济南市热力设计研究院      亢磊   武东琴

摘   要：针对地岩热这种清洁可再生能源的有效应用，结合相关工程实例及运行数据，探讨地岩热供热技术的发展前景、应用分析、技术优势及风险应对。

关键词：地岩热；地岩热供热；节能；环保；风险应对

       1   地岩热供热技术介绍

       1.1   地岩热

       地岩热供热又称为干热岩供热，干热岩是一种普遍埋藏于距地表2km至6km深处、温度为150℃至650℃的、没有水或蒸汽的热岩体，平均地温梯度为30℃/km，其热能赋存于各种变质岩或结晶类岩体中，这部分热量来自地球内部热核反应，地核温度约6000℃，地幔对流循环将地心向地表不断往返的传输热量，联合国有关新能源报告显示：全球5公里以内地热资源量约4900万亿吨标煤。我国的地热资源储量约占全球总储量的六分之一，仅我国陆区3~10km地岩热储量相当于全国资源总消耗量的5200倍，储量巨大，因此地岩热热源不会枯竭，也无热衰减，是一种全新的清洁能源，对于减少对传统化石能源的依赖，具有巨大的经济社会效益。

       1.2   地岩热供热技术

       通过钻机向地下一定深处高温岩层钻孔，在钻孔中安装密闭金属换热器，通过换热器传导将地下深处的热能导出，并通过地面能源换热站热泵机组将地岩热提出或调峰加热向用户建筑物供热。“取热不取水”，实现无干扰洁净供热，完成对低品位地岩热能的开发利用。

       供热原理（间接供热）

      （1）向地下一定深处岩层钻孔；

     （2）在钻孔底部安装热交换设备，一次网为闭式循环系统，取热不取水；

      （3）通过专用设备换热系统向地面建筑供热。（见图2）

       1.3   地岩热供热通用特点

     （1）地岩热属于新的地热能源，暂时没有国家相应的标准规范要求，项目立项暂不需要环境评价，但地岩热钻孔需要发改委备案核准、国土资源局、水务局等进行监管，专业队伍进行地热资源勘探、取样、测试，以获取水文地质参数及地温梯度、岩石层热储量等基础信息，确定热储类型。

     （2）地岩热供热技术是一种广义上利用地热能的技术，不需要非常高的温度，在地下2000m左右就可以获得供热所需的热量，目前所确定的孔径（DN200mm）、钻探深度（2000~3000m）为性价比最佳做法，经测试，一个2500m深的换热孔可以满足1~1.5万m²建筑供热，为获取更多热量所尝试的孔径增大、深度增加方法会大幅度增加项目成本；

     （3）根据室外温度变化，地岩热供热可以采用直接供热和间接供热两种运行方式。供热初末期，可以采用直接供热，将地岩热由循环水泵加压至热用户，适宜大流量小温差供热；供暖严寒期采用间接供热，利用热泵机组隔压换热，热泵机组以前为一次网地岩热取热模块，热泵机组以后为二次网供热模块，热泵机组利用电能驱动提高二次网供水温度同时降低一次网回水温度，地岩热取热模块为大温差小流量运行方式，系统水质能保证，阻力小。

       2   地岩热供热运行实例

       详见表1。

       3   地岩热供热技术的相关政策及风险

       3.1   政策支持

       2017年1月，国家《地热能开发利用“十三五”规划》提出：在“取热不取水”的指导原则下，进行传统供暖区域的清洁能源供暖替代，实现地热资源的可持续开发。在“十三五”时期，新增地热能供暖（制冷）面积 11亿平方米；同时，现在开展地岩热供热不需要做环评报告及节能评估。

       3.2   技术优势

       地岩热供热与以下供热方式相比的技术优势详见表2。

       3.3   投资风险

     （1）地岩热供热初投资约为传统燃煤锅炉供热的5倍左右，运行费用为传统燃煤供热方式的1/3左右，在不考虑单独制冷、没有能源税、没有政府补贴等前提下投资回收期约10年。

     （2）打井的风险

       工程初投资的80%费用为打井费用，打井的风险包括打井深度及地热情况、打井工期及以下情况下的其他风险：

     （1）溶洞：灌浆灌不满，需要重新钻孔；

     （2）立岩：孔距相聚10米都有可能发生，需要换钻头、打磨或重新钻孔，成本及工期延长；

     （3）工具及工人水平：如钻头损坏、操作不当等问题。

       3.4   运行风险

       由于上述供热运行实例项目均为间歇供热，且都没有达到设计满负荷，供热效果都很好。但应考虑以下有可能存在的运行风险：

     （1）地岩热取热的热量衰减

       在长时间的取热过程中，地下岩层温度应能够保持并恢复，以保证恒定的一次网出水温度；如果不能保证，将会增加热泵的电耗及运行成本；

     （2）地岩热换热的换热效果及底下管道设备运行寿命。

       尤其在直供情况下，在加强控制水质和失水率的前提下，能否保证钻孔底部金属换热器的换热效果及寿命；管道及金属换热器材质能否保证2.5km里深水力静压下的寿命，以及在满负荷直供大流量、大阻力工况下的管道寿命。

       4   地岩热供热的建议及策略

    （1）选择一个长期固定的专业钻井队伍，可以为钻井投入保险，或采用PPP模式，可以有效的控制钻井成本及分担风险。

    （2）争取政府的补贴及银行的融资政策，强调项目的市政功能和稳定收入，以减少初投资风险；

    （3）考虑在钻井管中管外侧回水管道与土壤之间增加扰动湍流换热效果，减少底层换热器的换热压力；

    （4）系统适合地板采暖，或者风机盘管系统。制冷需要有独立的冷却塔和制冷系统，与地热资源没有关系；

    （5）应当适当考虑备用加热热源；在有峰谷电价的政策下，夜间可以用热泵将地热储存起来，利于白天直供供热，减少运行成本，并增加夜间的换热效果。

       5   总结

       地岩热供热有其独到的技术优势：无废气、废液、废渣排放，治污降霾成效显著；系统与地下岩层物理隔离，只取热不取水，对水环境无干扰；地热开发不受场地条件和环境温度制约，出热均匀，可有效解决孤岛供热问题。但对于任何新技术的应用，都应该存在风险意识，毕竟风险和机遇并存。我院将不遗余力进行这方面的研究与设计，也希望与各大知名院校、设计院所、兄弟部门积极合作，为城区供热发展、为国内的美好蓝天和繁星闪烁、为能源的有效利用做出自己的贡献。

备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年3月刊总第3期。
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