地热利用与热泵技术的融合发展

地热利用与热泵技术的融合发展

王炳超

山东德和地热开发有限公司山东省济南市250000

摘要：地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用成分。近年来，我国环境问题日益严重，能源消耗大幅增加，地热资源的开发利用及可持续发展，已成为我国的重点关注内容，加强地热利用与热泵技术的融合发展也是本文所探讨的主题。

关键词：地热利用；热泵技术；融合发展

1、我国地热资源基础及其潜力

拥有地热资源的区域主要分布于地球各大版块的交界地带，在俯冲带的前端往往会出现高热流，而在地壳变动较为剧烈的地区，往往是地热异常区，如中、新生代造山带等。从地理位置来看，我国处于亚欧板块之上，一方面会受到太平洋板块和菲律宾板块的挤压作用，另一方面会受到印度板块较强的碰撞作用，在这几个方面的作用力之下，对我国地热资源的开发利用造就了特殊的格局。

我国有着较为丰富的地热资源，具体表现为中低温地热资源，而且这一资源在我国分布于各个地区，且在松辽平原、黄淮海平原、江汉平原、山东半岛以及东南沿海等地的地热资源较为丰富。我国还存在少量的高温地热资源，这些资源主要分布于南方的广东、福建、四川以及西藏等地区。

2、热泵的基本概述

由热源来源进行种类划分，热泵主要可分为如下几类:

水源热泵:所利用的水源主要包括自然水源和人工排水源。自然水源主要为地下水、河川水及海洋水。人工排水源主要为城市生活污水、工业废水及热电冷却水；

地源热泵；

空气源热泵。

具体至当前普遍应用于热电厂的热泵，我们具体又可将其划分为两大类:(1)压缩式热泵，包括蒸汽驱动压缩式热泵和电驱动压缩式热泵。(2)吸收式热泵。

从本质上而言，热泵显然为一种热量提升装置。热泵主要从周围环境中吸收热量，并将其有效传递给被加热对象，也即是温度较高的物体。热泵的工作原理和制冷机类似。一般情况下，热泵主要有如下几个重要部分构成:(1)压缩机；(2)蒸发器；(3)冷凝器；(4)膨胀节流阀等。n

2.1压缩机为热泵机组的心脏，压缩机起到的作用主要为:压缩并输送循环工质，将其由低温、低压转变为高温、高压。蒸发器为热泵机组的输出冷量设备。

2.2蒸发器可使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，进而吸收被冷却物体的热量，最终切实实现制冷的目的。

2.3冷凝器为热泵机组输出热量的设备。压缩机消耗功转化的热量以及蒸发器中吸收的热量传输至冷凝器中之后，会被冷却介质带走，从而实现制热的基本目的。

2.4热泵机组的膨胀阀亦或是节流阀可以对循环工质起到较好的节流降压作用，在此基础上还可起到对进入蒸发器的循环工质流量进行调节的重要作用。研究表明，采用热泵技术能够节约大量的电能。

3、地热利用与热泵技术的融合发展综述

产业延伸是以能源结构的调整和转变、经济的新常态和可持续发展的要求为基础的，导致清洁能源的地位越来越突出。作为一种蕴藏在地球内部的地热资源，经过多年专业人士的艰苦探索，取得了可喜的成就，工业发展迎来了新的机遇，特别是在供热、制冷、采暖、通风等领域。地源热泵(GSHP)作为一种应用方式，是世界上应用最广泛的建筑之一，近年来，“煤炭到清洁能源”的政策也成为一项重要的政策。

有关资料表明，到十二五末，浅层地热采暖制冷面积达到3.92亿平方米，深部地热采暖面积达到1.02亿平方米。地热能的作用越来越明显。据了解，中石化多年来一直致力于从属于中国的第一座“无烟城市”。目前，京、津、冀三地已形成了较为完备的地热勘探利用技术体系。

理论与实践的结合是实现可持续发展的必要条件，地热产业的发展有赖于政府政策和产业技术理论的支持。这是创新的延续。在新的五年里，国家提出了许多规划地热能源利用的政策。政策明确提出在今后的可再生能源发展中加强地热资源的开发和利用，促进地热能源的合理有效利用。暖通空调产业的发展已成为未来可再生能源发展的重要组成部分，更加具体的政策体现了国家的重要性。

在国家能源局的指导和协调下，国家地热中心率先组织、深入调查和综合研究，科学制定了“第十三个地热能源开发利用五年计划”。主要目标是将地热采暖/制冷面积增加11亿平方米，到2020年达到16亿平方米。通过增加发电、种植、养殖和沐浴，可替代标准煤7210万吨，减少二氧化碳排放1.77亿吨。这是我国首次发布地热开发五年计划.

