中深层地热供暖系统的设计应用

中深层地热能是一种稳定可再生的清洁能源,应用于城镇供热中,可替代煤、天然气等化石能源的消耗,减少二氧化碳等温室气体的排放,实现很好的经济和环境效益。天津市拥有良好的中深层地热资源,在实际的地热能开发利用中也积累了较多的经验和方法。本项目以深层地热能系统热源替代传统市政热源,在深层地热供热站建站规模、地热系统设计和整装式机房应用等方面进行了优化设计,降低了项目建设投资和运行成本,实现了较好的经济和环境效益。

中深层无干扰地岩热供暖系统测试研究

地热能被誉为面向未来的能源,在我国“双碳战略”背景下其开发利用受到越来越多重视。中深层无干扰地岩热供暖技术具有“封闭换热、对地上地下环境无干扰、自主供热”等特点,近年来已在我国很多地区得到应用。进一步探究该技术在不同地区的应用特点,对中深层无干扰地岩热技术在宁夏地区的首个应用案例进行测试研究。经测试单口中深层无干扰地岩热换热孔平均输出功率为547.9 kW,连续测试四个月期间热源侧平均供水温度变化范围为33.622.7℃,没有明显的下降;经测试数据分析计算,应用案例年运行成本135662.6元,平均运行单价为1.71元/m^(2)·月;相比于燃煤锅炉供暖方式,年可节约费用517937.4万元,运行单价降低6.53元/m^(2)月,降低幅度达79%;同时年可替代标煤116.3 t,年可减少CO_(2)排放量为288.1 t,具有良好的经济和环保效益。

中深层无干扰地热井施工进度影响因素及增效

在地热开发中,中深层无干扰地热井是一种极具前景的地热钻井技术。以潇河国际会展中心中深层无干扰地热井项目为例,通过对施工进度及成井工艺的分析确定了中深层无干扰地热井施工进度的主要影响因素。从主要影响因素出发,以合理的施工组织安排、不同地层硬度与造浆能力情况下恰当的钻头选型、减小地层矿化水对泥浆性能的影响等措施,满足了项目施工进度要求,缩短了成井时间,提高了工程效益。

中深层地热采暖系统与常规采暖系统对比分析

随着建筑行业的发展,采暖系统的选择与优化得到了行业内外的重视,引入绿色、清洁、环保的供热技术成为当前的重点内容,中深层地热采暖系统作为其中之一,在实际应用中,还需要对具体的工艺、效果进行探讨。本文通过对中深层地热采暖系统与常规采暖系统进行对比分析,探讨了两者在能源效率、环境影响、经济性及可持续性等方面的差异。具体来看,中深层地热采暖系统以其高效、环保及长期经济性受到关注,而常规采暖系统则面临能源消耗大、碳排放高等问题,并且提出了相应的改革策略。

PV/T耦合中深层地源热泵供暖系统运行特性研究

为解决中深层地源热泵系统(GSHP)地温衰减的问题,以邯郸市某民用节能建筑为研究对象,基于TRNSYS建立一种PV/T耦合中深层地源热泵系统(PV/T-GSHP),并与GSHP系统对比,模拟分析运行20 a PV/T-GSHP系统运行特性。探究PV/T组件的相关参数对土壤平均温度的影响。最后,将PV/T-GSHP系统与其他系统进行能耗对比。研究结果表明:与GSHP系统相比,PV/T-GSHP系统机组COP从6.44提高到6.81,但由于增加了泵功,系统COP降到2.38,但考虑发电量,平均每年可获得10015.831元收益;相似结构建筑PV/T组件屋顶铺设占比越大,集热泵流量越小,土壤平均温升越快;不考虑发电量时,PV/T-GSHP系统比燃气锅炉系统能耗高8.46%,与燃煤锅炉和电锅炉系统相比,分别可节约11.04%和48.55%的能耗;综合发电量时,20 a实际获得的发电量收益折合成燃煤量为210.05 t。

储热对中深层套管式地埋管供热系统能效提升的影响

针对中深层套管式地埋管供热系统长期运行存在地下岩土冷堆积、系统取热能力下降等问题,文章建立了中深层套管式地埋管换热器传热数值模型,基于有限差分法对控制方程进行离散,采用实验数据验证模型的准确性。分别研究了储热水温以及储热水质量流量对次年供暖季地埋管取热功率、系统能耗和系统能效的影响。研究结果表明:储热首先应确定储热水温的阈值,进口水温低于阈值将无法实现向岩土储热,该研究工况下的储热水温阈值为50℃,运行500 h后,当进口水温从50℃增加到80℃时,取热功率、系统能耗、能效分别提高54.41 kW,8.96 kW,0.17;当储热水质量流量从1 kg/s提高到7 kg/s时,取热功率、系统能耗、能效分别提高7.71%,6.34%,1.19%。因此,建议采用小流量高水温进行储热,能够提高储热效果并减少能耗。该研究为中深层地源热泵系统储热提供理论基础。

