电解液热能的开发利用（通用4篇）
电解液热能的开发利用 篇1
热泵技术能否成功实施,稳定可靠的低温热源是关键。在城市可利用的低温热能资源包括地下和地上两个方面。其具体包括:地下水、土壤、地表水、污水处理厂达标排放水、工业企业生产工艺废水、城市原生污水、原油开采的油田回注水、高耗能企业的冷却水。
1 城市可利用的三种低温热能资源分析
1)城市原生污水特点:温度偏低、管网分布广、处理难度大、可取热能少。原生污水的温度偏低,尤其是北方城市,冬季需要采暖的时候,它的温度最低。像黑龙江省在最冷的时候,可能原生污水温度只有5℃～6℃,温度太低影响运行效率,使用起来难度比较大,而且可用的热能比较少。典型工程见图1。
2)油田回注水特点:油田城市特有的低温热能资源;水质较好;可用温差较大。油田回收水的成因是油田生产的时候,从油井里抽出来的油水混合一体,有一部分是油有一部分是水,需要通过加热以后分离,分离以后这个水还是要注入到地下。油田生产的年限越长,油田的含水量逐年升高。以大庆油田为例,大庆油田每年的产水量达5×104t以上,冬季油田回收水的温度是37℃,夏季是42℃。由于油田回收水对地下温度没有要求,可利用的温差比较大。水质接近中性。典型工程见图2。
3)冷却循环水特点:工业冷却循环水是所有高耗能企业都有的一种低温热源水。冷却循环水是工艺生产过程当中必须产生的一种低温热源。它的特点一是总量大。我国现有的能源消耗结构,高耗能企业消耗了70%的能源,在企业里面通过冷却循环水排放的能量占企业消耗的50%。二是温度比较高,一般都是20℃～40℃之间,有的甚至更高。这个温度在生产和生活中都不能直接利用,只有通过热泵技术才能得以利用。对于热泵来说,这种低温热源应该说是最好的低温热源,如果超过40℃,就可以不用热泵直接供暖了,所以它是热泵系统质量最优的低温热源。三是冷却循环水废能对于企业来说是个巨大包袱,除建设投资外,在排放过程当中,还需要有大量的消耗,其中最大的一部分是水的消耗。排放的方式大概有两种,一种是闭式系统,水损较大,为冷却循环水量的2%～5%。另一种是开式系统,对周围水域环境造成严重热污染。2007年太湖藻类的爆发,热污染是其中的一个原因。但如果能把冷却循环水进行利用,就降低了其消耗的代价。
2 城市低温热能资源的开发利用方式
城市低温热能资源的开发利用需借助热泵装置。
1)按照低温水是否与制冷剂直接换热分为:直接利用式和间接利用式。
2)按照热泵机房的布置位置分为:集中式和分散式。2006年11月末,我们公司成功实施了利用大庆炼化公司的冷却循环水作为低温热源的集中供热工程(见图3)。
3 关于城市低温热能资源开发利用的经济性及风险
1)节约了大量的化石能源;2)节约了大量水资源;3)减少了大量污染物的排放;4)确保不会对企业生产造成任何影响;5)初投资高于燃煤锅炉房,运行费用也高于燃煤锅炉房;6)管网通常会较长,施工难度加大,成本提高;7)末端用户采暖形式影响设备、运行费用。
4 结语
城市低温热能资源的开发利用从技术上看是可行的,如果产业政策予以倾斜和支持,经济效益也将显著提高。但新技术在产业化过程中,仍有许多困难需要面对,但其前景是光明的。
(根据作者演讲录音整理,本刊摘要发表)
加速地热能的开发利用与研究 篇2
面对日益严峻的能源危机和环境污染, 全世界都在研究应对措施。开发利用新型能源和可再生能源是必然采取的重要措施。其中地热能具有很大的开发利用潜力。据有关资料报导每年从地球内部传到地球表面的热量大约相当于1×1011桶石油燃烧时所放出的热量。如果把地球上贮存的全部煤燃烧时放出的热量作为100计算, 那么石油的量约为煤的3%;目前可利用的燃料约为煤的15%, 而地下热能的总量约为煤的170 000 000倍。中国的地热资源十分丰富, 已发现天然露头温泉就有2 000多处, 且每处有若干温泉群和温泉点。温度大多在60℃以上, 有的达100℃~140℃。
