张家云
摘 要：地热能是一种清洁、无污染的新能源，储量大、分布广泛，具有极大的发展潜力。我国地热资源丰富，以中低温资源为主，其利用分为地热发电和直接利用。长期以来，我国地热能直接利用位居世界首位，目前地热能供暖已成为我国地热能直接利用中最重要的开发利用方式。本文主要介绍中深层地热能供暖现状及工艺，并对其中的问题进行分析，提出相关的建议。
关键词：地热能 供暖 建议
中图分类号：P64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0044-02
我国自20世纪70年代起开始进行地热普查、勘探和利用；90年代以来，以北京、天津、保定、咸阳和沈阳等城市为代表开展了中低温地热供暖、旅游疗养、种植养殖等直接利用；21世纪初，随着热泵技术的进步，地源热泵供暖等浅层地热能开发得到快速发展[1]。近年来，大气污染严重，雾霾治理问题日益突出，浅层地热能开发具有一定的局限性，中深层地热能开发得到了快速发展，且技术日趋成熟。截止2015年底，中深层地热能供暖面积达1.02亿m2，主要分布在北京、天津、河北、山东、陕西、河南等地区。根据国家地热能开发利用“十三五”规划，“十三五”期间中深层地热能新增供暖面积4亿m2[1]。
1 地热能供热
地热能供热，是以一个小区或多个小区为供热单位建立供热系统，提供供热服务。地热供热系统一般包含地热井、地热管网、地热供热站、供热管网和热用户，根据地热资源条件和供热负荷钻凿地热井，由地热井泵提取地热水，经地热管网输送至供热站，在地热站内进行热交换，将地热水热量传递给供暖循环水，温度升高的供暖循环水经供热管网输送至热用户，供热用户利用，温度降低的地热尾水经回灌井进行同层回灌[2]。根据供热系统有无调峰及调峰类型主要分为3种形式，即地热间接供热、地热+热泵机组、地热+热泵机组+调峰锅炉[3]。
1.1 地热间接供热
地热间接供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水，经地热管线送至换热器，利用换热器进行热交换将热量传递给供热循环水，温度降低后的地热水经输水管线送至回灌井进行回灌；获取热量、温度升高的供热循环水，由供热管线送至热用户，供热用户利用热能，温度降低后的供热循环水经供热管线输送至换热器再次换热获取热量、提高温度，如此周而复始循环。
该工艺相对简单、造价低，可减小地热水对供热管线和用热末端的腐蚀，降低生产运营和维护费用，提高项目有效运营周期。
1.2 地热+热泵机组
地热+热泵机组供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水，经地热管线送至一级直供换热器，利用一级换热器进行热交换将热量传递给供热循环水，温度降低后的地热水送至二级换热器，进行二次换热将热量传递给二级板换与热泵蒸发器侧之间的循环水，为热泵机组提供热源，经二级换热器换热后的地热水由输水管线送至回灌井进行回灌；经一级换热器换热和热泵机组制热后获取热量、温度升高的供热循环水，经供热管线送至热用户、供热用户利用，温度降低后的供热循环水由供热管线输送至一级换热器和热泵机组冷凝器侧进行换热获取热量、提高温度，如此周而复始循环。
该工艺相对复杂、造价较高，生产运营成本也较高，热泵机组作为调峰承担热负荷不易过高，地热能利用率较高。
1.3 地热+热泵机组+调峰锅炉
地热+热泵机组+锅炉供热是利用深井潜水泵从开采井提取地热水，经地热管线送至一级换热器，地热水利用一级换热器进行热交换将热量传递给供热循环水，温度降低后的地热水送至二级换热器，进行二次换热将热量传递给二级换热器与热泵蒸发器之间的循环水，为热泵机组提供热源，经二级换热器换热后的地热水由输水管线送至回灌井进行回灌；经一级换热器换热和热泵机组制热后获取热量、温度升高的供热循环水热量和温度仍然不能满足需求，需进一步利用调峰锅炉加热升温，然后经供热管线送至热用户，供热用户利用，温度降低后的供热循环水由供热管线输送至一级换热器和热泵机组进行换热获取热量、提高温度，然后再次由锅炉加热升温，如此周而复始循环。地热+热泵机组+调峰锅炉供热工艺复杂、造价高，生产运营成本高。
