曹妃甸工业区海水源热泵可行性分析与研究

2017-03-12左丽明

河北地质 2017年3期

王平左丽明

(河北省水文工程地质勘查院石家庄 050021)

海水源热泵技术是一种利用地球表面浅层水源(海水)吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种清洁可再生能源技术。该技术的发展能够为曹妃甸区能源结构调整和经济的可持续发展提供基础。

1 工作区概况

通过对曹妃甸区海域海岸基础条件的调查，曹妃甸区海域海岸线为淤泥质海岸且大部分区域岸段的淤积情况较为严重，不具备建立海水源热泵条件。曹妃甸工业区海域(港池)淤积情况较轻，初步具备建设海水源热泵取水口的条件。通过对曹妃甸工业区海水温度、海水水质及海水深度等条件的进一步分析，以证明其是否具备利用海水源热泵的基础条件。在此基础上，结合曹妃甸工业区目前发展规划及海水源热泵技术条件对其开发利用前景进行了分析阐述。

2 曹妃甸区海水源热泵基础条件

2.1 海水温度条件

(1)冬季温度条件

根据已有资料，曹妃甸海域冬季海水平均温度在1.5 ℃～2.5 ℃(最冷月)，对于海水源热泵系统建设而言，由于冬季海水温度较低，海水源热泵应用的COP(性能系数：就是海水源热泵的机组制冷量与机组能耗之比)会大大降低。另外，曹妃甸海域冬季结冰期(图1)大约在85天左右，固定冰厚度在15～25 cm，其堆积厚度最大可达3.5 m，对管道设备具有较大的负面影响，甚至会导致取水口冰堵甚至冻结情况的发生。

图1 曹妃甸海域冰情

(2)夏季温度条件

根据调访，曹妃甸区8月份为空调制冷的高峰期；已有资料显示，8月份港区平均温度在25 ℃～26 ℃。在曹妃甸港池内选取7点位对其不同深度温度情况进行了测量，见图2。就整体而言，曹妃甸港池内各点位海水温度差别较小；海水表层与底层温度差较小，温度由表层至底层整体呈递减趋势，平均深度每增加1 m，温度减少0.05 ℃，见图3。

2.2 海水水质

为查明曹妃甸港区水质状况，共设计了4个水样采集点，见图2，分别对其采集两个不同深度处水样2件，共计采样8件，其水质检测成果见表1。

图2 曹妃甸区海水深度测量线

图3 曹妃甸港区温度随海水深度变化曲线

样品编号总硬度/(g/L)溶解性总固体(g/L)总碱度(mg/L)区域22-6m5.6038.12127.622-3m5.6029.68125.119-6m5.8030.79127.619-3m5.6030.84130.123-6m5.7030.41125.123-3m5.6530.75130.120-3m5.4530.51120.120-6m5.5530.48115.1曹妃甸港区备注水源热泵水质标准:总硬度≤200mg/L;溶解性总固体<3g/L;总碱度≤500mg/L

2.3 海水深度条件

对曹妃甸一号、二号港池分别进行了海水深度测量，见图2。测量结果显示：1号测线测量区域(二号港池)海水平均深度在10 m以下，局部区域海水深度达到16 m；2号测线测量区域海水平均深度在18 m左右，其中在一号港池南部出口处海水平均深度在23 m左右；3号测线测量区域海水深度在18 m左右。

3 规划及海水源热泵技术条件

3.1 规划

根据《唐山市曹妃甸区(曹妃甸新城)总体规划》(2008-2020)，曹妃甸工业区用地类型以工业用地为主、其次是商业金融用地、港池用地和仓储用地。

3.2 海水源热泵技术条件

我国第一个海水源热泵项目于2004年在青岛发电厂建成使用；2013年大连市星海假日酒店海水源热泵中央空调工程正式启动。另外国外亦有多个成功利用海水源热泵的案例，如：20世纪70年代初建成的悉尼歌剧院；20世纪90年代初日本成的大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程等等。

4 综合分析

4.1 海水源热泵基础条件

曹妃甸工业区海水深度均在5 m以上，其中大部分区域海水深度在10 m以上，能够为热泵管线布设提供较好的基础条件；制冷期，海水25 ℃～26 ℃的温度及其高效能的换热率，使其可以作为较好的冷却源；另外制冷期，相对于利用海水作冷却源，较高的海水温度亦可作为供热源为夏季热水(生活用水及洗浴)的供给提供热量；供暖期，较低的海水温度及海冰的出现，使其不具备作为供热源条件；海水水质虽多项不达标，但可以通过换热方式解决，但相应的会降低机组效率、增加资金投入。

因此，综合而言曹妃甸工业区具备夏季利用海水源热泵(用作冷、热源)的基础条件；但其达到的经济和节能效益可能会受到可利用温度差、海水输送距离及工程的规模等因素的限制。