陳 楊

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 地?zé)崮芾玫陌l(fā)展現(xiàn)狀

地?zé)崮鼙惶幚砗笥脕碜鰷厝呀?jīng)有幾個世紀的歷史了，它可以用作居民生活熱水和取暖，并因此減少了溫室氣體的排放，提高了能源供應(yīng)的多樣化，是取之不盡的可再生能源。目前已經(jīng)開發(fā)的一個項目，現(xiàn)有的鉆孔提供了低焓地?zé)崴?，其出口溫度約為95℃，有高含量的可燃氣體，特別是甲烷。為了整合區(qū)域內(nèi)的地?zé)豳Y源，完善供暖系統(tǒng)的多樣化，建議將熱泵集成到現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)，同時通過以下方法回收可燃氣體的熱量在熱水鍋爐中直接燃燒，或在微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)機組中燃燒，以達到充分利用地?zé)崴械哪芰康哪康摹?/p>

2 玉泉縣地?zé)崮芾玫膽?yīng)用實例分析

2.1 玉泉縣地?zé)崮苷{(diào)研與供熱條件確定

根據(jù)分析地?zé)崴谌齻€調(diào)試鉆孔時的報告，其最大可用體積流量約為50.4L/s，相當于有效熱勢為13.2MW。利用這一潛力最簡單的解決方案是在實際的燃油燃燒過程中，將氣體直接投入燃燒水的鍋爐中，完全取代液體燃料，考慮到熱水鍋爐效率約為90%，可利用的熱勢約為3.2MW。但是有可能現(xiàn)有的供暖系統(tǒng)沒有使用液體燃料，只有固體燃料。因此，最好的解決方案是將可燃氣體投入微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)機組使用，這樣不僅可以向居民供暖，還可以產(chǎn)生一部分電能，用于供給當?shù)氐碾娏镜碾娋W(wǎng)。

目前玉泉縣地?zé)豳Y源主要被用于附近的一系列酒店和水療中心，最大體積流量提供的地?zé)嵩?2～95℃的溫度下為180L/s的水，玉泉縣約有85000名常住居民居住在與集中供暖相連的公寓系統(tǒng)內(nèi)，玉泉縣的熱需求是40000KW，其中取暖35000KW，生活熱水5000KW，這個城鎮(zhèn)的暖氣系統(tǒng)是使用三種典型的熱能設(shè)計的，提供地?zé)峒泄嵯到y(tǒng)供暖站四季不間斷，完全覆蓋生活熱水制備的熱需求和寒冷季節(jié)下的供暖工作。當暖氣系統(tǒng)打開時，因為溫度從供熱系統(tǒng)返回到熱流體系統(tǒng)，大約是45℃，并以這種溫度流入河流[1]。這樣，地?zé)岬臒釢撃芩]有完全被利用。之前提出回收可用熱能的解決方案，與之前的情況相比系統(tǒng)效率的提高約為83%。當加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱能僅使用液體燃料時，從排入河水中使用水-水蒸氣壓縮熱泵，將熱泵加入地?zé)嵴具\行方案，這個熱泵只在寒冷季節(jié)工作。當集中供熱系統(tǒng)所需的電力超過了現(xiàn)有板式換熱器的熱功率時，地?zé)嵴驹跓岜谜舭l(fā)器中地?zé)崴焕鋮s到大約30℃，然后流入附近河流。冷凝器與板式換熱器平行運行，地?zé)崴疅峤粨Q器進入加熱系統(tǒng)的熱流體流，從而實現(xiàn)系統(tǒng)供給的熱量增加。此系統(tǒng)可供給地區(qū)大約2/3熱量需求，剩余的熱能和峰值熱能可使用燃油熱水鍋爐或使用從可燃氣體中回收的熱能供應(yīng)相對應(yīng)的范圍。熱泵必須在蒸發(fā)的情況下運行溫度約為25℃，冷凝溫度為超過90℃，從目前的制冷劑來說，制冷劑使用R123和R245fc，以及一些碳氫化合物可以達到要求。最好的選擇是高溫制冷劑R123，其具有很高的穩(wěn)定性，且具有防火性和非爆炸性，它還有著便于安裝和壓縮比小的優(yōu)點。選擇高溫制冷劑R123，還可以降低對自然環(huán)境影響，其具有消耗臭氧層的潛力(ODP)接近零(ODP=0.02)和全球變暖電位(GWP)值很小(GWP=120)。對于一級熱泵的熱力循環(huán)，R123循環(huán)效率也優(yōu)于其它制冷劑。蒸發(fā)器內(nèi)的溫度變化地?zé)崴徽J為是50℃/30℃，制備的熱流體的變化冷凝器45℃/85℃，最大可用容積地?zé)崴髁繛?00L/s，熱能為蒸發(fā)器為8400KW，冷凝器的熱功率為10600KW，耗電量為壓縮機功率為2300KW。這些結(jié)果是通過以R123為制冷劑的熱泵運行模擬[2]。

