枚 軍 史旭東 張亮亮

(太原智博熱電工程設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

地?zé)崾莵碜缘厍騼?nèi)部的一種能量資源，屬于可再生能源，以其清潔環(huán)保節(jié)能等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。近年來，我國(guó)地?zé)豳Y源開發(fā)利用量以每年30%速度增長(zhǎng)，其中利用地?zé)釋?shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)居民供暖方面也發(fā)展迅速，2010年已實(shí)現(xiàn)供暖總面積約為1.0億m2，2012年約為1.21億m2。盡管如此，地?zé)豳Y源的利用率仍不高，且在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中的比例只占不足1%，其發(fā)展前景廣闊[1]。山西省擬定了“十三五”地?zé)崮馨l(fā)展規(guī)劃，將太原、忻州、臨汾等納入地?zé)崮馨l(fā)展重點(diǎn)城市，擬利用地?zé)崮茏鳛槌擎?zhèn)冬季清潔取暖的一個(gè)重要能源形式。本文結(jié)合工程實(shí)例，探討分析利用中深層地?zé)釋?shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)集中供熱的系統(tǒng)形式及其經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能減排效益。

2 供熱系統(tǒng)

2.1 地?zé)釤嵩?/h3>

2.1.1地?zé)豳Y源

項(xiàng)目位于太原南部區(qū)域，地處太原盆地中部，區(qū)域內(nèi)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富[2]。根據(jù)山西省地?zé)崮?中深層)開發(fā)利用規(guī)劃，開發(fā)地?zé)豳Y源屬小店西溫莊地?zé)崽?，初步探明地?zé)豳Y源量399 918.79×1010kJ(折合標(biāo)準(zhǔn)煤13 649.11萬tce)。項(xiàng)目實(shí)施城鎮(zhèn)集中供熱面積86.0萬m2，年供熱量折合標(biāo)煤1.269萬tce，利用地?zé)豳Y源量可靠。該地?zé)崽锩娣e為48.6 km2，地?zé)崽餅橹械蜏氐責(zé)崽?，地?zé)崽餅閷訝顭醿?chǔ)特征，熱儲(chǔ)層埋藏深度1 000 m～3 000 m，利用地?zé)衢_采深度2 200 m～2 600 m，單口井平均出水流量100 m3/h，平均出水溫度65 ℃，屬于宜開采和開采經(jīng)濟(jì)的沉降盆地碳酸鹽巖類淺埋藏地?zé)崽铮瑹醿?chǔ)層為中奧陶統(tǒng)馬家溝組碳酸鹽巖。

2.1.2地?zé)峋季旨伴_采技術(shù)

項(xiàng)目共設(shè)置地?zé)峋?對(duì)(一對(duì)井配置開采井和回灌井各一口)。為防止局部區(qū)域超過運(yùn)行開采強(qiáng)度，導(dǎo)致開采降落漏斗規(guī)模逐年增大[3,4]，控制相鄰地?zé)衢_采井的井口距離不小于1 000 m；為避免熱水流短路，回灌井與開采井距離不小于500 m。

地?zé)峋炀弥袊?guó)石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司的地?zé)峥辈扉_采技術(shù)，將油氣開發(fā)的先進(jìn)理念應(yīng)用于地?zé)豳Y源開發(fā)；地?zé)峋炀鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采用定向井和直井兩種方式(見圖1)。

2.1.3地?zé)崴眉氨Ｗo(hù)

為保證地?zé)崽锏某掷m(xù)開采，地?zé)衢_采水采用間接換熱、梯級(jí)利用、全部同層回灌等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“取熱不取水”。地?zé)峋畬踊毓喟础耙徊梢还唷钡姆绞脚渲茫?口地?zé)衢_采井配1口回灌井。熱源井采取灌、采兩用，使每口井既能用作地?zé)衢_采井，又可作為回灌井使用，延長(zhǎng)水井的使用壽命。