地热能供暖作为地热资源利用的一大门类，当前技术条件下，分为地热井供暖、地源热泵两种类型，通过系统设备向建筑内长期输送热量或冷量。其作为清洁供暖的典范，不需要将能量转化为电能而后供暖，能源利用效率更高，节能效果更明显，设备运行过程中几乎不会产生CO2等温室气体，环境保护作用突出。

我公司商河清洁供暖项目采用板换+热泵性质供热，利用电热泵机组将通过板式换热器与深层地热进行热交换后的介质，以电力作为驱动能源提取介质中的热量，供给热用户，其系统COP大于3。此种方案系统简单，充分利用地热能，运行费较低，经济性好。

3.1热泵供热系统分析

采用热泵系统后，地热尾水回灌温度可以降低至10℃左右，地热水的能量可以得到最大化利用，系统经济效益最佳。每个能源站根据供热负荷和供热特点不同，采用热泵后实际的回灌温度也有所不同，以怀仁镇地热水能源站为例，系统流程简介如下：

地热水侧流程：取水井地热水（58℃）—旋流除砂器—一级板式换热器（47℃）—二级板式换热器（18℃）—三级板式换热器（10℃）—尾水处理机组—加压回灌至回灌井；

供热系统流程：系统回水（45℃）—立式扩容除污器—循环水泵—一级板式换热器和热泵系统冷凝器（55℃）—进入供水管道对外供热。

该系统实现了地热水的三级梯级利用，回灌温度约为10℃，不仅满足了怀仁镇不同用户的供热需求，系统能源利用效率较高，经济性优越。

3.2尾水回灌系统分析

商河地热属于砂岩层地热水，地热水含沙量较高，尾水回灌要求处理精度必须达到5μm以下，通过过滤除去系统中的杂质、藻类等，保证回灌井长期处于有效回灌状态。

目前系统包含的设备主要包括：过滤加压泵、粗过滤器、精过滤器、排气罐和加压回灌泵。过滤加压泵只用来克服水处理系统的阻力损失，一般配置扬程为20米左右的水泵；粗过滤器采用机械过滤，处理精度要求达到50μm，为精过滤器做前期处理；精过滤器采用高分子棉材料过滤芯，能够保证过滤精度达到5μm以下，保证系统回灌水的水质；排气罐用来排除地热水因水温下降析出的气体，析出气体必须直接排至室外，保证室内气体的安全性；回灌加压泵主要是回灌初期，回灌水需要采用加压回灌方可实现同层回灌。

3.3能源站系统

怀仁镇能源站供热面积约为5.29万平方米，供热热负荷2.645MW。供热对象主要是镇中心驻地单位及小区，供热系统末端有地暖和暖气片两种形式。该能源站要求出水温度为55℃，满足暖气片采暖用户的供热需求，对于部分地板辐射采暖用户，可以通过末端混水模式调整小区的供水温度，满足供热需求。为满足供热需求，该能源站设三级板式换热器，通过热泵系统拉大地热水温差，实现高效供热。

经过一个采暖季的生产运行，该能源站运行效果良好，为进一步节能降耗，结合采暖期运行初期及运行末期室外温度较高的特点，建议加大一级板换的换热面积，这样可以尽量减少热泵的运行时间，进而减少电耗。

结语：

综上所述，文章先是对我国的地热资源基础及其潜力进行了阐述；接着对热泵进行了基本的概述；最后对地热利用与热泵技术的融合发展进行了分析总结，希望可以给相关企业人士有所帮助。

参考文献：

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