2.2 微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱方案研究

通過采用這種解決方案，地?zé)嵴镜墓┡到y(tǒng)覆蓋了約占72%區(qū)域所需的熱能。但是考慮到它產(chǎn)生的同時，當用于加熱的熱能只用液體燃料時，產(chǎn)生了二氧化碳和其他污染氣體，這些影響也非常重要。在這種情況下，如果熱泵所需的電力由可再生能源(如微水力發(fā)電)產(chǎn)生，那么系統(tǒng)可以在幾乎整個寒冷季節(jié)只使用“綠色”能量供暖，液體燃料熱水鍋爐只有在最終的高峰或緊急情況使用[3]。微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)機組的應(yīng)用能完全利用氣體的燃燒潛能，小型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)機組，使用氣體或液體燃料，已經(jīng)大約在2000年商業(yè)化并投入使用電力生產(chǎn)效率約為28%～30%，而且電能和熱能的聯(lián)合生產(chǎn)是約75%～78%(排氣溫度為90℃)，其優(yōu)點是無需化學(xué)處理的低污染排放或加速燃燒，可使用多種液體和氣體燃料，包括含有高含量硫化氫(H2S)的氣體。此外，還可以提到以下優(yōu)點：優(yōu)化全負荷永久運行；能夠跟蹤用戶的負載變化；無人值守工作自動化；噪音低；對空間的要求??；維護間隔較長(大約8000h)和保證運行80000h以上等等。主要缺點為：微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)機組的使用電力效率較低，而且價格仍然很高。MT250型汽輪發(fā)電機組壓縮比率約為6，內(nèi)部效率值壓縮機約為80%～85%，溫度為大約250℃的壓縮空氣。燃燒室運行時空氣過量系數(shù)約為5～6，排氣含氧量約為15%，渦輪壓縮機組的轉(zhuǎn)速非常高：65000～70000r/min，廢氣溫度為大約500℃，在內(nèi)部渦輪效率值大約是85%～90%熱回收換熱器之后，廢氣的溫度大約是280℃。熱水鍋爐已開啟電子控制的旁通閥的氣體側(cè)熱負荷，這個微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)的綜合效率單位約為電和熱的分開生產(chǎn)的45%。它被認為是經(jīng)濟收益比率12%；計劃投資回收期7年；熱力循環(huán)內(nèi)部熱回收率-0.63；預(yù)期壽命15年。良好微型燃氣輪機機組的條件投資者的滿意度非常高，實際上，因為燃料成本幾乎為零，財務(wù)指標有更好的數(shù)值，燃料為天然氣從地?zé)崴谢厥?這些結(jié)果表明這樣的解決方案是完全可行的[4]。

3 結(jié)語

地下熱水的熱勢分布區(qū)域的可燃氣體是重要的能源儲備。高級的地?zé)崮荛_發(fā)方案，使用熱泵的相關(guān)技術(shù)使利用這種資源的可能性成為可行，它可以提供冬季所需最高熱量的70%以上。其余的高峰(對于極端天氣條件)還可以在液體燃料熱水鍋爐中生產(chǎn)或使用從可燃氣體中回收的能量進行補給。利用可燃物的微型燃氣輪機機組地?zé)崴泻械目扇細怏w能得到很好的利用。熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢是非常值得注意的，其解決供暖問題的方案具有極大的可操作性和靈活性?？梢杂羞x擇地使用熱泵，在夏天降低熱泵熱負荷運行部分，在這種情況下，地?zé)崴黠@著收縮，從而有助于地?zé)豳Y源微型燃氣輪機的長期使用，熱電聯(lián)產(chǎn)機組帶來了一個巨大的整體供熱系統(tǒng)效率和自主操作回報時間大約7年的低維護成本和高可靠性，使得這個解決方案對于潛在的投資者更加的有吸引力。設(shè)備也可以為設(shè)計模塊化功能(更多小容量單元)根據(jù)變量允許動態(tài)響應(yīng)城市消費者的需求。因此，在地?zé)崮茉词褂梅矫妫摲桨缚梢源_保資源節(jié)約與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的要求，以及該地區(qū)的發(fā)展迫切愿望。