，將富裕熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱裝置中，在高峰電價(jià)期間利用蓄熱進(jìn)行供熱，以降低運(yùn)行成本。

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