油田矿区住宅利用浅层地热能供暖可行性探讨

刘 赞

（中国石化股份公司江汉油田分公司总调度室，湖北 潜江433124）

浅层地热能（又名浅层地温能）是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至200m埋深），温度低于25℃，在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资源。它不是传统概念的深层地热能（温度可达100℃以上），其能量主要来源于太阳辐射和地球梯度增温。与深层地热相比，浅层地热能分布广泛、储量巨大、再生迅速、采集方便、开发利用价值更大。采用热泵技术进行采集利用后，既可供暖，又能制冷，而且环境效益良好。因此，近年来得到了世界各国的高度重视，其开发利用增长迅速，已成为节能减排大军中一股不可忽视的力量。

1 国内浅层地热能利用发展概况

20世纪90年代我国才引入地源热泵技术。清华大学徐秉业教授把这项技术引入中国，从此开启了地源热泵技术在中国的发展潮流。我国利用地源热泵技术开发浅层地热能与国外相比，虽然起步晚，但发展迅速。据初步统计，目前在全国范围内，除港澳台地区外，31个省、市、直辖市、自治区均有开发浅层地热能的地源热泵系统工程。

近几年，湖北省加快推进浅层地热能利用，一批示范项目正大量涌现。以潜江市为例，潜江市中心医院4万平方米、世博会湖北馆复建工程2 500m2两个地热利用项目已经投入运行，中润金桥广场3.8万平方米、曹禺大剧院2.5万平方米等3个地热利用项目正在建设中。

2 油田矿区住宅利用浅层地热能供暖的可行性分析

2.1 应用条件分析

2.1.1 资源条件

油田地处江汉平原，地质构造上属沉积盆地，平均海拔30m左右，地表200m以下有着丰富的含水层，且地下水有流动和涨跌之特点，水温常年保持在17℃～21℃，浅层地热能具有可再生量大、冬夏均衡好等特点。

2.1.2 气候条件

油田地理上属亚热带季风湿润气候区、冬季寒冷潮湿、夏季闷热难挡，每年冬季室内气温低于12℃ 的时间有3个月左右，夏季室内气温高于29℃ 的时间有4个月左右。充分利用开发浅层地热资源，从油田所处夏季闷热、冬天湿冷的气候角度来说，无疑给社区居民提供了更舒适、方便的选择。

2.1.3 市场条件

江汉油田现有供暖锅炉53台，其中链条锅炉46台，流化床锅炉7台，总吨位542蒸吨／小时。2014年底，油田供暖面积519万平方米，年消耗原煤11.4万吨。2015年，油田在建住宅面积约34万平方米，“十三五”期间，油田年新增住宅面积12万平方米左右，浅层地热能应用市场较为广阔。

2.2 必要性分析

2.2.1 开发利用浅层地热能是国家能源政策鼓励和倡导的方向

国家重视和鼓励浅层地热能开发利用工作。2013年1月10日，国家能源局、财政部等4部委下发《关于促进地热能开发利用的指导意见》。《意见》中明确规定“积极推广浅层地热能开发利用。积极发展土壤源、地表水源（含江、河、湖泊等）热泵。鼓励具备应用条件的城镇新建建筑或既有建筑节能改中，同步推广应用热泵系统，鼓励政府投资的公益性建筑及大型公共建筑优先采用热泵系统，鼓励既有燃煤、燃油锅炉供热制冷等传统能源系统，改用热泵系统或与热泵系统复合用”。

2.2.2 开发利用浅层地热能解决油田矿区住宅供暖燃料替代

江汉油田居民及办公供暖主要依托社区锅炉，锅炉燃烧介质为原煤。随着小区供暖面积的逐年增加，供暖能力不足、原煤燃烧污染严重、地方政策限制等问题日益突出。《湖北省2014－2015年节能减排低碳发展实施方案》中明确规定对8蒸吨／小时，运行7年以上的中小燃煤限期进行淘汰。由于中深层地热能利用面临出水量、水温等核心参数不明确、抽取的地下热水回灌难度大等问题，采用天然气作为燃烧介质，运行成本较高等方面因素，利用浅层地热能成为供暖系统燃料替代的一种较为有效的选择。

2.3 技术条件分析

2.3.1 地源热泵系统工作原理

地源热泵技术是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，热泵是利用逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统，主要包含地源热泵主机、风机盘管和地下埋管。

在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内，再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。地源热泵系统可同时提供中央空调、地暖和生活热水。

2.3.2 地源热泵技术优势

与传统燃煤供热、空气源热泵等相比，地源热泵技术具有明显的优势，主要表现在以下几个方面：

1）节能高效。锅炉供热可将70%～90% 的燃料转化为热量供给用户，地源热泵比燃料锅炉节省1／2以上的能量；由于地源热泵的制冷、制热系数可达4.5～5，与传统的空气源热泵相比，要高出40% 左右，其运行费用为普通中央空调的50%～60%。

2）清洁环保。地源热泵机组运行时，由于水是在密闭系统中循环，不与外界水体接触，不存在地热水回灌风险；且可以大幅减少二氧化碳和污染物、粉尘排放，环保效益显著。

3）安全灵活。真正做到“一机三用”，即实现供暖、制冷、生活热水“三联供”；机组可灵活地安置在任何地方，节约空间，系统末端亦可作多种选择；无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。

3 结论及建议

1）利用浅层地热能替代原煤供暖，并进一步利用地热制冷，将在极大程度上减少二氧化碳和其他污染物排放，减少供暖费用支出，为打造美丽幸福油田、树立企业良好形象做出积极贡献。

2）鉴于浅层地热能利用在施工期间需要有一定面积的空地用于钻孔放置换热器（施工后地面将得到平整和恢复），结合油田实际，建议从新建小区中选择1～2处住宅小区进行工程示范，待取得成功经验后，再带动新旧住宅的供暖热源改造。

3）由于浅层地热能利用初期建设投资较大，可考虑采取合同能源管理模式与具有实力的公司合作，以降低技术、财务和运行方面的风险。

［1］刘时彬，李宝山，郑克棪.全国地热产业可持续发展学术研讨会论文集［C］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］姚金，李静荣，凌造.粤北地热资源遥感调查探测模式与应用［J］.地球信息科学学报，2011，13（01）：144－150.