無干擾地巖熱供熱技術

在華東首個項目投運成功

協會會員單位山東德龍永泰新能開發有限公司與濟南熱力集團合作,在濟南東部濟鋼片區建設的無干擾地巖熱供熱項目,已順利投入運行。經過多種工況下的系統調試和進入供暖季后的并網運行,近兩個月來該項目運行安全穩定,供熱效果優勢明顯。

該項目是無干擾地巖熱供熱技術在華東地區的首個應用項目,具有科學研究和工程實踐推廣的重要價值。該系統基于初步試驗的現實條件,建設規模不大,承擔的熱負荷較小,但其系統能效比高,供熱運行成本低,對地下和地上環境均無污染無影響,是真正意義上的“綠色清潔能源”,具有可再生、資源量豐富,技術與經濟可行、易于實現的顯著特點。

該項目自2017年11月開始換熱孔鉆井施工,至2018年7月經專家論證會終孔成井。換熱孔實際完井井深2317米(至鉆井轉盤面),井底井斜2.46度,井底溫度53.54度。依據測井數據分析,可見該井孔地熱增溫段主要為1010米至2241米井段,溫度變化范圍20.12~53.31℃。該鉆孔區域地層較為復雜,巖溶系統和斷裂裂隙構造發育程度較高,鉆井工程實施條件較為不利,但井孔含水量高,有利于換熱。在組織國內相關專家充分論證的前提下,以科學數據為依托,因地制宜為原則,山東德龍永泰公司的技術人員對井內換熱裝置和系統機組在設計方案基礎上又都進行了突破性的調整改進,使無干擾地巖熱供熱這一技術的特點和優勢得到充分發揮應用。


圖1.濟鋼能源站項目鉆孔施工現場


圖2.能源站內系統調試

在項目調試和并網運行中,多種工況下濟鋼無干擾地巖熱供熱系統COP(能效比值)均大于5,生產熱值最大700kwh。結合國家大力提倡的多能互補和低谷優惠電價政策,濟鋼無干擾地巖熱供熱系統在供暖季以機組75%負荷在每日18:00至次日8:00持續運行14小時,該系統既可提供建筑物2萬平米的供熱需求,供熱成本25元/GJ,這既保證了系統的運行穩定性,又實現了供熱運行的成本優勢。


圖3.能源站內系統機組(管網連接側)


圖4.能源站內系統機組(機組操作側)

對比無干擾地巖熱技術已大規模應用的陜西、甘肅等國內西北地熱異常地區,通過濟鋼項目分析可見華北、華東地區的地熱梯度在城鎮集中供熱上同樣具有較高利用價值和技術適用性。在結合地域工程條件和用戶需求的前提下,通過制定實施科學的系統建設與運行方案,無干擾地巖熱供熱技術一定可以實現顯著的經濟與社會效益。


無干擾地巖熱供熱技術介紹

無干擾地巖熱供熱技術是山東德龍永泰新能源開發有限公司與中國工程院徐德龍院士及其團隊密切合作,通過科研開發和工程實踐,創新性提出的中深層地熱能利用新方式。該技術真正做到了“取熱不取水”,對地上地下環境無干擾、無污染,熱源清潔、高效、可持續利用。地熱的開發利用是國家能源戰略和供熱行業發展規劃的重點之一,無干擾地巖熱供熱是該領域內的重要突破和技術方向。

山東德龍永泰新能源開發有限公司集地熱資源勘查評價、地熱利用技術開發、工程設計、工程施工和運營管理于一體,依托中國工程院及徐德龍院士團隊和國內完備的地熱系統試驗裝置與技術實驗室,通過地熱利用的豐富工程實踐和項目經驗,積極譜寫國內地熱能利用新篇章。

無干擾地巖熱供熱技術原理簡介

無干擾地巖熱供熱技術是指通過鉆機向地下一定深處的高溫巖層鉆孔,成孔后安裝擁有國家發明專利的密閉巖層換熱器,并利用其將地下深處的熱能導出,通過系統設備向地面建筑物供熱。無干擾地巖熱供熱采用地下設備間接方式換熱,再通過熱泵及自動控制系統,即可高效能的將從地巖熱換熱孔中提取的熱量送至終端用戶,滿足其供熱需求。


無干擾地巖熱供熱技術特點

1、普遍適用。鉆孔位置不受場地條件制約,開發利用具有普遍性。

2、高效節能。擁有自主專利技術的吸熱導熱裝置與新材料的使用提高了地下換熱導熱效率,一個換熱孔可以解決2萬平米建筑的供熱需求。

3、安全可靠。地巖熱井深至地下2500米左右,對地上建筑地基無任何影響,地巖熱井地下無運動部件,系統穩定可靠。

4、投資與運行經濟。相較于傳統城鎮集中供熱形式,無干擾地巖熱綜合開發建設成本經濟,系統運行成本低廉。

5、綠色環保。無廢氣、廢液、廢渣等污染物排放。

6、保護水資源。系統與地下水隔離,僅通過換熱器與高溫巖層換熱,不抽取地下熱水,不使用更不會污染地下水。

7、系統壽命長。地巖熱井的使用壽命與地上建筑物壽命相當,可達40至50年。

8、系統自動化程度高。無人值守,維修簡單。

9、由無干擾地巖熱技術支撐的城鎮集中供熱系統獨立運行,能更好的實現其經濟性能。可采用直采直供,無長距離輸送和能耗損失。

無干擾地巖熱供熱技術前景展望

地熱能儲量大、分布廣,是具有競爭力的可再生能源。加快開發利用地熱能對調整能源結構、節能減排、改善環境具有重要意義,對促進新型城鎮化建設具有顯著效應,是促進生態文明建設的重要舉措。

無干擾地巖熱供熱技術既是對地熱能源實現穩定可靠、科學高效利用的技術先進形式,又是實現國家《地熱能開發利用“十三五”規劃》主旨與目標的重要方式和途徑。在符合產業政策和技術方向的背景下,該技術市場前景廣闊,如甘肅、北京等地已有的地方政策扶持和應用推廣,必將使之得到良性發展和升級進步。