地熱梯級利用的研究意義及其基本概念

  研究意義
  我國廣泛分布著(zhù)中低溫地熱資源，非常有利于供熱、養殖、種植等直接利用。據國際地熱協(xié)會(huì )(IGA) 2000年統計，我國地熱直接利用量已達37908TJ/a，居世界首位。我國的地熱直接利用中有很大一部分是用來(lái)供熱的，地熱供熱已在天津、北京、西安和黑龍江、河北等省市得到廣泛推廣，供熱面積已達1180萬(wàn)平方米（2001年統計數據）。熱別是天津市，地熱供熱面積已達860萬(wàn)平方米，占全國的74%。
  然而由于目前在一定程度上存在著(zhù)粗放型開(kāi)發(fā)現象，我國的地熱利用還存在如下問(wèn)題：
  1.利用結構單一
  以地熱采暖為主要目的的地熱利用系統，不僅開(kāi)發(fā)消耗的資源量很大，而且簡(jiǎn)單的用熱之后，沒(méi)有進(jìn)行很好的深度開(kāi)發(fā)，就將大量的地熱水排放掉。使地熱資源的復合特征沒(méi)有充分的發(fā)揮，造成資源的較大浪費。
  2.利用技術(shù)、工藝及設備配套尚需進(jìn)一步優(yōu)化
  目前在利用設備配套水平上，不能把地熱資源的能量充分利用和提取出來(lái)，從而使資源的利用率較低。歷史上遺留下來(lái)的老的地熱井系統中存在不經(jīng)濟、不合理、浪費大等問(wèn)題。
  3.排放溫度高，造成資源浪費與新的環(huán)境問(wèn)題
  在地熱采暖系統中，受常規的管網(wǎng)式供熱工藝和技術(shù)水平的限制，地熱水經(jīng)一級換熱后的溫度仍然很高，一般不低于40℃，不僅造成資源的嚴重浪費，又給環(huán)境帶來(lái)了熱污染。地熱作為一種清潔的新能源，市場(chǎng)的需求會(huì )愈來(lái)愈大。但不能只依靠增加地熱資源的開(kāi)采總量來(lái)擴大利用規模和滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，而是要依靠科技進(jìn)步，提高利用水平。就目前利用的水平來(lái)說(shuō)，還有很大的潛力可挖。從現狀看，排放溫度普遍在45 -50℃，地熱水開(kāi)采出來(lái)的溫度平均在85℃，平均利用溫差為40℃，如果采用新技術(shù)把溫度降到20℃左右，可提取更多的熱量以利用。
  利用技術(shù)的創(chuàng )新與發(fā)展，是解決粗放式開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。地熱開(kāi)發(fā)利用中存在的不科學(xué)、不合理、不經(jīng)濟，浪費大、污染重的諸多問(wèn)題，只有依靠科技才能解決。要借助于市場(chǎng)的推動(dòng)，政府的協(xié)調，資源意識的增強，公眾的參與，大力推進(jìn)地熱利用中新技術(shù)、新工藝、新方法的應用，解決長(cháng)期以來(lái)一直不好解決的諸如腐蝕問(wèn)題、地熱棄水溫度高的問(wèn)題、地熱資源的多種功能不能全部發(fā)揮的問(wèn)題等。通過(guò)科技創(chuàng )新，把跨學(xué)科，跨領(lǐng)域的技術(shù)相互結合，取長(cháng)補短，實(shí)現突破。

  基本概念
  為了解決地熱尾水排放溫度高、資源利用率低與環(huán)境熱污染問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了地熱資源梯級利用技術(shù)。地熱梯級利用就是多級次地從地熱水中提取熱能，多層次地利用地熱能。通常情況下，可以將地熱能要供暖的總負荷分成高溫供暖部分與低溫供暖部分，先按照高溫供暖設計方法提供一部分供暖負荷，然后按照低溫供暖設計方法提供其余的供暖負荷。高溫供暖部分一般可以采用管網(wǎng)方式，低溫供暖部分可以采用地板輻射采暖和風(fēng)機盤(pán)管。
  地熱梯級利用工藝充分發(fā)揮了地板輻射采暖、地熱熱泵的優(yōu)勢。地板輻射式采暖與熱泵技術(shù)，可以大大降低地熱水的排放溫度，從而提高熱利用率，即地熱水首先通過(guò)板式換熱器換熱，供管網(wǎng)系統采暖，再二次換熱供地板輻射采暖系統（完全非金屬系統也可直供），地輻射采暖系統下來(lái)的地熱水再利用熱泵技術(shù)提熱或直接供熱，或采用調峰。在這三個(gè)溫降級次間，根據需要，拓寬生活洗浴、康樂(lè )理療、礦泉水、花卉種植等項目，以減少這些配套項目所需要的資金投入和土地、能源、淡水資源的消耗，使地熱水的多種功能得以發(fā)揮。在以供熱為主要用途的系統，必須采取回灌開(kāi)發(fā)方式，使當時(shí)不能完全消化的尾水重新回到熱儲層，經(jīng)過(guò)地下的熱交換，可以再開(kāi)發(fā)出來(lái)更多的熱能。所有這些都需要以科技為先導，創(chuàng )新為突破，解決系統功能實(shí)現的瓶頸問(wèn)題，依靠科技進(jìn)步提高地熱資源利用的集約化水平。