干热岩供热技术的经济性与可行性研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 166 干热岩供热技术的经济性与可行性研究 林红艳 西安深恒节能科技有限公司,陕西 西安 710000 摘要:摘要:干热岩供热技术在我国能源消费结构中占比低,对环境保护影响较小,经济性较好,有推广应用的良好基础。但与常规能源相比,干热岩供热技术投资巨大,目前在国内的实际应用成本很高。本文对干热岩供热技术进行了概述以及干热岩供暖的特点和优势进行了分析,并提出了干热岩供热技术的应用技术路线以及对干热岩供热技术的经济性进行了分析,结果表明:干热岩供热技术在我国能源消费结构中占比低,但经济性较好,具有推广应用的良好基础。关键关键词:词:干热岩供热技术;经济性;可行性 中图
2、分类号:中图分类号:TU995 0 引言 干热岩是指埋于地下较深、温度较高的热岩体,具有开采难度大、开发成本高等特点,目前在地热资源勘探和开发方面仍存在一些技术难题。干热岩资源主要分布于北美和欧洲,由于其分布集中,开发利用成本高、成本回收周期长、运营管理难度大等原因,目前干热岩利用仍处于初级阶段。在我国,由于干热岩开发利用技术还不够成熟,以及对环境影响和经济利益的权衡,导致干热岩在国内的应用还处于起步阶段。1 干热岩供热技术 干热岩供热是一种新型的地热利用技术,它利用干热岩中蕴含的能量来替代常规的火力发电,具有较强的环保性,是一种低成本、环境友好型的清洁能源,可实现对地热资源的“零碳”开发。干
3、热岩供热技术是指以干热岩中蕴含的热能为热源,通过干热岩钻探、地埋管换热和热电厂等工程技术,实现对地热资源进行有效开发和利用。这种技术具有广泛应用前景,如城市建筑供暖、工业供热、温室农业等。目前我国干热岩供热技术研究尚处于初级阶段,需要针对目前干热岩勘探开发技术难度大、成本高等问题进行进一步的研究和探索,促进干热岩供热技术更好地应用于我国不同区域。干热岩供热技术的研究开发可分为两种模式:一种是直接利用干热岩中蕴含的热能,另一种是间接利用干热岩中蕴含的热能。前者指将干热岩直接加热作为热源,后者指通过水/油/蒸汽热交换器将干热岩中蕴含的热量传递到大气或地下水源中,再将该热量转换为热能发电或供热。如果
4、是利用干热岩中蕴含的热能,则需在地热系统中增加一套换热器,将地热水与干热岩直接进行换热。由于干热岩供热技术需要投入大量资金建设地热供暖系统,因此这种利用方式一般适用于新建建筑,而对于已经建成的建筑则需要进行改造,以满足未来人们对供暖系统的要求。干热岩是指在地表以下 2-6 公里范围内无水、无水蒸气、无水、无水蒸气的干热岩,其热能主要以不同类型的变质岩和晶粒岩为主,这些热能主要来源于地壳内部的热核反应。据联合国新能源的相关报道,全世界的地热资源,在 5 公里深的地下,大约是 49001012吨的标准煤。中国拥有世界上 16.7%左右的地热资源,是一个十分重要的资源。在干热岩供暖工程中,钻进深度通
5、常不超过 2.5 公里,该深度岩层最大温度在 70-75之间。由于干热岩质采暖工程的给水温度普遍较低,所以适合使用地面辐射采暖或通风口的建筑物。图 1 显示了干热岩浆供暖系统的工艺流程。利用钻机在一定深度的岩石地层中钻出,将封闭的金属埋管换热器置于井内,利用其内部的循环介质与地层进行换热,然后再与地表热电厂的换热器进行换热(或由热泵提升给水温度),从而实现对建筑物的供暖。在供暖的早期阶段,可以采用直接供热方式(阀门1、5 开启,阀门 24 关闭),地埋管换热器内循环介质与地下干热岩换热后,进入地面热力站的换热器,供热回水经换热器与循环介质换热升温后,作为供热供水供给用户。在供暖严寒期,使用的是
6、间接供热方式(阀中国科技期刊数据库 工业 A 167 门 24 打开,阀门 1、5 关闭),经过换热器与循环介质换热升温后的热水不会直接供给用户,而是通过阀门 2 进入热泵机组冷凝器,将其进一步提升,再通过阀门 3 作为供热供水供给用户。加热后的回水经阀 4流入热泵装置的蒸发装置,冷却后再流入热交换器,一次循环完成。从而使回收水中的余热得到充分的利用,达到大温差的目的。图 1 干热岩供热系统流程 15.阀门 2 干热岩供暖的特点和优势 利用地热资源,能源高效利用 干热岩作为一种高效清洁能源,具有不受气候限制、温度可控、发电效率高等优点。如我国的鄂尔多斯盆地是全球最大的干热岩基地,地表温度可达
7、6080,是世界上最适宜开发干热岩的地区之一。干热岩供暖在我国有着广阔的市场前景。另外,干热岩中蕴藏着丰富的热能和水资源,如中国新疆地区就有大量的地热资源可供利用。干热岩开发的一个重要前提是需要保持地下水温不变,而地热资源主要是靠水热交换来实现热量交换,所以如果要获得稳定的干热岩,就必须在地热系统中安装一个蒸发器,以实现地热资源的再利用。这也是干热岩供暖技术与其它地热技术相比最大的优势所在。2.1 缓解能源紧张,改善生态环境 干热岩供热可有效解决我国能源供需矛盾,缓解能源紧张,改善生态环境。在常规供暖方式中,由于存在城市热网系统规划不合理、热源单一、供热面积有限等问题,使得城市供热系统的能源利
8、用效率普遍较低,造成了能源浪费。干热岩供暖是一种清洁、高效的供暖方式,其利用干热岩中的热能来满足建筑物所需的热量需求,属于地热利用中的低温热源部分,在这种供热方式中,水通过泵和热网加热大地深处的岩石和地下水,以热能形式被转移到建筑物中用于供暖。与传统供热方式相比,干热岩供暖技术只需较低的初投资、维护费用及运行费用,使得其在经济上具有优势。而较高的能源效率,能有效减少燃煤造成的大气污染,保护环境,有效降低城市热网建设成本,促进城市建设可持续发展,并且可实现区域清洁供暖,缓解城市能源紧张局面。2.2 提升清洁能源使用比例 根据能源局的数据,目前我国天然气、电能、生物质能等清洁能源使用比例仅为 25
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