开发地热热泵技术 充分利用地热资源

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　一、地热基本知识及我国地热的发展与现状

地热通常是陆地地表5000m深度内的热能。据推算，地核内部的温度达2000～5000℃，而地幔的温度达1000～2000℃。因此，在地球的最外层——地壳中蕴藏着巨大的热水库。地热水并不是地壳内天然存在的，而是地面上的雨水沿岩石、土壤的缝隙深入地壳深处，这些水被周围的热岩所加热。如果地壳深处有较大的空隙层，就可能形成具有开采价值地热水层[1].而目前开采和利用最多的地热能即是地热水。根据地热水温度的不同，地热水可分为：低温水(t<140℃)、中温水(t=40～60℃)和高温水(t=60～100℃)、过热水(t>100℃)[2].我国地热资源总量98%以上是低温地热资源。目前，我国众多的低温地热资源主要是直接利用于洗浴、采暖、种植、养殖、医疗、娱乐等方面。虽然全国直接利用总量已达到2410MW，居世界各国前列[3]，但利用水平和效率比较低，对于25℃～50℃温度段的能量利用率很差。为实现可持续发展目标，国家制定了“十五能源发展战略规划”：要求调整能源结构，减少燃煤造成的污染，大力发展新能源可再生能源的利用技术，其中提到要开发地热热泵技术，以充分利用地热资源。

地热作为一种清洁能源用于采暖，在我国北方城市发展迅速，目前天津市地热供暖面积就达800多万平方米，至2003年底可达1000万平方米，位居全国前列。北京市地热供暖面积也达120万平方米[4].但目前地热供暖主要有三个突出的问题：

(一)地热水供暖后尾水排放水温比较高，一般在40℃以上，造成了资源的浪费。

(二)有一些地热田属低温地热田，地热水温度低于55℃，能量品位低，不能直接为暖气片热水式热力循环系统供暖。

(三)地热水供暖后尾水排放水温比较高，造成热污染，不符合环保的要求。

二、全新的地热、高温水源热泵的供暖方案

由北京市科委立项，清华大学热能系和北京清源世纪科技有限公司共同研制开发出的QYHP系列的高温水源热泵机组，采用最新研制的高温环保工质HTR01，解决了传统工质高温工况下工作压力过高的技术瓶颈，保证了设备在高温工况下运行的安全可靠，从根本上解决了上述地热供暖中的三个主要问题。

QYHP系列高温水源热泵可直接把30-60℃的低温地热水加热到70-90℃，适用于各种供暖方式，解决了高寒地区的地热热泵供暖以及用高温水源热泵取代燃煤锅炉仍可利用暖气片热水式热力循环系统的采暖改造问题。被利用后的地热尾水排水温度最低可低于10℃，符合环保的要求。制热工况COP可达到3.5以上，也就是说，花费一份代价，可以得到3.5倍以上的热量。

用高温水源热泵机组对低温地热水进行余热回收，可加大地热井的供暖能力，使一口地热井起到两口地热井的作用，能产生出良好的经济效益。举北京市为例：北京城区和小汤山地区已有地热采暖工程16处，年开采利用地热水285.9万立方米，采暖面积约38万平方米，如果利用热泵技术将40℃尾水降至10℃再排放，那么从目前每年排放的286万立方地热尾水中可回收热量为3.5万千瓦，可扩大供暖面积90万平方米，节能及环境效益十分明显。