地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。
地热发电分蒸汽型地热发电和热水型地热发电。热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型发电站有两种循环系统。闪蒸系统和双循环系统。
直接利用目前有以下方面:
a) 地热供暖。将地热能直接用于采暖, 供热和供热水。冰岛在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统, 现已发展得非常完善, 每小时可从地下抽取7 740 t 80℃的热水供全市11×104居民使用。由于没有高耸的烟筒被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外还可以利用地热给工厂供热, 供给烘干、食品加工、硅澡土生产, 以及木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源。使工厂节省大量的能源与污染。降低成本、改善环境;
b) 服务农业。地热在农业中的应用范围十分广阔。例如灌溉、养鱼、建造温室大棚, 给沼气加温等, 可以利用地热大力发展养殖业和种植业;
c) 服务医疗。地热水除有较高温度外:常含一些特殊的化学元素, 世界各国很重视这种资源, 发现具有一定的医疗效果, 如含碳酸的矿泉水供饮用, 可调节胃酸。平衡人体酸碱度。含铁矿泉水饮用后、可治疗缺铁性贫血症, 氢泉, 硫化氢泉洗浴可治神经衰弱, 关节炎皮肤病等;
d) 服务旅游业。温泉的特殊条件常常成为休闲旅游和度假疗养的胜地。可吸引大批的疗养者和旅游者。在日本就有1 500多个温泉疗养院, 每年吸引1×108人疗养旅游。
由于地热资源丰富, 用途广阔, 清洁无污染, 因此充分开发利用地热大有可为, 随着科技的发展, 人类对社会发展的科学要求, 地热利用必将进入1个飞速发展的阶段。
2 中国的地热能开发
目前, 中国共有40多个地热研究与开发机构、其中15个从事地热地质勘测;25个从事地热能利用, 地热工程设计与施工;30个地热公司。中国是世界上地热能利用最早的国家之一, 目前基本形成以天津为重点开展城市供热, 以羊八井为重点进行发电利用的格局。中国地热利用发展最快的是供暖和养鱼。例如天津建成13×104人供热的区域供暖系统。陕西建成2个3×104、6.6×104m2的鱼塘。北京小汤山建成300多只鸵鸟的鸵鸟养殖场。养殖周期3 a至5 a。经济效益显著。
3 忻州市地热能情况
据了解忻州市范围内存在丰富的地热资源。境内现已发现3处热水。水温36℃~54℃, 含热水层均为第四系松散层, 至1988年未进行止水工作, 为混合抽水。原平大营热水井, 位于大营村西公路边, 井深118.89 m, 主要开采段为25 m~36 m、78 m~113 m, 自流量30 t/h, 水温36℃。定襄白村乡上汤头村东南181号井, 井深66.7 m。60 m见基石, 开采段为32m~36 m、42 m~43 m、54 m~59 m, 水温53℃, 自流。水位降至23.95 m时出水量为30 t/h, 水温56.8℃。忻州南高热水区, 以水温20℃为边界范围呈椭圆形, 长轴方向约北10 m东, 长3 km, 宽1.5 km左右, 出水量为30.6 t/h。抽水2 min, 温度由48.3℃变为49.9℃, 1 h后水温达53.3℃井深40 m左右。
