地热供暖站标准现状分析

中国石化集团新星石油有限责任公司 ■ 马春红 赵丰年 刘金侠

0 引言

目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体，以及干热岩体中的地热资源。地热资源按照温度分为高温、中温、低温3级，高温地热资源温度不小于150 ℃；中温地热资源温度在大于等于90 ℃、小于150 ℃区间；低温地热资源温度低于90 ℃[1]。

板块运动对全球地热活动的控制作用十分明显。全球地热资源热流量为1400 EJ/a[2]，2010年全世界地热发电装机容量为48493 MWt，地热直接利用量为117740 GWh[3]。我国位于欧亚板块东南部，西部与印度板块相接，东部与太平洋板块相连，呈现出藏滇、台湾、东南沿海及滇川4个温泉密集带；广大平原地区在广泛发育着中新带沉积盆地中，地表无温泉出露，地下深处蕴藏着丰富的热水及热卤水资源。

地热资源分为直接利用和间接利用两种方式。直接利用用途广泛，如干燥、采暖、制冷和水产养殖等；间接方式则是指地热发电。地热供暖是地热资源开发利用中直接利用方式之一，因节约煤炭运输、占地少，运行成本为烧油锅炉运行费用的1/4[4]，可减少大量有害物质和二氧化碳气体排放，避免环境污染，具有较好的经济、社会和环境效益，因此在城镇供暖中发展速度较快。

为促进我国地热能开发利用，大力推进地热能技术进步，积极培育地热能开发利用市场，全面促进地热能资源的合理有效利用，2013年1月10日，国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部四部委联合发文《关于促进地热能开发利用的指导意见》(国能新能〔2013〕48号)。意见明确指出，到2015年，基本查清全国地热能资源情况和分布特点，建立国家地热能资源数据和信息服务体系。实现全国地热供暖面积达到5亿m2，地热发电装机容量达到10万kW，地热能年利用量达到2000万t标准煤，形成地热能资源评价、开发利用技术、关键设备制造、产业服务等比较完整的产业体系。到2020年，地热能开发利用量达到5000万t标准煤，形成完善的地热能开发利用技术和产业体系[5]。

在全球气候变暖、中国雾霾天气频发、能源开发利用产生的细颗粒物(PM2.5)排放强度升高的情况下，改变传统供暖方式，地热供暖更加凸显了绿色低碳环保。

1 地热供暖原理和方式

地热供暖分为地热直接式供热和地热间接式供热。地热直接式供热方式是指地热水直接通过热用户，然后放掉或回灌，如图1所示；间接式地热供热系统中地热水不直接通过热用户散热器，而是通过供暖站将热量传递给供热管网循环水，如图2所示。因地热水中含有较高浓度 O2、H+、Cl-、H2S、CO2、Ca2+，SiO2、NH3、SO42-，易导致换热器和管网的腐蚀和结垢，以及直接供热式地热供热系统水利调节性较差。基于以上因素，地热供暖多为地热间接式供热。

图1 地热间接式供热系统

图2 地热直接式供热系统

地热间接式供热中，地热供暖站是连接一网和二网热量交换、热量分配及系统监控和调节的枢纽。一网是地热水井口至供暖站管网，二网是供暖站至用户端管网。供暖站处于地热井支状供水末端，对于一网的水力平衡至关重要；同时，供暖站又是二网支状供水的首端，供暖站的运行参数直接关系到用户的供暖效果。

地热供暖供暖站与锅炉集中供暖供暖站在整体结构上相同，不同之处在于地热水水温不能像锅炉集中供暖那样可调节温度。为应对极端天气和充分利用地热水的热能，地热供暖供暖站在规划设计时一般需增加供热调峰措施，一般增加燃气锅炉、电加热和热泵系统。

2 标准简介及现行趋势

标准通常被定义为根据集体的理性选择就如何解决常见问题达成共识的一组结构。技术标准是标准在技术领域的应用，指一组得到认可的关于产品、技术和工艺的特性及参数的规范，其目的是要保证产品和系统间的互联和互换，维护市场参与各方之间的正常交流和合理秩序。技术标准可分为非产品类标准和产品要素类标准。非产品类标准主要是基于公共利益的技术基础设施，这类标准往往是由政府或相关标准化组织制定，且绝大部分属于强制性标准；产品要素标准则常由一个或数个厂商垄断了市场，从而迫使其他厂商接收其专有技术，进而形成事实标准。因此，作为事实标准的产品要素标准通常无需经过标准化组织的正式发布，而是通过市场竞争产生出来的[6]。

