低入住率地热供暖投资运营策略及经济性分析

王培浩，田 鹏

（中国石化集团新星石油有限责任公司，北京100083）

北方地区清洁取暖[1]日益得到国家的高度重视，地热资源作为一种现实并可靠的清洁能源能够极大地解决这一问题[2-5]，但因其初始投资较高制约了其快速发展。同时，由于我国房地产业的迅猛发展，导致部分区域尤其是县级地区出现住宅小区空置率、入住率较低的情况，对供暖行业尤其是地热供暖的运营效益造成较大影响[6]。因此，急需解决低入住率情况下，地热供暖项目如何盈利问题。本文结合已实施的地热供暖项目，针对不同入住率情况开展投资、运行策略研究，分析各种方案的经济性，对低入住率地区地热资源开发有一定的指导意义。

1 项目概况

1.1 项目介绍

河南省新乡市某居民小区地热供暖项目总建筑面积11.8万m2，于2013年建成入住，末端采用地板辐射采暖，供暖时间当年11月15日至次年3月15日。项目所在区域平均入住率为54%，其中交房3年以内居民小区入住率约为30%，交房5年内居民小区入住率约为45%，交房8年内居民小区入住率约为70%。本项目2013年交房首年，入住率仅为25%，至2017年年底入住率约为45%，入住率较低，采用常规供暖设计对项目运行成本和经济效益有极大影响。

1.2 热负荷

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》给出新乡市的设计用室外气象参数，见表1。

该项目建筑为按照节能建筑规范要求建设的节能建筑，根据新乡市室外设计参数及建筑使用功能，冬季热负荷指标取为40 W/m2，总热负荷为4 720 kW，设计末端供回水温度为45/35℃。

1.3 深层地热资源条件

地热井深约1 300 m，单井出水量80 m3/h，出水温度50℃。静水位35 m，动水位70 m。深层地热水水质优良，回灌条件好，1采1灌可实现地热资源的采灌均衡，可持续利用。

表1 新乡市设计用室外气象参数

2 方案比选及系统设计

2.1 方案一：按全负荷设计供暖系统

为满足所有建筑全部用热负荷，充分利用深层地热水，采用板式换热器加两级热泵机组并联梯级换热的方式。地热水经一级板式换热器，温度由50℃降为37℃，单井可提供的热量为Q1。

Q1＝k×G×∆t＝1.163×80×（50–37）

＝ 1 209.52 kW

项目总热负荷为4 720 kW，若按照1采1灌设置2口地热井，不足热负荷3 510.48 kW由两级热泵机组串联提取地热尾水热量提供。热泵机组COP为4.5，尾水回灌温度约7.66℃，热泵总输入功率为780 kW。尾水经过回灌设备处理后进行自然回灌。一级板换二次侧循环水直接进入用户末端供热，满足小区住宅的部分热负荷，供、回水温度分别为45/35℃（地板辐射采暖）；二级板换热进水源热泵保障热泵正常运行供暖。系统流程 见图1。

图1 满足全部负荷

2.2 方案二：按70%～80%负荷设计供暖系统

考虑当地居民小区入住率实际情况，按满足70%负荷设计供暖系统。此时项目最大热负荷可按照3 304 kW设计，单井可提供直供热量仍为 1 209.52 kW，不足热负荷2 094.48 kW由2台热泵机组提供。热泵机组COP为5，尾水回灌温度约为19℃。其余流程与方案1类似。系统流程见图2。

图2 满足70%～80%负荷

2.3 方案三：地热直供满足全部热负荷

不采用梯级利用方式全部利用地热一级板换二次侧循环水供暖，地热井单井直供热量为 1 209.52 kW，满足全部用热负荷4 720 kW，在满足回灌要求的情况下需钻井8口（4采4灌）。虽然可显著降低运行成本，但系统投资造价过高，全部采用地热直供不现实且不经济。基于入住率低的实际情况，考虑采用2采2灌方式。此时地热井可提供总热量为2 419.04 kW，占总负荷的51%。系统流程见图3。

