原創(chuàng)： 王峽，等  煤氣與熱力雜志  昨天

作者：王峽，亢磊

第一作者單位：濟南市熱力設計研究院

摘自《煤氣與熱力》2017年10月刊

1   干熱巖供熱技術

干熱巖是一種普遍埋藏于距地表2~6 km，溫度為150~650 ℃的不含水或蒸汽的干熱巖體，熱能賦存于各種變質巖或結晶類巖體中，這部分熱量來自地球內部熱核反應。聯(lián)合國有關新能源報告顯示：全球，地層深度5 km范圍內，地熱資源量相當于約4 900×1012 t標準煤。我國的地熱資源儲量約占全球總儲量的16.7%，儲量巨大。對于干熱巖供熱項目，鉆孔深度一般控制在2.5 km以內，這一深度內的巖體最高溫度為70~75 ℃。干熱巖供熱項目的供水溫度一般比較低，因此適用于采用地板輻射供暖系統(tǒng)或風機盤管的建筑。

 干熱巖供熱系統(tǒng)流程見圖1。通過鉆機向地下一定深度的巖層鉆孔，在鉆孔中安裝密閉的金屬地埋管換熱器，地埋管換熱器中循環(huán)介質與巖層換熱，經地埋管換熱器加熱的循環(huán)介質與地面熱力站中的換熱器換熱后（或經熱泵機組提高供水溫度）用于建筑供熱。

圖1   干熱巖供熱系統(tǒng)流程

1~5.閥門

在供暖初末期，可以采用直接供熱方式（閥門1、5開啟，閥門2~4關閉），地埋管換熱器內循環(huán)介質與地下干熱巖換熱后進入地面熱力站的換熱器，供熱回水經換熱器與循環(huán)介質換熱升溫后作為供熱供水供給用戶。在供暖嚴寒期，采用間接供熱方式（閥門2~4開啟，閥門1、5關閉），經換熱器與循環(huán)介質換熱升溫后的熱水不直接供給用戶，而是經閥門2進入熱泵機組冷凝器進一步提升溫度，然后經閥門3作為供熱供水供給用戶。供熱回水經閥門4進入熱泵機組蒸發(fā)器，降溫后進入換熱器，完成一次循環(huán)。這樣可充分利用回水的余熱，實現(xiàn)大溫差運行。

2   干熱巖供熱工程實例

干熱巖供熱技術是一種廣義上利用地熱能的技術，不需要非常高的溫度，鉆孔孔徑200 mm、鉆孔深度2.5 km為性價比******的工程做法。

①工程實例1

 我國西北地區(qū)某市A區(qū)干熱巖供熱項目。規(guī)劃供熱面積為2×104 m2，2016—2017年供暖期實際供熱面積為1×104 m2。開設2眼直徑為200 mm的鉆孔，孔深2.5 km，兩眼井口距離（一般控制在15 m以上）18 m，單鉆孔理論換熱能力為600 kW。開設鉆孔施工時間為57 d，單眼鉆孔費用為200×104 元。供暖初末期采用直接供熱方式，設計供、回水溫度為47、43 ℃。供暖嚴寒期采用間接供熱方式，設計供、回水溫度為47、10 ℃。熱力站配置熱泵機組。

②工程實例2

 我國西北地區(qū)某市B區(qū)干熱巖供熱項目。規(guī)劃供熱面積為1×104 m2，2016—2017年供暖期實際供熱面積為4 000 m2。開設1眼直徑為200 mm的鉆孔，孔深2.5 km，單鉆孔理論換熱能力為600 kW。開設鉆孔施工時間為20 d，單眼鉆孔費用為200×104 元。供暖初末期采用直接供熱方式，設計供、回水溫度為37、34 ℃。在供暖嚴寒期采用間接供熱方式，設計供、回水溫度為47、10 ℃。熱力站配置熱泵機組。

③供熱效果

 由調研結果可知，用戶室內溫度均達標，這說明這兩項干熱巖供熱工程的供熱效果比較理想。

3   干熱巖供熱技術的優(yōu)勢及風險 

3.1  優(yōu)勢

①政策支持

 干熱巖供熱項目得到了國家政策的有力支持。2017年1月，由國家發(fā)改委、國家能源局、國土資源部聯(lián)合發(fā)布的發(fā)改能源［2017］158號文《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》指出：根據(jù)地熱資源特點和當?shù)赜媚苄枰虻刂埔碎_展淺層地熱能、水熱型地熱能的開發(fā)利用，開展干熱巖開發(fā)利用試驗。結合各地區(qū)地熱資源特性及各類地熱能利用技術特點，有序開展地熱能發(fā)電、供暖以及多種形式的綜合利用。在“十三五”時期，在全國地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀普查的基礎上，查明我國主要水熱型地熱區(qū)（田）及淺層地熱能、干熱巖開發(fā)區(qū)地質條件、熱儲特征、地熱資源的質量和數(shù)量，并對其開采技術經濟條件做出評價，為合理開發(fā)利用提供依據(jù)。支持有能力的企業(yè)積極參與地熱勘探評價，支持參與勘探評價的企業(yè)優(yōu)先獲得地熱資源特許經營資格，將勘探評價數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入國家數(shù)據(jù)管理平臺。

②技術優(yōu)勢

 與太陽能供熱相比，干熱巖供熱不存在太陽晝出夜落及陰雨雪天氣的影響。與地埋管地源熱泵相比，干熱巖供熱不存在地埋管占地面積過大的問題。與地下水地源熱泵相比，干熱巖供熱不存在地下水回灌和重金屬污染問題。與空氣源熱泵相比，干熱巖供熱不存在冬季室外機結霜引起的制熱能力下降的問題。與燃煤鍋爐房、熱電聯(lián)供供熱相比，干熱巖供熱的污染物排放量低，化石能源消耗量小。

3.2  風險

 由于干熱巖供熱項目中鉆孔費用占工程造價比重高，因此鉆孔成井成功與否是干熱巖供熱項目前期的主要風險之一。對于目前的干熱巖供熱項目，供熱效果均比較理想，但這些項目并未達到設計供熱面積，且運行時間也不長。因此，不排除長期運行的干熱巖供熱項目，巖層的熱量衰減，無法保證出水溫度，以及導致熱泵機組耗電量提高。由于干熱巖供熱項目的鉆孔較深，地埋管換熱器的壽命和承壓能力是值得我們關注的風險內容之一。

4   建議

在實施鉆孔前，應由具有資質的專業(yè)隊伍進行地熱資源勘探、地質取樣與測試，以獲取水文地質參數(shù)及地溫梯度、巖層熱儲量等基礎信息。選擇一支具有相關資質且技術過硬的專業(yè)鉆井施工隊伍開設鉆孔，以確保鉆孔的成井質量。爭取政府補貼及銀行融資，以降低投資壓力。優(yōu)化地埋管換熱器的換熱效果，關注換熱器的壽命和承壓能力。

 為確保供熱質量和安全性，干熱巖供熱項目應適當考慮備用熱源。在峰谷電價政策下，可利用熱泵機組在低谷電價期間滿負荷運行，將富裕熱量儲存在蓄熱裝置中，在高峰電價期間利用蓄熱進行供熱，以降低運行成本。

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