中深层地埋管地热供热系统长期取热性能评价与经济性分析

使用开源数值模拟软件OpenGeoSys建立了中深层地埋管换热器三维数值模型,探究了不同钻井深度下的中深层地埋管换热器长期取热性能并进行了系统经济性分析。结果表明:随着中深层套管式地埋管换热器钻井深度的增加,其取热能力明显提升,但与此同时初投资与运行成本也将增加;综合考虑系统初投资及耦合热泵和循环水泵运行成本,在给定参数条件下,钻井深度为2600 m的中深层地埋管地热供热系统具有最低的平均能源成本,系统投资回收期为10 a左右。

太阳能与中深层无干扰地岩热耦合供热测试研究

为充分发挥太阳能与中深层无干扰地岩热技术的优势,建成太阳能与地热能耦合供热的测试平台。该测试平台由中深层无干扰地岩热系统、平板集热器系统、槽式集热器系统、真空管集热器系统构成。利用测试平台对太阳能与中深层无干扰地岩热耦合供热的应用案例进行测试。结果显示,采用太阳能与中深层无干扰地岩热耦合供热可以减少地岩热主机运行时长。太阳能系统平均供热量占比约为29.2%,太阳能系统平均集热效率达48%,耦合供热系统综合能效比为5.4,相比于中深层无干扰地岩热系统,耦合系统的综合能效提升17.4%,运行成本可降低约10.8%。

西北省会城市地热中深层地埋管供热系统发展潜力及环境效益分析

笔者回顾并对比分析了西北省会城市供热现状及环境空气质量,指出传统采暖方式是影响该区环境空气质量的主要因素之一,而地热清洁能源的使用将有助于改善环境空气质量。传统热水井取热方式受地质条件制约较大,近年来一种取热不取水的新型地热开发利用技术——中深层地埋管供热系统应运而生,发展迅速。但是,以往的研究多集中于地面供热系统及管井换热能力的研究,对于地热资源储量及承载力的研究较少。在分析该技术适用范围的基础上,总结西北五省省会城市的地热资源条件,采用适当的方法结合城市建设范围估算地热可采资源量,分析在城市中推广使用中深层地埋管供热系统的前景及环境效益,并提出后续研究方向。

分阶段变流量调节策略在农村中深层地热供暖系统中的应用

我国北方农村供暖方式较为原始,会对环境造成严重破坏,而农村地区拥有丰富的可再生能源,因地制宜地应用可再生能源对农村供暖具有重要意义。中深层地热供暖作为一种清洁能源的供暖方式,其系统耗电量较大,运行成本较高,在农村地区的应用案例较少。为此依托河北雄县某农村地热站集中供暖工程,通过对供暖季实测数据的分析,发现因农村建筑围护结构热工性能较差,单位建筑面积耗能量较高为0.53 GJ/(m^(2)·a);该项目通过管理人员的经验来调节系统运行模式,分析运行数据发现用户侧水泵流量超出设计值的时间段并非十分严寒,说明用户侧水泵以人工经验调节有所不当,导致系统耗电量较大;通过分阶段变流量热量调节策略对系统运行模式进行优化后,单位供暖面积水泵耗电量指标由6.5 kW·h/m^(2)降低到4.9 kW·h/m^(2),可节约25%的运行耗电量;在农村地区实行地热供暖将大大减少污染物排放,对改善农村环境起到重要作用。

中深层地热毛细管辐射的空调系统研究与设计

在建筑节能问题的研究中,中深层地热地源热泵+毛细管辐射的空调系统以其优异的舒适性、节能性、创新性以及环保性能,逐渐成为现代建筑学研究中新的亮点。文章以陕西咸阳地区某创新中心项目的中深层地热毛细管辐射的空调系统为例,对该空调系统的工作原理、形式、设计要点进行了阐述。

利用中深层地热实施城镇集中供热系统探讨

简要阐述了我国在使用中深层地热实施城镇集中供热系统的方式和设计原理,并通过对工程实例的探讨,分析了利用地热水供热的经济性和节能减排的效益。

中深层深井换热器实验测试及传热特性模拟研究

中深层地热能现已成为地热能开发利用的重点内容。文章基于实验测试,得到初始土壤温度分布及深井换热器进、出口温度变化情况,分析了中深层地热热泵供暖系统的供热特性。开发了一种二维深井换热器传热模型,考虑了实测地温梯度以及井底流动与传热过程,具有较高的计算精度。依据模型研究了内管管长,循环流量及管内流向对深井换热器传热特性的影响。结果表明:深井换热器内管管长由1890 m增至1950 m时,其取热能力增加2%~7%;循环流量为11.25~56.25 m^(3)/h时,深井换热器取热量随循环流量的增加先升高再降低,同深度处内管与环腔流体温差随循环流量的升高而降低,流体随埋深的温度变化率随循环流量的升高而降低;深井换热器环腔进水内管出水比内管进水环腔出水时取热性能更优但其热短路现象更为严重。