自20世纪90年代以来，专利技术的迅速增长及专利技术产业化速度的不断加快，使专利与技术标准开始从分离走向结合，出现了引人注目的技术标准专利化的趋势[6]。

3 国外供暖站标准建设情况

目前，国外与地热相关标准包括：地热名词解释，地热钻井，地热水监测，地热材料和设备，地热供暖系统能效、经济和环境评价，地源热泵供暖的系统评价和与其他可再生能源的集成综合利用试点。从现在查到的国外标准可看出，欧美国家标准中地热发展侧重地热流体取样方法、地热发展经济和能效的测评方法、局部设备的检验方法、与其他能源相结合的试点应用，以及环境影响评价，更多体现在与地热产业发展相配套的技术体系，重视地热本身技术创新的发展，也体现出欧美国家制定标准的理念，突出了市场竞争的要素。

这种以事实标准为主导的现状也体现地热产业本身的发展现状：地热资源作为替代传统化石能源用于发电、供暖和制冷等行业，与地热相配套的技术，诸如应用于石油行业的勘探、钻井、发电、供暖、吸收式制冷等相关地热应用产业技术同样成熟，这些现行的技术都可直接应用于地热产业中；而最大的障碍则是将应用于石油行业勘探和钻井应用于地热行业，相比地热的收益，勘探和钻井费用过高、经济性较差。地热资源的理论创新体现在地热资源形成、储藏机理和地热热流体组分研究；地热产业应用技术的创新体现在地热资源开采和应用对地质和环境的影响，也体现在全球变暖趋势下碳资产交易模式的创新。

国外供暖情况为：美国中部以电采暖为主,南部采用空调采暖制冷，美国北部有一部分采用电采暖，但更多采用燃油或燃气采暖；北欧国家中丹麦、芬兰、瑞典主要以热水供暖为主，挪威采用集中热水供暖、电采暖，瑞典采用热泵供暖，法国采用电供暖，英国采用集中供暖，意大利、葡萄牙采用空调供暖，俄罗斯采用集中供暖；日本、韩国大型集中供暖不多，大多采用每家每户的燃气供暖；冰岛地热资源丰富，主要采用集中地热供暖方式[7]。国外供暖方式多样化，大部分国家并不采用集中供暖方式，而国外标准更多体现在以技术创新为主的事实标准，供暖站综合性标准并不多见。

4 国内地热供暖站标准情况

中国地热资源丰富，资源储量大、分布广，发展前景广阔，市场潜力巨大。目前已形成专用于地热的标准9项，其中：地热资源勘查相关标准3项：GB/T 11615-2010《地热资源地质勘查规范》、GB 50478-2008《地热电站岩土工程勘察规范》和DZ/T 0225-2009《浅层地热能勘查评价规范》；地热发电相关标准3项：GB/T 28812-2012《地热发电用汽轮机规范》、GB/T 19962-2005《地热电站接入电力系统技术规定》和JB/T 6506-1992《地热发电用汽轮机技术条件》；地热水应用安全防护1项：GBZ 124-2002《地热水应用中放射卫生防护标准》；城镇地热供暖1项：CJJ 138-2010《城镇地热供热工程技术规程》。另外1项为CJ/T 317-2009《地源热泵系统用聚乙烯管材及管件》。

国内标准制定是以工程经验为主。例如：GB/T 28812-2012《地热发电用汽轮机规范》主要起草单位为青岛捷能汽轮机集团股份有限公司，该单位为西藏羊八井地热电站提供汽轮机设备；GB 50478-2008《地热电站岩土勘察评价规范》和GB/T 19962-2005《地热电站接入电力系统技术规定》主要起草单位为中国电力工程顾问集团西南电力设计院，该设计院设计完成西藏羊八井地热电站。现行标准对规范地热行业术语、地热资源评价、地热勘查规范做了详细规定，对地热发展的工作经验做了较好总结；相比欧美国家标准，我国标准缺乏对地热产业可持续发展相关的环境评价和地热产业技术的创新。

现在地热供暖使用的CJJ 138-2010《城镇地热供热工程技术规程》于2010年4月17日发布，当年10月1日实施。该标准的主编单位和参编单位均为地热行业内的领先科研单位和企业，是地热行业的重要成果。该标准共15章，包括地热术语、地热供暖设计的基本规定和热负荷选择、地热供暖系统分类、地热井泵房、地热供暖站、地热供暖管网与末端装置、地热水供应、地热系统防腐与防垢、地热供暖系统的监测与控制、环境保护、地热回灌、地热资源的动态监测、施工与验收和运行、维护。该标准是地热供暖的系统标准，而地热供暖站作为该标准的一部分，对地热供暖站的土建、设备选型和供配电做了一定的规定和要求，对地热水的防腐防垢、地热尾水回灌和地热水检测做了相关规定。

