地热用于区域供暖的系统形式

城市热网与地热能复合型集中供热

目前，我国的集中供热系统一次网设计参数通常为130℃/70℃，二次网设计参数根据末端型式的不同而不同。随着建筑能耗的不断降低和低温供热技术的蓬勃发展，二次网设计供水温度不断降低，甚至可以达到40℃以下，这样在热力站处的不可逆损失将会更大，此时采用吸收式换热机组，充分利用一二次网之间的换热温差，会大大提高机组的供热效率。同时，吸收式换热机组结合低温供热技术也为可再生能源的利用提供了有力条件，比如地热和太阳能。据北欧丹麦等国资料，采用低温供热的建筑回水温度达到20℃左右就能满足冬季采暖负荷的需求。这样低的热水温度，吸收式换热机组的COP可以大幅提升，可以更多地吸收低品位的地热等可再生能源，提高可再生能源在供热负荷中的比例。

基于上述考虑，可以提出城市热网与地热能复合型集中供热技术。如下图所示，该系统主要由热源、一次热网、吸收式换热机组、二次热网、地埋管换热器等组成，其中吸收式换热机组由吸收式热泵和常规的板式换热器组成。一次网的高温热水（实际运行参数约为80~120℃）驱动热力站处的吸收式换热机组提取浅层地热能，吸收式换热机组将一次网的热量和提取的浅层地热一并供给二次网，从而增大二次网的供热能力。地热的提取分为两种形式，一种形式是采用地埋管提取土壤热的形式，即土壤源热泵；另一种形式是提取地下水热的形式，即水源热泵。根据计算，消耗1份的一次网热量，大约可以回收0.3份的地热，向二次网提供1.3份的热量，与原供热系统相比，供热能力提高30%左右，供热能耗降低20%以上。目前的所采用的地源热泵以电能驱动的压缩式热泵为主，虽然其供热的COP要高于吸收式地源热泵，但是在回收低品位热量的同时，还需消耗大量的高品位电能，运行成本很高。而吸收式热泵利用热能驱动，其一次能源利用率一般要高于压缩式热泵，特别是利用余热驱动时其节能效果更为显著。在城市热网与地热能复合型集中供热系统中，吸收式热泵利用一次网的高温热水驱动，原本一次网的热量要通过间接换热的方式输送给二次网的热用户，通过这种新方式不但将这些热量输送给了用户，还通过吸收式热泵回收了一部分低品位的浅层地热。因此与耗电的地源热泵相比，可以认为这些浅层地热的获得没有额外的能源消耗，无疑是一种更先进的供热方式，具有更高的能源利用率和经济性。

地热区域系统冬季供热流程图

燃煤热电联产电厂夏季供冷流程

燃气热电联产电厂夏季供冷流程

与分散的电制冷方式相比，夏季利用城市热网进行集中供冷的效率较低，经济性较差，因此，城市热网的夏季利用率很低，通常为闲置状态或只为少量的热用户供应生活热水。而随着燃料价格的不断上涨，电厂夏季供应生活热水的成本也越来越高，基本处于亏损状态，导致热网的闲置率更高。

在城市热网与地热能复合型集中供热系统中，热力站处的吸收式换热机组夏季可以切换至制冷工况，作为吸收式制冷机使用，制冷机的排热可以全部或者部分地排至地埋管换热器中，对土壤进行蓄热，这样就可以省去夏季供冷制冷机的投资和部分冷却塔的投资，这可以改善了夏季利用城市热网进行集中供冷的经济性；另外，夏季热电联产电厂的汽轮机以纯凝工况运行，有大量的排汽余热（温度为37℃左右）和烟气余热（排烟温度通常为90℃以上）直接排掉，如果能把这些热量全部或者部分地回收用于供冷，可以大大提高电厂的供热效率，从而提高夏季供冷的能源利用率。