2.2 集中供熱系統(tǒng)形式

2.2.1地?zé)嵩绰?lián)網(wǎng)集中供熱系統(tǒng)

為提高地?zé)嵩醇泄岬陌踩裕鄠€(gè)地?zé)峋g采用集中聯(lián)網(wǎng)兩級(jí)間接供熱系統(tǒng)；地?zé)峋_采熱水通過一次側(cè)板換換熱后，聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一由一級(jí)管網(wǎng)輸配至用戶二級(jí)換熱站；二級(jí)換熱站根據(jù)地暖/散熱器用戶不同配置二級(jí)換熱設(shè)備[5]，再由二級(jí)管網(wǎng)送至末端用戶。地?zé)崴拈_采/回灌設(shè)計(jì)溫度為65 ℃/14 ℃，實(shí)現(xiàn)熱量梯級(jí)提取利用；地?zé)嵩磁c采暖用戶之間采用兩級(jí)換熱，一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度62 ℃/10 ℃，二級(jí)管網(wǎng)地暖用戶設(shè)計(jì)溫度40 ℃/30 ℃、散熱器用戶設(shè)計(jì)溫度70 ℃/50 ℃。計(jì)算單口地?zé)峋墓崮芰椋?.163×(65-14)×100=5 931.3 kW。聯(lián)網(wǎng)一級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行壓力在0.8 MPa以下。

項(xiàng)目供暖用戶以地暖為主，散熱器用戶僅占12%，圖2系統(tǒng)中一級(jí)管網(wǎng)送往地暖用戶的供水溫度略低于62 ℃。供地暖用戶的二級(jí)換熱站可以直接采用地?zé)崴畵Q熱，無需補(bǔ)熱措施；站內(nèi)設(shè)置高溫/低溫板換和電動(dòng)壓縮式熱泵對(duì)地?zé)崴M(jìn)行梯級(jí)降溫，拉大地?zé)衢_采/回灌尾水之間的溫差，實(shí)現(xiàn)地?zé)崴疅崃孔畲笙薅鹊睦?，降低地?zé)崴r(shí)開采量。

供散熱器用戶的二級(jí)換熱站采用地?zé)崴鳛榛矩?fù)荷，尖峰負(fù)荷利用燃?xì)?生物質(zhì)鍋爐或其他熱源作為高溫補(bǔ)熱，滿足散熱器用戶供水溫度要求。

2.2.2地?zé)嵩椽?dú)立供熱系統(tǒng)

對(duì)于熱用戶系統(tǒng)獨(dú)立或離集中輸配一級(jí)管網(wǎng)較遠(yuǎn)的區(qū)域，采用地?zé)嵩椽?dú)立供熱系統(tǒng)。地?zé)峋_采水經(jīng)過兩級(jí)板換梯級(jí)降溫，尾水回灌；用戶側(cè)循環(huán)水經(jīng)電動(dòng)壓縮熱泵和板換加熱后，直供用戶；對(duì)于散熱器用戶還需增加燃?xì)?生物質(zhì)鍋爐或其他熱源作為高溫補(bǔ)熱措施(見圖3，圖4)。

2.3 集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行方式

集中供熱系統(tǒng)采用以地?zé)嵩醋鳛橹饕?fù)荷、其他補(bǔ)充熱源作為尖峰負(fù)荷的運(yùn)行策略[6]。地暖用戶系統(tǒng)以地?zé)嵩垂釣橹?。散熱器用戶系統(tǒng)在采暖室外溫度大于-2 ℃時(shí)，利用地?zé)嶙鳛榛矩?fù)荷可滿足供熱需求，且尚有富余；在采暖室外溫度小于-2 ℃時(shí)，地?zé)嵩椿矩?fù)荷需100%投運(yùn)，不足部分由燃?xì)?生物質(zhì)鍋爐進(jìn)行補(bǔ)充(見圖5)。

采用地?zé)嵩醋鳛榛矩?fù)荷，盡量減小補(bǔ)充熱源的運(yùn)行時(shí)間和供熱量，降低高品位能源的消耗。

3 供熱系統(tǒng)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1.1工程造價(jià)

