当前位置: 首页 » 资讯 » 技术案例 » 正文
深层地热和浅层地热的综合开发利用实例
地热能网 ( 地热+)   发布日期:2016-05-31  
[摘要]:摘要 地热能作为一种清洁、可再生、无污染的能源,在我国日益受到青睐。本文将通过实例讲述深层地热和浅层地热的综合开发利用,
      摘要

      地热能作为一种清洁、可再生、无污染的能源,在我国日益受到青睐。本文将通过实例讲述深层地热和浅层地热的综合开发利用,以最大程度发挥各自优势,以更好节约能源、节省系统运行费用。
关键词:深层地热,浅层地热,综合开发利用,梯级利用

      作为一种环保、清洁、可循环利用的资源,地热受到了社会的青睐。深层地热资源和浅层地热资源以往常被单独利用,近年才开始探索对这两种资源实行综合利用,本文将通过实例介绍如何实现这两种资源的综合利用,以达到更好的节能效 果、更加节省系统运行费用的目的。

      一、工程概述

     1、建筑面积
     某工程原有建筑面积为1.0万㎡,新建建筑面积为1.8万㎡,总建筑面积为2.8万㎡。
     2、室外地下水井情况
     工程现有4000m深地热井2眼,150m深水源井4眼(1抽3灌)。地热井出水温度为60℃,出水量为80m³/h。水源井出水量为80 m³/h。
     3、建筑物负荷情况
     建筑物总冷负荷:4500kw,建筑物总热负荷: 3800kw;
     游泳池负荷(水温维持负荷): 375kw;生活热水负荷:109kw。

      二、系统概述

      1、深层地热资源—地热井

    (1)我们通常所讲的地热能其实是指深层地热能,它主要赋存于中、新生代沉积盆地中的地下热水中,其载体是水,属于一种综合性矿产资源。目前地热井深度一般在1000m—4000m之间。

    (2)深层地热资源可以用于供暖、医疗保健、洗浴、农业、水产养殖等领域,且越来越受到欢迎。

    (3)近年来地热资源受到世界各国的重视,地热不仅清洁,而且能反复利用,属于可再生资源。

    (4)深层地下水有其自身的循环系统,一部分热水被抽上来之后,会从远方不断地得到补给,从这个意义上说,地热资源是取之不尽、用之不竭的。

    (5)在利用好地热水的同时,必须进行回灌,用过的热水经处理后,重新注回到含水层中,可提高再生的性能,这样才可使含水层不枯竭。

    (6)地热应进行“梯级”利用,这样可使地热资源“物尽其用”。

      2、利用浅层地热资源——地源热泵

    (1)可以用的浅层地热能主要是地表以下200m范围内岩土体和地下水中的低位热能,其核心技术是地源热泵技术。

    (2)地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,热源包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备,是一种可再生能源利用技术。

    (3)地源热泵通过输入少量的高品位能源(电能),实现低温热能向高温热能的转换。即冬季,把岩土体中的热量取出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到岩土体中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量,用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。

    (4)地源热泵机组运行时,无污染物排放,不需要锅炉,不需要冷却塔,也不需要堆放燃料废物的场地,环保效益显著。

     3、系统设计

    (1)系统配置目的

      根据工程现状,拟综合开发利用深层地热与浅层地热进行供暖和制冷。以最优的设计方案,达到最佳的能源使用效率且使系统的运行费用降低。

    (2)系统配置

      根据本工程冷热负荷,需要配置PSRHH5704-D型带部分热回收功能的水源热泵机组2台,机组参数如表2-1所示:

      表2-1 水源热泵机组参数表

      型号 制冷量(kw) 制热量(kw) 热回收量(kw) 制冷输入 功率(kw) 制热输入 功率(kw)

      PSRHH5704-D 2322.5 2454.9 338.6 366.0 509.0
    (3)夏季系统运行方案


      A.水源热泵机组制冷量:2322.5×2=4645kw﹥4500kw可满足建筑物制冷需求。水源热泵机组热回收量为338.6×2=677.2kw,泳池和生活热水总负荷375+109=484kw,677.2kw﹥484kw即夏季利用水源热泵机组制冷时回收的冷凝热用于泳 池加热和生活热水加热。