4 分析
地热技术已发展多年, 有不少成功的经验, 而忻州又具备地热资源。这是一种自然的, 最有实用价值, 又充足而且没有污染的能源, 因此开发利用地热资源为忻州市人民谋幸福是一项利国利民的好事。目前, 忻州的这一资源仅限于洗澡, 度假的规模也很小, 名声不大、旅客少, 主要是娱乐度假的开发规模和范围小, 服务设施及服务单一。特别应该加强地热在人民生活中, 在农业生产中, 在农副产品加工中的应用。例如农业可以利用地下热水灌溉、保温、育秧、养鱼和栽培热带作物等等, 工业可用地下热水作为热源、节约大量燃料。从地下水中还能提取有用的矿物原料, 稀有化学元素和原子能电站所需用的重水等, 在医疗上, 在建筑取暖方面都有很大的发展潜力。特别是建蔬菜大棚和民用居住房屋方面应加大投入, 在节约能源减少环境污染、改善生存环境方面有重要的意义。因此要充分利用本地这一资源优势, 充分发挥其作用, 将是使忻州市又好又快发展的重要的措施。
5 建议
加速地热能的利用是利国利民, 加速忻州市和谐发展、科学发展、又好又快发展的重要途径。而忻州市地热能的利用没有引起足够的重视, 且应用范围和规模十分有限。针对现状我们提出以下几点建议。
a) 要引起有关部门与有关领导的重视。通过调研掌握目前地热利用的技术、范围、效果, 分析地热利用的投资及基本情况;
b) 深入考察本地关于地热能的利用情况, 同时进一步摸清本地区资源的情况。制定发展规划;
电解液热能的开发利用 篇3
关键词：地热能,现状,前景
长期以来, 在某种程度上人们总是认为经济是社会发展的第一要素, 于是过分追求发展经济而忽视了对环境保护等各类问题。随着时间的推移, 为发展经济而必需消耗的能源资源也面临着枯竭的危险, 于是可再生能源开始被逐渐开发。在这种背景下, 作为清洁能源的地热能不仅正好满足了社会的需求, 而且成为环保能源的主力军之一。本文针对我国地热能开发利用的现状进行分析并提出相关建议, 从环境和社会经济等角度阐述了地热能的发展前景。
一、关于我国地热能开发利用的现状
1、关于我国地热资源的概述
我国地热资源非常丰富, 对地热能大规模的开发可以追溯至上世纪70年代, 经过30多年的勘探, 在技术上已经建立一套完整的地热勘探技术方法, 也基本形成了主要利用地热能的格局。我国地热能资源的特点是:储量丰富, 分布广泛。其资源总量占世界的7.9%, 在地深3000米至10000米处的沉积量相当于860万亿吨的煤炭资源, 而我国对地热资源每年的利用量也领先世界20年之久。作为可再生资源, 地热能资源的开发利用已经成为社会经济建设的重要资源力量, 对生态城市的建设和节能环保都起到了十分重要的作用。
2、我国对地热能的开发利用现状
我国是世界上最早开发利用地热资源的国家, 经过多年的勘探历史, 在技术上和利用方式上已经成熟, 但是仍存在许多问题亟待解决。
(1) 技术现状。经过多年的研究勘探, 我国在技术上已经形成了完整的地热资源勘探技术体系, 在设计和施工方面, 已经有相应的先进的设备作为辅助配套, 在监测仪器上逐渐实现了国产化。比如, 在西藏、河北下庄地区的地热勘探中, 采用断裂构造遥感解释的技术, 而在滇 (腾冲) 、苏 (淮安) 、冀 (承德) 、等地, 运用频率域法进行地热的勘探取得了不错的效果。另外, 作为浅层地热资源开发的关键因素——地源热泵技术在短短的十年时间中, 我国已经进入了世界第二。
(2) 产业化现状
我国对地热资源的利用已经深入到各个方面, 在利用规模和经济上也形成了一定的产业化趋势。主要表现在地热能发电, 我国地热发电产业也具有一定的基础和规模, 由于地热发电对地热流体的温度要求非常高, 所以我国的西藏、云南和四川西部等地区更适合高温地热资源发电。我国地热发电始于上世纪70年代, 在广东建立了第一座地热电站, 至此, 陆续建立了具有规模的地热电站。比如西藏的第一个高温地热发电机组, 成为我国最大的地热电站。