关于开发利用中深层地热取热不取水技术的思考

本次研究主要以中深层地埋管换热系统、异井抽灌换热系统和同井抽灌换热系统为基础,提出中深层地埋管“d”型井换热系统、异井抽灌换热系统双层热储开发模式和同井抽灌换热系统双层热储开发模式,并对三种换热系统的经济可行性进行对比分析。结果表明:异井抽灌系统经济性最好,同井抽灌系统次之,中深层地埋管换热系统最差;取热不取水系统不同于抽采取热系统,其不但会降低地层温度,存在井距、开采强度及冷堆积问题,而且在径流条件好的地区还可能存在冷迁移问题;为降低系统全寿命周期成本、提高系统能效和系统可持续性,可考虑系统分层取热模式。

深浅层地热技术在潇河新城低碳能源岛的应用

以山西潇河新城地热利用工程实践为例,介绍地热资源的分类与特点。研究山西省及山西潇河新城区域地热资源禀赋及相应开发方案,重点分析了山西潇河新城所采用的中深层无干扰换热技术及浅层地热开发利用系统方案。

寒冷地区分布式清洁供暖技术研究进展

分布式清洁能源已应用于北方寒冷地区供暖中,本文分析了我国北方现有分布式清洁供暖技术的优劣,包括太阳能供暖、空气源热泵、污水源热泵、土壤源热泵、中深层无干扰地热和天然气供暖等,并对其在清洁供暖中存在的共性问题进行分析,探讨解决路径。研究发现:太阳能供暖多作为常规采暖的辅助热源;准双级压缩可解决空气源热泵室外机结霜问题;地源热泵可为唯一供暖热源方式,应用受周围可提供热源的限制;天然气供暖热保证率好,造价高。受国家鼓励机制影响,多能互补、系统集成将是今后清洁供暖领域发展的热点。

裂隙分布及井间距对增强型地热系统采热性能的影响

中高温岩热型储层开采属于增强型地热系统,开采方式主要通过回注井、生产井、裂隙储层来实现,井间距的布设和裂隙参数将直接影响到流体的流动路径,进而影响着回灌量和换热效率,由此我们考虑通过对裂隙参数与井间距的组合变化对采热性能影响的研究,优选出对生产最有利的裂隙分布与井间距组合参数,为人工造储提供裂隙网络目标,为布井设计提供井间距参考.本次研究采用TOUGH2软件在建立水热力多场耦合模型的基础上,在储层设置了16组不同的裂隙参数组合,进行了48组试验模拟,分析了200 m、300 m、500 m井间距条件下运行30年不同裂隙参数组合对采热性能的影响,结果显示储层和采热温度受井间距影响较大,储层压力受裂隙参数影响较大.不同裂隙参数组合条件下,200 m井间距开采30年生产井温度由初始的81℃下降到47℃左右,300 m井间距开采30年生产井温度下降到55℃左右,500 m井间距开采30年生产井温度下降到67℃左右.不同裂隙参数条件下储层压力相差较大,最大由初始的24 MPa上升到98 MPa,最小上升到28 MPa.根据模拟结果我们得到80 m厚储层最佳压裂开采参数组合为井间距500 m、裂隙开度0.8e^(-4)~0.9e^(-4)m、裂隙条数在10~15条之间、裂隙间距10 m时为最佳开采方案.该研究结果可应用于增强型地热系统(EGS-Enhanced Geothermal Systems)开发中,为高效压裂开采中高温低渗储层提供指导,提高采热效率的同时延长系统使用寿命.

地源热泵技术与深部地热供暖对比分析

目前河南省地热资源开发利用主要集中在中深层地热资源方面,开采方式以凿井取热为主,开采深度,大部分在800~1800m。详细介绍了土壤热泵技术、浅层地下水源热泵技术和中深层地下热水供暖技术,并结合工程实例进行了说明。通过调查统计与分析对比,认为浅层地热资源更具开发利用潜力。

可可盖煤矿多能互补“地热+”零排放研究

因项目建设环境发生重大变化,供暖方案需要重新设计。在国家能源加速向低碳、零碳方向演进的趋势下,可可盖煤矿超前谋划,结合煤矿资源特点,公司投资2.5亿元,构造以可再生能源为主的“地热+”多能互补能源系统,着力打造全国首个绿色循环“无烟”示范矿区,全面助力“双碳”目标的实现,有效推动可可盖煤矿的高质量、可持续发展。