      B.夏季制冷时水源井计算:水源热泵冷却水(井水)进出水温按15/30℃,单口水源井可吸收排热量为80×(30-15)×1.163=1396kw,夏季制冷系统总排热量为(2322.5+366.0)×2=5377kw。故需要抽水井5377/1396=4眼,为了保证100%回灌 ,根据此工程区域水文地质情况,采用1:2的抽灌井比例,故需要回灌井为8眼,本工程需要配置4眼抽水井,8眼回灌井才能满足系统要求。因本工程原有4眼水源井,故还需要钻凿8眼水源井。

   (4)冬季系统运行方案

      A.水源热泵机组制热量:2454.9×2=4909.85kw,冬季总的热负荷为3800+375+109=4284kw,4909.85﹥4284kw即冬季水源热泵机组可满足供热需求。但此工程原有地热井2眼,为了更好地利用地热资源,使系统更加经济,所以优先选择地热井供热,采用合理的方案保证系统效果。

      B.地热井出水量为80m³/h,出水温度60℃。首先利用地热水加热生活热水,地热水通过第一级板式换热器由原温度60℃降至58.5℃,此过程换热量为:80×(60-58.5)×1.163=139.56kw﹥109kw可满足生活热水负荷需求。

      C.58.5℃的地热水经第二级板式换热器换热后供采暖,温度降至45℃(采暖供回水温度为45/40℃),此过程换热量为:80×(58.5-45)×1.163=1256.04kw﹤3800kw,建筑物采暖负荷仍需3800-1256.04=2543.96kw,此部分负荷需要通 过水源热泵机组补充供热满足要求。

       D.45℃的地热水继续经第三级板式换热器换热加热泳池热水,温度降至40℃,此过程换热量为:80×(45-40)×1.163=465.2kw﹥375kw,可满足泳池负荷需求。

       E.40℃的地热尾水经第四级板式换热器换热后温度降至12℃,此过程是通过利用水源热泵机组提取地热尾水的低位热能达到供暖所需温度45℃,此过程换热量为:80×(40-12)×1.163=2605.12kw﹥2543.96kw,故可满足剩余建筑物采暖需求。

       F.由上面可见,冬季采暖时采用水源热泵机组综合利用地热水,使地热水利用率大大提高,供热量大大增加,最终地热尾水12℃回灌。冬季只需开启1台机组即可满足补充供暖热量的要求,这将大大节省系统的运行费用。

       G.每年冬季运行时节省运行费用:节省1台水源热泵机组运行,运行输入功率509.0kw;节省2台水源井潜水泵运行,每台运行输入功率37kw;运行1台地热井地热潜水泵,运行输入功率75kw。节省运行输入功率509.0+37×2-75=508kw。冬季可节省费用为395712元。:

       序号 设备名称 运行费用(元/kw.h) 运行台数 制热运行系数 制热耗电(kw/h) 运行天数 每天运行时间(h) 运行费用(元) 备注

       1 1#水源热泵机组(兼供泳池、生活热水用热量) 1.00 1 0.3 509 120 24 439776 冬季仅采用水源热泵系统供热主要运行费用

       水源热泵机组 1.00 1 0.5 509 120 8 244320

       水源井潜水泵(与1#热泵机组配套使用) 1.00 2 0.3 37 120 24 63936

       水源井潜水泵 1.00 2 0.5 37 120 8 35520

       合 计 783552

       2 水源热泵机组 1.00 1 0.5 509 120 8 244320 冬季采用水源热泵系统和地热系统共同供热的主要运行费用

       水源井潜水泵 1.00 2 0.5 37 120 8 35520

       地热井潜水泵 1.00 1 0.5 75 120 24 108000

       合 计 387840

       3 节省费用(1)—(2)合计 395712 冬季节省费用

       注:因本工程需要给泳池及生活热水提供热量,故采用第1种方案其中1台水源热泵机组需要24h运行,但运行系数相应降低。

       H.冬季系统运行时,地热水流经各级板式换热器,梯级利用最后以12℃回灌。

     (5)过渡季系统运行方案

       A.过渡季建筑物制冷冷源是水源井15℃冷水经板换换热后提供的,因过渡季制冷负荷不大,水源井冷水能够满足直接供冷的要求。

       B.过渡季生活热水和泳池热水负荷可由地热井热水经板式换热器满足。

       C.过渡季不用开启水源热泵机组,大大节省了运行费用。

       D.过渡季采用水源热泵系统和水源井/地热井联合运行的方式与仅采用水源热泵系统相比节省运行费用185184元,

       1 水源热泵机组 1.00 1 0.2 509 120 24 293184 过渡季仅采用水源热泵系统主要运行费用

       水源井潜水泵 1.00 2 0.5 37 120 24 106560

       合 计 399744

       2 地热井潜水泵 1.00 1 0.5 75 120 24 108000 采用水源井/地热井系统主要运行费用

       水源井潜水泵 1.00 2 0.5 37 120 24 106560

       合 计 214560

      3 节省费用(1)—(2)合计 185184 过渡季节省费用

      注:因本工程需要给泳池及生活热水提供热量,故采用第1种方案水源热泵系统时需要机组24h运行,但运行系数相应降低。

      三、深、浅层地热综合利用效果

      通过综合采用深层地热能(地热水)、水源热泵机组及水源热泵热回收(夏季),实现了资源的充分利用,主要有以下特点:

     1、地热水梯级利用

     冬季60℃地热水经过第一级板式换热器为生活热水提供热量,再进入第二级板式换热器为建筑物采暖提供部分热量,之后进入第三级板式换热器为泳池提供热量,后经第四级板式换热器由水源热泵机组提取热量满足建筑物采暖用热量不足的部 分,最后地热水12℃回灌。从而实现了地热水的梯级利用,充分利用了地热水的热能。

      2、过渡季冷水井直接制冷

      在春秋季节,有时需要为建筑物制冷,由于过度季节的建筑物冷负荷不大,且水源井水温度在15℃左右,因此过渡季节需要制冷时直接利用低温井水通过板式换热器为建筑物直接供冷。

      3、节能、节运行费用

     (1)冬季地热水经过多级取热,从60℃降至12℃回灌(最低回灌温度不应小于10℃),即满足了建筑物用热负荷,又大大提高了地热水的利用效率,达到了节能的效果。

     (2)冬季利用地热水,仅开启地热井侧潜水泵和1台水源热泵机组及2台水源井侧潜水泵即可,每年冬季可节省运行费用为395712元。

      (3)夏季利用水源热泵机组回收的热量满足建筑物生活热水和泳池负荷,无需开启地热水井侧的水泵,节省了此部分运行费用。地热井侧潜水泵运行费用如表3-1所示。

       序号 设备名称 运行费用(元/kw.h) 运行台数 制热运行系数 制热耗电(kw/h) 运行天数 每天运行时间(h) 运行费用(元) 备注

      1 地热井 潜水泵 1.00 1 0.6 75 90 24 97200  

       即每年夏季可节省地热井侧潜水泵运行费用97200元。

     (4)过渡季节需要供冷时采用水源井水直接供冷,节省了水源热泵机组及2台水源井侧潜水泵的运行费用,可节省费用为185184元。

       4、系统社会经济效益良好

    (1)随着社会的发展,资源短缺的状况日益严重,地热资源作为清洁的环保能源,其地位日趋明显,在不远的将来必将越来越多地受到社会的认可,具有广阔的发展前景。

    (2)深层地热资源虽可用于建筑物供热,但无法用于夏季制冷;浅层地热资源,虽可用于冬夏两季,但单位建筑面积的系统初期投资较大,且运行费用较高。而深层和浅层地热能源的综合利用,则规避了以上的缺点,达到了事半功倍的效果,同时管理维护比较方便,运行费用较低。



       结论

      本文通过工程实例讲述了深层与浅层地热资源综合开发利用的效果以及社会经济效益,在资源日益紧缺的现状下,这是很好的节省能源、节省运行费用的开发利用方式。

      参考文献

      [1]王冬立.鲁北平原深、浅层地热资源综合利用的探讨[A].赵继昌.地温资源与地源热泵技术应用论文集(第四集)[C].北京:地质出版社,2011.61-65

      [2]隋学文.黑龙江省林甸县天星小区深层地热能供暖分析评价[A].赵继昌.地温资源与地源热泵技术应用论文集(第四集)[C].北京:地质出版社,2011.61-65

      [3]GB/T 1165—2010,地热资源地质勘查规范[S]

      [4]GB 50366—2005,地源热泵系统工程技术规范[S]

      [5]GB 50027—2001,供水水文地质勘察规范[S]
 

 
 
[ 资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐资讯
点击排行