(3) 地热资源的直接利用
地热供暖:虽然整体上我国地热供暖与国际的先进水平还具有一定差距, 但也已经有近20年的历史, 这主要集中在我国冬季气候较寒冷的华北和东北一带。比如北京的地热供暖方式利用换热器可以提供间接供暖等多种方式, 这不仅降低了煤炭资源对环境的污染, 同时也能保持供暖质量的高效, 成为北方普遍受欢迎的供暖资源。
地热温室:我国对地热的利用还表现在地热温室对农副业的运用上, 在发展潜力较大的花卉方面, 地热温室的经济效益非常明显, 地热水对农作物的灌溉能够调节水温, 解决低温冻害的问题。随着经济的进步和人民生活水平的提高, 对地热温室的应用将会得到更进一步的发展。
地热水疗:地热能除了供暖功能和应用于农业之外, 因其地热水具有有益的矿物质, 也常被用于医疗保健和旅游、娱乐。比如, 经常进行地热水的洗浴, 对关节炎、高血压等都具有康复作用。某些地区因为地热水的功效, 也将其用于旅游胜地, 大力开发地热温泉, 收到了不错的市场经济效益。
二、目前开发利用地热能源存在的问题
1、环境保护问题:
虽然地热能被被称为清洁能源, 但它在一定程度上仍会引起一些问题, 主要表现在热污染、土壤污染和地面沉降问题, 而尤以地面沉降问题最为严重。因为从地下抽取地热流将会改变地下承受压力不均, 致使地表下沉, 另外, 热流体的有害物质也会被排入空气中, 对人体造成伤害。同时被排除的地热水在流入土层后, 地农作物具有破坏作用, 所以, 对地热的利用也必须做到开发与防治兼顾。
2、分配不均衡:
我国地热资源主要分布在西南的西藏和云南及四川南部高原地区, 分配不均衡造成开发难度加大, 同时, 分布的地区由于交通不便利, 经济较为落后, 在客观上阻碍了对地热资源的开发。比如在云南境内, 虽然地热丰富, 但是由于高温天气的制约因素, 对地热的开发前景不太乐观。所有的这些不利条件, 加大了地热开发的成本, 不利于我国地热资源的规模利用。
3、技术创新不足:
地热的开发离不开技术的支持, 但是由于在观念上根本没有形成对地热能的重视, 造成各种对地热开发的投资过低, 技术创新缺乏资金, 不能适应地热资源向更深度开发的需要。
三、我国地热能开发利用的前景
在目前看来, 占主导地位的石油和天然气等能源会随着使用的时间而逐渐减少, 加上这些能源在价格上过高, 这加大了对地热能这一可再生资源的开发力度。从地热能所具有的特点看, 环保的地热能发电将会更适应我国经济建设的国情, 地热市场的需求也将会加大。同时, 对地热能资源的开发和利用也必将会带动新的经济产业的发展。
四、结语
综上所述, 地热开发以市场为导向, 加大投资力度, 不断更新技术。利用地热能对环保的作用, 因地制宜, 进行合理开采, 综合利用的方式, 使其获得更好的经济效益和环境效益。
参考文献
[1]马立新、田舍:《我国地热能开发利用现状及发展》, 《中国国土资源经济》, 2006年09期。
电解液热能的开发利用 篇4
本研究区范围, 以兰州城市规划区范围为界, 即西起西固宣家沟, 东至城关桑园峡, 南、北两侧至丘陵区谷肩或分水岭。地貌单元主要包括了黄河Ⅰ～Ⅳ级阶地及部分丘陵。行政区划涉及西固、安宁、七里河、城关四区。工作区总面积358.58km2。
兰州位于中国西部三大高原交汇处, 气候干燥, 区域环境较恶劣。长期以来存在的生态环境脆弱、环境污染严重等问题制约着兰州市投资环境的改善和人民生活质量的提高。因此, 科学合理地开发利用清洁环保的浅层地热能资源对于改善城区环境质量, 提高城市品位, 创造良好的投资环境有着十分重要的意义。