地热资源受地域限制，其开发利用应根据当地资源、市场、政策等条件选用合理的供热模式，提高资源利用率、经济效益和环境效益。
2 地热能供热问题分析
地热供热技术已趋于成熟，也存在着诸多问题，给地热产业发展带来一定的阻碍。
2.1 地热勘查程度低，钻井风险大
目前除个别地区资源勘查相对成熟外，全国大部分地区勘查程度低或无勘查，在资源勘查不足的情况下进行开发，钻井失败率较高，且无法进行科学合理的开发部署，会造成很大的损失。
2.2 初投资高，周期长
一般而言，开发某一区域的地热能，需先进行地热资源勘查，勘查工作较重、投入大，对企业来说负担较重。目前地热井的钻探方法和工艺依然采用油气井工艺和设备材料，地热井投资较高，导致地热供热初投资高，建设和投资回收期长。
2.3 地热尾水回灌率低
目前，国家尚未针对地热尾水回灌出台标准，各地开发管理缺少规范，地热回灌监督不严，存在着地热尾水回灌率低，不仅造成了资源浪费，地面土壤、河流产生污染，也对地热资源可持续开发带来阻碍。
2.4 结垢、腐蚀严重
地热水普遍存在着矿化度，在实际生产运营过程中，对运输管网、设备产生腐蚀，造成管道刺漏、换热器换热效率降低或损坏。地热水在运输过程中，改变了原有的热储环境，极易造成结垢，堵塞管道，给系统运行带来困扰。
2.5 動态监测、可持续评价差
某些地区地热开发过程中，地热井液位、流量、温度发生变化，并有一定的下降趋势，造成原有设计系统不能适应其变化，其原因在于地热开发初期缺乏科学的地热资源开发评价，开发过程中缺少动态监测。
2.6 地热利用缺乏合理性
各地地热资源条件不同，某些地区资源品位高，地热直接利用后尾水依然在40℃左右，地热综合利用率不高；有些地区品位低，为了利用地热能满足工程要求，地热水温度降低较大，尾水温度甚至达10℃，长期开采必将对地热能力恢复产生不利影响。
3 地热能供热建议
针对当前地热能供热存在的问题，结合实际工程经验，提出以下建议为地热发展提供经验和帮助，促进地热产业的进一步发展。
3.1 加大地热勘查力度
为降低地热开发风险，应扩大地热勘查范围，提高地热勘查程度。地热资源的国有属性，资源勘查成本大，企业自身力量相对薄弱，建议国家或地方政府组织开展全国或各区域地热资源勘查，明确各地区的地热资源状况，为地热资源的开发部署提供科学依据。
3.2 提高技术创新水平
地热供热初投资大，供热系统工艺、设备及材料选用较为保守，未研发与之配套的设备及材料，应加大技术创新，从工艺各环节研发与地热供热相适应的设备、材料，建立一系列相应的标准规范，降低建设、生产成本，提高地热供热的效益。
3.3 规范地热尾水回灌
地热尾水回灌是地热开发非常重要的技术问题之一，应根据地热勘查和回灌试验，明确各地的回灌条件，建立地热回灌的规范标准，严格保证地热回灌率，确保地热资源的可持续稳定开发。
3.4 加强地热开发动态监测与评价
地热资源开发利用是动态的，不仅要有前期资源评价，也要有开发过程的动态监测，随时掌握其的动态变化，矫正前期资源开发评价的合理性，为后续开发提出合理的指导性建议。
3.5 合理控制地热利用率
依据地热勘查与评价，根据不同地区资源状况合理控制资源开发利用率，对开采量、回灌温度给予合理控制，既要避免热量浪费，又要控制热量超采，影响地热的经济可持续开发。
参考文献
[1]国家发展和改革委员会，国家能源局国土资源部[Z]地热能开发利用“十三五”规划.2017.
[2]CJJ138-2010，城镇地热供热工程技术规程[S].
[3]Q/SH 1050 007-2014，地熱供热热力系统设计规范[S].