項(xiàng)目造價(jià)包括地?zé)峋炀⒌孛嬲痉?、供熱管網(wǎng)、二級(jí)換熱站內(nèi)設(shè)備(設(shè)施)和工程建設(shè)其他費(fèi)用(包括立項(xiàng)、評(píng)估、勘察設(shè)計(jì)、預(yù)備費(fèi)、流動(dòng)資金、建設(shè)期貸款利息等)，具體見表1。

表1 項(xiàng)目造價(jià)匯總表

3.1.2運(yùn)行費(fèi)用

運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、燃?xì)赓M(fèi)(燃?xì)忮仩t補(bǔ)熱)、水費(fèi)、人工費(fèi)、其他費(fèi)用等。供暖期按150 d計(jì)，系統(tǒng)每天運(yùn)行24 h。電費(fèi)和燃?xì)赓M(fèi)為供熱能源消耗，水費(fèi)為一級(jí)、二級(jí)管網(wǎng)補(bǔ)水消耗；人工費(fèi)按新增24人計(jì)，工資取3.6萬元/(人·年)；其他費(fèi)用包括排污費(fèi)、管理費(fèi)、稅金等，取總造價(jià)的2.5%[7](未考慮設(shè)備折舊費(fèi))。項(xiàng)目供暖后的運(yùn)行費(fèi)用見表2。

表2 項(xiàng)目供暖后的運(yùn)行費(fèi)用

3.1.3供暖期收益

項(xiàng)目自2015年采暖季啟用，現(xiàn)已實(shí)施供熱面積約150萬 m2，通過三個(gè)采暖季運(yùn)行，供熱效果良好。項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆谔咝驴萍紙@區(qū)，用戶以公共建筑為主，供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)按37.5元/(m2·年)(7.5元/(m2·月))計(jì)，則每年供暖期收益為3 225.0萬元/年。

3.1.4靜態(tài)投資回收期

項(xiàng)目屬于清潔能源集中供熱項(xiàng)目，計(jì)入政府及相關(guān)部門貼費(fèi)和供熱初裝費(fèi)，配套費(fèi)達(dá)80元/m2。計(jì)入配套費(fèi)，項(xiàng)目稅后靜態(tài)投資回收期5.33年，稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為16.81%，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3.2 節(jié)能減排效益

本項(xiàng)目與采用大型燃煤鍋爐房集中供熱相比，節(jié)能減排效益見表3。

表3 項(xiàng)目節(jié)能減排效益表

4 結(jié)語(yǔ)

1)太原南部區(qū)域地?zé)豳Y源豐富，項(xiàng)目所處熱田屬于宜開采和開采經(jīng)濟(jì)地?zé)崽?，地?zé)峋鏊糠€(wěn)定、出水溫度較高，利用該區(qū)域中深層地?zé)釋?shí)施城鎮(zhèn)集中供熱條件適宜。對(duì)地?zé)衢_采應(yīng)遵循地?zé)峋季趾侠?、開采井與回灌井同層回灌、地?zé)崴疅崃刻菁?jí)利用、“取熱不取水”等原則，實(shí)現(xiàn)地?zé)岬目沙掷m(xù)開發(fā)利用。

2)地?zé)崴嵯到y(tǒng)宜采用多個(gè)地?zé)峋新?lián)網(wǎng)、一級(jí)管網(wǎng)統(tǒng)一輸配、兩級(jí)間接換熱的方式；供熱運(yùn)行中，以地?zé)嵩醋鳛榛矩?fù)荷，調(diào)峰負(fù)荷采用燃?xì)忮仩t和其他熱源形式。

3)項(xiàng)目在計(jì)入配套費(fèi)情況下，靜態(tài)投資回收期5.33年，經(jīng)濟(jì)效益良好；同時(shí)，項(xiàng)目的節(jié)能減排效益顯著。