1 兰州市城区浅层地热能资源类型
1.1 浅层地热能概念
浅层地热能, 是指地表以下一定深度范围内 (一般为恒温带至200m埋深) , 温度低于25℃, 在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资源, 其分布广泛, 温度稳定, 与地表存在反向温差, 是很好的替代能源和清洁能源, 日益受到人们的重视, 成为地热开发利用新的增长点。地源热泵技术是目前开发利用浅层地热能资源的主要技术, 通过输入少量的高品位电能将低品位的浅层地热能向高品位能源转移, 从而实现利用浅层地热能给建筑物供暖或制冷。依据浅层地热能热交换方式的不同, 分为土壤源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水源热泵系统。
1.2 兰州市城区浅层地热能资源类型
兰州市城区浅层地热能资源根据其蕴藏方式, 主要有土壤源 (地埋管) 、地下水源、地表水源、中水及污水等4种类型。
1) 地下水源是本区主要的浅层地热能资源之一。区内水文地质条件良好, 第四系松散岩类孔隙潜水丰富, 城区大部分地段单井涌水量在500～5000m3/d, 特别是断陷盆地潜水, 水量丰富, 单井涌水量在1000～5000m3/d。地下水水温一般在11～16℃之间, 具有较好的利用温差。地下水中蕴藏着丰富的浅层地热能资源。
2) 兰州市黄土分布广、厚度大, 约80%的地段被黄土覆盖, Ⅳ级阶地以上大部分地段黄土堆积厚度在50m以上, 据钻孔揭示, 西津村黄土厚度达409.93m。开发利用土壤源浅层地热能资源具有得天独厚的优势。
3) 黄河自西向东横贯西固、安宁、七里河、城关区, 流经城区约45km, 为兰州市区提供了主要的生产和生活用水。据资料统计, 多年月均流量502～1405m3/s, 月均水温3.01～18.7℃。开发利用地表水源浅层地热能资源具有十分优越的地理条件。
4) 区内现有污水处理厂4座, 除此以外, 城区尚有规模较大的排污工业企业, 其污水排放量相当可观。年排放污水总计为8875.5×104m3/a, 其中4家污水处理厂中水总计8590.5×104m3/a, 占污水年排放总量的96.8%;工业企业年排放污水合计285×104m3/a, 占3.2%。污水温度一般在10～25℃之间, 具有很好的温差优势。开发利用城市污水, 将成为浅层地热能资源开发利用新的亮点。
2 浅层地热能开发利用现状
通过对兰州市城区 (包括城关、七里河、安宁、西固区) 已建地源热泵系统项目运行情况进行实地调查, 采用调查问卷形式, 调查内容主要有地源热泵项目基本情况、冷热源、机组及末端、经济效益、存在的问题等5个方面。调查截至时间为2008年12月底。
根据调查统计, 兰州市城区已建地源热泵系统项目15个, 见表1, 总建筑面积约43.1万m2, 约占兰州市总供暖建筑面积0.7%。其中, 运行正常的有11个, 面积约37.7万m2, 占兰州市城区地源热泵供热面积的87%;已停止运行的有3个, 面积约为4.3万m2, 占地源热泵供热面积的10%;已建成待运行的1个, 面积为1.1万m2, 占地源热泵供热面积的3%。如图1所示。
分布区域如图2所示, 在已安装的15个地源热泵系统项目中, 有12个分布于城关区, 占总量的80%;3个分布于七里河区, 占20%;安宁区和西固区则无。
从安装类型方面统计, 已建地下水地源热泵系统项目13个, 其中3个已不能正常运行, 1个待运行;已建土壤源地源热泵系统项目2个, 运行效果良好。以上系统均是采用一机两用, 即夏季制冷, 冬季供暖。人们愿意接受地下水换热系统的原因主要是相对于土壤源换热系统而言, 其工程技术较成熟、费用较低廉。