中国石化集团新星石油有限责任公司(以下简称新星公司)自1998年开始探索开发地热资源，从2006年起加快了地热发展，现已成为国内常规地热资源(深层)开发利用的最大企业。目前拥有地热井近200口，各类供暖站近100座，供暖面积1500万m2，年可替代标煤45万t，减排二氧化碳120万t，成功缔造了雄县无烟城。在多年的地热资源开发利用中，逐步摸索地热行业的技术和管理经验。在执行CJJ 138-2010《城镇地热供热工程技术规程》标准过程中，不断总结和细化地热供暖经验，逐步实现地热供暖的规范、科学和经济。

目前换热站设计一般会有天然气锅炉或热泵作为调峰装置，以备极端寒冷天气；而在实际运行中，设计负荷过大，造成设备闲置和浪费。陕西绿源公司迎宾路供暖站调峰装置为天然气锅炉和热泵装置，这两台装置自该站运行以来从未运行使用。

供暖站内泵一般采用由变频器控制的变频泵，使用变频器的目的是为控制和节能，同时降低设备选型的难度。在实际运行中，不断变换工况运行是造成井泵磨损严重的原因之一；在设计环节，在管网压力波动基本恒定的情况下，根据管网压力，井泵恒定运行，可能会降低井泵磨损，提高使用寿命。

供暖站布局是否科学合理会影响供暖站的运营质量。新星公司逐步实现换热站模块化布局，供暖站包括：换热器区域、循环泵区域、水处理区域、电气室、值班室和调峰装置区域，对设备之间的宽度和安全通道的宽度做出相应的量化要求。供暖站建设中，管道数量多，难以辨识，在运营中实行管道和设备的颜色管理，整个供暖站辨识度大大提高。

地热水矿化度较高，容易结垢，在供暖季后，需清洗板式换热器，结垢严重的需使用盐酸等危险化学品清洗。针对这种地热水的特点和板式换热器的特点，公司改进运行工艺，实现了每两周反冲洗板式换热器，既保证了供暖效果，又减少了供暖季后的设备维护。

新星公司自运营地热供暖以来，供暖站不再停留于纸面上的人性关怀，更是可以操作，更加科学的运营标准。

5 建议

在全球气候变暖、雾霾天气增多的情况下，我国大力推进地热产业的发展，提倡完善地热能资源开发利用技术标准，建立地热能资源勘查预评价、项目开发与评估、环境监测与管理体系。当前，地热产业标准涵盖面广但不能细化和量化，虽具有较强的规范指导意义，在实际实施中，可操作性有待提高。

结合新星公司运营地热供暖多年的经验，地热供暖站作为重要的地热供暖系统重要环节，需要更加细化和量化。

1) 精细设计环节，提高设计的经济效益。地热供暖缺少相应的政策支持，属于微利行业，如果在设计环节冗繁，势必会导致初投资过高和设备的闲置浪费。

2) 鼓励换热站设计、施工、验收和运营中，检测方法规范的出台。

3) 提高供暖站布局科学性和管道设备标志辨识性。

4) 总结供暖站运营环节中可以提高运行效率的成功经验，有利于经验的推广应用。

[1] GB/T 11615-2010,地热资源地质勘查规范[S].

[2] Mongillo M A ,Gromley C J.The International Energy Agency -Geothermal Implementing Agreement 3rd Term Achievements and 4th Term Aspirations[R]. European Geothermal Congress , 2013.

[3]Britta Ganz, Rüdiger Schulz.The GIA Trend Report, a new survey report about geothermal application and developments with trends in power generation and heat use in IE-GIA members countries[R]. European Geothermal Congress , 2013.

[4]朱家岭. 地热能开发利用与应用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[5] 国家能源局,财政部,国土资源部,住房和城乡建设部.关于促进地热能开发利用的指导意见[R].北京, 2013.

[6]吕铁.论技术标准化与产业标准战略[J].中国工业经济,2005, 7: 43 - 49.

[7]张沈生,孙晓兵,傅卓林.国外供暖方式现状与发展趋势[J].工业技术经济，2006, 25(7): 131 - 134.