为了提高电厂的供热效率，进而使集中供冷变得节能，需要回收电厂的余热用于供冷，而回收电厂的余热，需要温度适宜的冷源。夏季制冷热网回水温度较高，较难回收余热来供冷，但是如果能将夏季的余热蓄存至土壤中，待冬季取出用于供热，不仅利于土壤的冬夏季热平衡，更提高了电厂的全年能源利用率（认为冬季热力站处吸收式换热机组的取热量全部来自夏季的循环水余热或者烟气余热，相当于余热的移季利用）。在北方地区，地埋管换热器的容量通常按照冬季热负荷进行设计，当系统夏季向土壤中的释热量大于冬季取热量时，热网回水的热量无法蓄存至土壤中，对夏季的制冷模式也将产生影响。因此，有必要分析不同建筑类型土壤以年为周期的热平衡状况。

“地热水梯级利用+地源热泵+锅炉”形式

系统采用“地热水梯级利用+地源热泵+燃气锅炉”综合能源方式，首先对地热水进行梯级利用，降低地热水的回灌温度，提高地热水的利用效率，然后采用以地源热泵为主的新型能源，大大减少了对环境的污染和资源的消耗，地热水梯级利用和地源热泵提供的能源占总能源的70%左右，剩余的30%，再采用传统的锅炉系统进行补充和调峰。冬季大部分时间的供暖负荷会低于总负荷的70%，这样优先使用地热水系统和地源热泵系统，可以非常有效的降低运行费用。

地热水梯级利用系统共建设成13对地热井，13对地热井抽取的地热水或集中汇入一次热网或分别进入各分区区域的换热站（能源站），采用两级板式换热器对地热水进行换热：地热水出水温度70℃，先进入一级板式换热器组进行换热，温度降到42℃，再入二级板式换热器，经过二级板式换热器换热后地热水的温度降到9℃，作为地热尾水回灌到回灌井中；一级板式换热器二次侧水换热后的温度为40℃/50℃，提供热量32850kW，直接供给建筑采暖使用；二级板式换热器二次侧水换热后的温度为23℃/7℃（出/进级板式换热器），该水为热泵机组提供低温热源，通过热泵机组提取热量后，制出40/50℃（出/进热泵机组）的采暖热水，提供热量49780kW。两项合计为82630kW，约占总能源供给的45%。地源热泵系统拟共钻凿地源热泵换热孔数量为7800个，选择2300kW左右的地源热泵机组约20台，每个分区区域的换热站配置2~3台，这样总供热量为45360kW，约占总能源供给的25%。锅炉系统为每个站房配备独立的燃气锅炉进行调峰，共需78t左右的锅炉，提供热量54010kW，约占总能源供给的30%。系统原理流程图如下图。

系统原理流程图

地热区域供热注意事项

地热能并不是一种新能源，早在1904年意大利拉特莱罗地区就已经利用地热蒸汽发电。但是，当时存在着技术上的困难，因此在以后的50年中几乎没有被人们重视。

我国的地热资源非常丰富，主要广泛分布在华北、东南部沿海和中西部广大地区。全国主要沉积盆地距地表两千米以内的地热能储量相当于2500亿吨标准煤的热量。可开发利用地热水总量约68.45亿立方米，约3284.8万吨标准煤的发热量，开发利用前景广阔。

随着我国国民经济的迅速发展，我国的建筑能耗，特别是暖通空调能耗所占的比重越来越大，随之带来的环境问题也日趋严重。地热资源作为一种可再生绿色能源，在城市发展建设中正发挥着越来越重要的作用。

地热水作为区域供暖系统的热源在技术上是可行的，与其它热源相比资源利用率最高，单位面积的经营成本也较低，尤其是地热资源在开采和运行过程对环境污染最小，这对改善大气温室效应，保持地球可持续发展最为有利，是一种很好的城市供暖的热源。因此在资源和经费允许情况下，应考虑选用地热供暖方案。但在开发利用过程中应建立资源保护意识，计划开采，合理利用，注意资源恢复，避免资源枯竭。