从地源热泵系统的用途来看, 如图3所示, 主要集中在商务办公、住宅方面, 其他还有展厅、医院、学校、法院等多种建筑, 具有用途的多样性。其中, 商务办公建筑面积占总面积的50%, 其次是住宅, 占22%, 医院、法院各占9%, 商务展厅占6% (已停用) , 学校3% (已停用) , 其他占1%。
据调查, 兰州市城区拟建地源热泵系统项目约4个, 分别是甘肃会展中心建筑群、五洲豪爵商务会所、联合国太阳能综合楼、环保大厦, 总面积达21万m2以上。其中最大为甘肃会展中心建筑群, 该建筑群正在建设当中, 总面积约17万m2, 目前供暖制冷的方案是采用地下水和黄河地表水相结合作为冷热源, 并配备调峰锅炉。其他均采用地下水地源热泵系统。可以看出, 地源热泵系统以其环保、可靠、经济的特点, 越来越被更多的有识企业和商家接受, 发展势头较为强劲。而且, 从冷热源方面正在积极探索利用黄河水等地表水源, 将对今后兰州市地源热泵的发展产生良好的示范作用, 前景较为乐观。
兰州市现有地源热泵系统安装公司约8家, 客户对象均以兰州为主, 辐射全省以及青海西宁、宁夏银川等周边地区。
3 存在的主要问题及原因分析
3.1 成功率低
在15个项目中, 按建筑面积计算, 成功率为87%, 3个项目被迫停止运行, 占10%。其中兰州市女子职业中学和良志汽车展厅停用的直接原因是地下水量严重不足, 不能满足系统需水要求;而摩托车会展中心是因南河道改造水井被填而被迫停用。较低的成功率, 极大地打击了开发商 (或业主) 的积极性, 主观上严重阻碍了兰州市城区浅层地热能开发利用进程。
3.2 换热系统类型较单一
已安装的15个项目中, 绝大多数采用地下水换热系统, 只有2个采用土壤源换热系统, 而且利用面积近9000m2, 约占总安装面积的1%, 地表水换热系统则无。
3.3 发展缓慢
浅层地热能在西方国家尤其是北欧瑞典、瑞士等一些国家早在上世纪80年代已经得到广泛应用, 在我国则是近几年才随着经济、能源、环境之间的矛盾逐步被人们认识和接受。从1999年 (良志集团汽车展厅地源热泵系统项目) 开始, 兰州市城区已经开始了地源热泵系统工程的安装, 应该说, 起步尚不算晚, 但发展缓慢, 每年的安装项目数量不超过2个, 如图4所示, 与我国北方的大中型城市相比有较大的差距。
3.4 市场较不规范
开发商 (或业主) 对地源热泵技术的理解不深, 往往盲从安装方的设计;安装前普遍对场地地质、水文地质条件的勘查程度不够, 导致换热系统的设计出现缺陷, 使得系统运行水量、机组等环节不能和谐配套, 结果是一方面运行费用提高, 经济性未能体现, 另一方面水量不足完全不能满足需要, 从而被迫停用。行业监管工作尚不完善, 尤其对从业人员资格方面尚未设置“门槛”。这一点也是全国存在的问题, 沈阳市暂以参加并取得中国地调局培训班结业证为从业资格。
3.5 普遍忽略了对地质环境的影响
设计、运行中缺乏对地质环境影响的认识和评价, 如地温场变化规律, 地下水水位、水质、水温动态监测等。
3.6 回灌能力普遍差
调查统计结果显示, 约1/3的地源热泵系统回灌能力差或无回灌。长期运行, 可能导致地下水位下降, 出水量不足, 破坏地下水动态平衡, 易产生次生地质环境问题等。初步分析认为, 产生回灌能力差的原因主要有以下几点:一是地源热泵系统项目前期勘察不够, 回灌试验环节缺失, 导致设计的回灌井数量偏少, 不能完全满足系统回灌要求;二是认识不足, 不回灌或少回灌的主观意识依然存在, 当然这与本市的监管能力薄弱不无关系。三是地质条件因素导致回灌能力差。