图3 纯地热

2.4 方案四：按实际入住率适时扩容

按照初始入住率30%配置1采1灌2口地热井，此后随着入住率的增加适时增配热泵机组。此种方式能够最大限度地节约投资，同时降低运行成本。但需要提前预留供热站空间和配电余量，以便开展后续设备的安装。系统流程见图4。

图4 适时扩容

3 系统运行策略

3.1 30% 入住率

当小区入住率为30%时，地热井1采1灌基本能够满足居民用热需求。此时仅开启地热井深井电潜泵、一级板换二次侧循环泵、补水泵，系统运行效率最高，运行成本最低，但因入住率低导致热损严重，能耗较大。

3.2 50% 入住率

当小区入住率为50%时，针对方案1中所示系统，地热井直供可承担基础热负荷，其余热负荷由一级热泵机组承担。此时需开启地热井深井潜水泵、一级板换二次侧循环泵、补水泵、二级板换热泵循环泵、一级热泵、热泵补水泵等设备。此时，因一级热泵机组基本处于满负荷运行，运行效率仍较高。针对方案2中所示系统，地热井直供承担基础热负荷，其余热负荷由热泵机组承担，此时系统开启与方案1类似，但因热泵机组处于部分负荷运行，运行效率一般。针对方案3中所示系统，地热井2采2灌能够满足50%热负荷，此时，系统开启与30%入住率类似。此时系统运行效率最高，运行成本最低，因入住率有一定上升，热损较小。

3.3 70% 入住率

当小区入住率为70%时，针对方案1中所示系统，相对于50%入住率需开启二级热泵，此时二级热泵出力为50%，运行效率一般；针对方案2中所示系统，为满负荷运行；方案3中系统不能满足70%负荷用暖需求，但可以通过站内改造安装热泵机组实现供暖，但此时改动较大，对站内安装空间要求较高。

3.4 100% 入住率

当小区入住率为100%时，仅方案1中系统可满足居民正常用暖需求，方案2、3所示系统均需实施站内改造才能正常供暖。根据目前统计数据来看，新乡市入住率达到100%的小区很少。

4 系统经济性评估

4.1 投资分析

基于上述4种建设方案，根据该项目实际投产时投资情况分别进行经济性比较，如表2所示。由表2可知，方案4投资最少但后续站内改造扩容工作量较多，要求运营公司具有较高的技术、管理和改造水平，同时需要较大的站房面积。方案3投资次之，且能够满足50%入住率，但钻井数量较多，需要落实合适的钻井井位。方案2能够满足70%负荷，具有较强的可操作性，若5年内入住率能够升高至50%～70%可采用方案2，若入住率增高幅度较慢建议选择方案4。方案5为项目实际投资，满足100%负荷，项目建设较早，方案未优化投资导致投资较高。

表2 各方案的经济性比较

4.2 运行成本分析

结合系统运行策略，分析不同入住率时运行成本见表3。由表3可知，入住率较低时运行成本也较低，但因存在较大热损导致单位供暖面积成本依然较高。若入住率持续维持在30%左右，则推荐使用方案4，若入住率有望增加值50%，推荐使用方案3。

表3 不同入住率时运行成本 万元

4.3 实际运行成本分析

根据该居民小区实际建设、入住和用暖情况，统计其自2013年项目建成至2017–2018年采暖季运行成本情况，如表4所示。在运行初期，因系统初次投运，运行成本较高，后续经过优化运行成本有所降低。但因该项目实施为完全投入，热损较大，相对比方案3、4中运行成本仍较高。当入住率达到45%后，运行成本才基本与方案3的成本持平。

表4 实际不同入住率时运行成本 万元

5 结语

1）县域区域由于其自身经济容量和人口外流等因素，房地产快速发展导致入住率不高，对于采用地热供暖这种初投资较大的供暖形式来说经济效益较难保障，需要在实施过程中高度关注投资风险。

2）若入住率增幅不高，或每年增幅在5%左右时，建议采用方案3或方案4，即全部考虑纯地热供暖方式，后续随着入住率的提高逐步扩容以最大限度降低初始投资和热损，减少运行成本。

3）中低温地热资源区域应结合建筑需求和入住率情况，合理布局地热供暖站房，预留设备扩容空间。分期建设，确保项目投资收益。