通过调查, 了解到产生上述问题的原因主要有3个, 而且往往互相关联和影响。
一是经济上初投资较大。一般地下水地源热泵系统初装投资为150元/m2左右, 相比较传统集中供热方式而言, 无疑是一笔较大的投入, 经济负担较重。特别对于一些中小企业, 在政府无补贴的情况下, 很难做出这一笔投资的决策。
二是意识上对传统集中管网供热的依赖程度较大。由于成功率较低和对技术的疑虑等方面的原因, 开发商普遍采用保守的态度, 而选择采用集中供暖的方式。
三是管理上行业监管不够, 技术把关不严。地源热泵在兰州市发展以来, 基本属于探索性的开发, 开发商和安装方的随意性较大。而行业方面, 对于这一新型产业的管理归属不清, 审查不够严格。特别水量满足性计算, 回灌、换热试验, 以及地质环境影响预测等方面还有待完善。
从地源热泵系统组成的专业技术角度来看, 末端系统的设计和施工属于暖通空调专业;机房系统主要由主机、电气自控系统和水流控制系统组成, 核心是热泵机组技术;地源部分的设计施工属于地质、水文地质专业。所以地源热泵系统实际上是暖通空调技术、热泵技术和地质勘察技术等多学科相互配合有机结合的综合新型、环保、节能技术, 缺一不可。
目前, 暖通空调技术和热泵机组技术已经得到了长时间和广泛的应用, 基本不受地域限制, 技术业已成熟。但由于各区域、场地的水文地质条件的复杂多变, 岩土体的导热性和水文地质参数差异较大, 在设计上就要选择适宜的换热系统和布置方案。另外, 从发展的长期性考虑, 必须重视地源热泵系统运行对地质环境的影响, 工程设计尽可能地避免产生相关次生地质灾害, 如地下水水质交叉污染、地下水位下降、地温场的改变等。因此科学合理的地质勘察和设计, 是浅层地热能开发利用工程能否成功运行的关键因素。
4 浅层地热能开发利用效益评价
浅层地热能的效益评价主要包括经济效益、环境效益以及社会效益等多方面。在对已建成运行项目经济效益定量计算的基础上, 主要针对2007～2008年度采暖季各系统运行的电量、费用等参数, 运用定量分析与定性分析相结合的方法, 对兰州市城区已建成并成功运行的地源热泵工程进行综合经济效益评价。
在全部调查的15个地源热泵系统工程中, 3个已停止运行, 2个始运行, 1个待运行, 另有3个由于军队管理或主管部门等原因, 其经济效益调查资料不完整或数据较保守等。所以, 参与经济效益评价研究的项目只有6个, 见表2, 其中土壤源地源热泵项目1个, 地下水地源热泵5个。因土壤源地源热泵项目较少, 所以将土壤源和地下水地源热泵作为整体进行研究。
参照省地矿局第二地勘查院地下水地源热泵系统项目运行费用, 如图5所示, 在分析评价时将兰州市采暖期设定为150d, 而制冷期大致为50d。
表2中:热泵单平米每月费用=总发生费用÷ (总面积×热泵供暖月数) ;
节省费用=单平米供暖价格差价×总面积。
式中, 热泵集中供暖时间按5个月计, 传统集中供暖单平米价格按4.2元计。
由表2可见, 采用地源热泵系统供暖, 单平米运行。
费用从1.26～3.36元/m2不等, 但都远低于集中供暖收费标准 (2008年, 住宅4.2元/m2) , 两者相比每年均有不同程度的节省费用。单平米运行价格相差较大的原因有三点, 一是地源热泵系统本身由于设计原因耗电偏高;二是电价差异较大, 最低谷价只有0.21元, 最高价则达到1.14元;三是因涉及到商业经营秘密, 部分工程在运行费用方面所报数据偏高。
每个采暖季 (按) 单平米耗电量在12.3～27.6kW·h, 平均值为17.7kW·h, 常见值为15kW·h左右。以国家统计局每度电折0.404kg标准煤 (火电) , 作为电力折算标准煤系数, 则地源热泵采暖季能耗为4.97～11.16 (kg标准煤/m2季) , 平均值为7.14 (kg标准煤/m2季) , 常见值为6 (kg标准煤/m2·季) 。
若同一标准煤对比, 取以上参数平均值, 地源热泵冬季供暖面积为38.8万m2, 可以粗略计算目前兰州市供暖季由地源热泵系统供暖负担的热量 (电力) 相当于2770t标准煤。设定集中锅炉房供暖能耗约19.8 (kg标准煤/m2·季) , 可以计算出总能耗为7680t标准煤。两者对比, 地源热泵供暖较集中供暖可以节省约64%能源, 总体上结余量为4910t标准煤, 节能效果较为显著。
按照经验值, 燃烧1t标准煤将排放碳粉尘8kg、二氧化碳 (CO2) 2386kg、二氧化硫 (SO2) 17kg以及氮氧化合物 (NOx) 7.4kg。按此计算, 目前采用地源热泵系统结余的4910t标准煤, 总体上将减少排放碳粉尘约40t、CO2约1.2万t、SO2约83t以及氮氧化合物约36t;而单就兰州市城区而言, 净减少排放的污染量分别为:碳粉尘约61t、CO2约2万t、SO2约130t以及氮氧化合物约57t。可见从减排方面, 采用地源热泵供暖将发挥巨大的作用。
夏季制冷耗能及费用情况, 以二勘院为代表进行分析。兰州市制冷期主要集中在7～8月份 (见图5) , 办公楼面积为6568m2, 平均每平米为1.6kW·h, 总耗电量为1.05万kW·h, 折合标准煤为4.2t。
若采用中央空调制冷, 保守设定每天工作时长为6h, 制冷天数为50d, 面积利用率系数为0.5, 并按照国家暖通规范, 以办公室每平米中央空调功率为120W计算。则制冷季每平米耗电量为36kW·h, 共需耗电11.8万kW·h。两种方法制冷相比较, 采用地源热泵进行夏季制冷, 较中央空调制冷少耗电10.75万kW·h, 节约能源91%。
西部大开发以来, 由于国民经济的快速发展, 兰州市日益成为中国西部区域性中心城市。但是, 城市大气环境污染始终是困扰着经济快速发展和人民生活水平提高的敏感问题。有资料表明, 兰州市空气环境质量主要以II级 (良) 和III级 (轻度污染) 为主, 全年采暖期与非采暖期空气质量仍有明显差异。其中, 在非采暖期, 空气质量主要为II级, 占74.77%;采暖期, 空气质量仍以III级为主, 占61.84%, 冬季空气质量较差。根据兰州市环境监测站数据资料, 2004年兰州市二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项大气污染物中, 除二氧化氮外, 其他两项均超过国家二级标准, 其中可吸入颗粒物严重超标, 达到69%;二氧化硫超标18%, 城区大气污染程度依然严重。较之非典型的采暖期, 冬季供热期间, 三项污染物污染程度几乎增加一倍, 呈现煤烟型污染特性。因此, 科学合理并有规划地发展地源热泵项目对兰州市实现节能减排, 改善生态环境等具有重要意义, 将产生明显的经济效益、环境效益和社会效益。
5 结语
浅层地热能是地热资源的一部分。地下水源浅层地热能资源的开发利用是一项新兴产业, 其经济、节能、环保的战略意义已被社会所共识。因此, 科学合理地发展地源热泵项目对兰州市落实节能减排政策, 改善生态环境等具有重要意义, 将产生明显的经济效益、环境效益和社会效益。
参考文献
[1]甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院.兰州市城区浅层地热能资源调查评价报告[G].2010.
[2]甘肃省地质环境监测总站.兰州市区域水文地质调查报告[G].1997.
[3]甘肃省地质环境监测院.兰州市城市地质报告[G].2007.