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中深层地热供暖:长江中上游的绿色新引擎

2024-12-16

长江中上游地区,横跨多个省市,夏季的闷热与冬季的湿冷构成了典型的气候特征,该地区中深层地热水资源比较丰富,具备良好的开发利用基础,加之拥有众多高海拔地形,中深层地热供暖在该地区展现出巨大的发展潜力。

如果做好科学的顶层设计,因地制宜,将地热禀赋、当地需求、适用技术和市场模式紧密结合,加以积极的政策引导和必要的扶持,中深层地热供暖不仅将为居民、企业带来更加舒适、环保、稳定的供暖体验,还将推动地方能源结构转型,助力“双碳”目标实现,成为驱动区域经济发展的绿色新引擎。


01传统供暖与地热供暖


传统供暖类型主要包括燃气供暖、燃油供暖、电供暖等,长期以来在保障居民冬季取暖需求方面发挥了重要作用,但各自也存在一定的局限性。

燃气供暖虽然相对清洁,但成本较高,且依赖于天然气供应,可能会受到市场价格波动和供应不稳定的影响;

燃油供暖成本通常较高,价格波动大,且能源利用效率不高,燃烧石油产品同样会产生有害气体,对环境造成污染;

电供暖虽然清洁无污染,但运行成本较高,尤其是在电价较高的地区,且电能转化为热能的过程中存在能量损失,热能损耗较多。


随着环保意识的提升和新能源技术的发展,地热供暖作为一种清洁、高效、稳定的供暖方式,已在众多区域得到了广泛应用。地热供暖主要分为浅层地源热泵供暖(制冷)模式、中深层水热型地热能供暖(制冷)模式和中深层换热型供暖模式。

我国政府高度重视地热能的发展,并出台了《“十四五”可再生能源发展规划》、《关于促进地热能开发利用的若干意见》等一系列支持政策。这些政策明确了地热能作为可再生能源在我国供暖方面的重要地位,并提出了到2025年和2035年地热能发展的具体目标。


与传统的供暖类型相比

地热供暖不依赖化石燃料燃烧,有效降低了温室气体排放,改善了空气质量,符合低碳环保、节能减排的环境建设要求。此外,地热供暖不会产生噪音和振动,对周围环境的影响极小;

地热供暖具有极高的稳定性和可靠性。由于地热能源来源于地球内部的热量,其温度和能量稳定且持续,不会受到天气变化等外界因素的影响。这使得地热供暖能够在各种极端气候条件下保持稳定的供暖效果;

地热供暖能够实现高效能转化,适用于多种建筑类型,包括住宅小区、商业建筑、公共建筑以及农业建筑等;

地热供暖维护费用与运营费用远低于传统供暖方式,降低了居民和企业的供暖成本,同时促进了地热勘探、设备制造、安装施工等相关产业链的发展,带来了更高的综合经济效益;

地热供暖还推动了清洁取暖政策的实施,提升了居民的生活质量,产生了积极的社会影响。

然而,在地热供暖的发展应用过程中,也面临着诸多挑战,如设计和施工要求高、设备能效比低、管道结垢腐蚀、地热水处理复杂等诸多问题。


02长江中上游中深层地热供暖的可行性


长江中下游地区是地热供暖的热点区域之一,浅层地源热泵供暖(制冷)模式因其节能、稳定且环保的特性而在该地区得到应用。据《2023年世界地热大会》发布显示,截至2020年底,中国浅层地热能供暖(制冷)面积约8.1亿㎡,装机容量达2.6万MW,应用区域重点分布在华北、长江中下游地区。

因水文地质、气候特征、地热水资源等差异,浅层地源热泵供暖(制冷)在长江中上游地区并不适宜。相比之下,中深层地热供暖在长江中上游地区展现出广阔的发展前景。

气候特点

长江中上游地区,覆盖四川、重庆、云南、湖北等多个省份及直辖市,不仅是中国经济的重要增长极,也是人口密集的城市群所在地。这里的气候特点表现为冬季湿冷、夏季炎热,特别是高海拔地区的严寒条件,加之近年来极端寒冷天气的频发,使得供暖需求愈发迫切。


市场需求

长江中上游沿江地区城镇众多,人口基数庞大,供暖需求显著。其中,部分高海拔、地形崎岖的乡镇人口分布分散,传统供暖方式因对管网铺设的密集度和连续性要求较高,难以全面覆盖,面临诸多制约。随着城市化进程的推进,学校、医院、商场等公共设施对供暖的需求也在持续增长。此外,该地区产业集聚,对温度控制有着严格要求。据《2025-2031年中国地热供暖行业市场调查研究及投资策略研究报告》显示,2023年,我国地热供暖行业市场规模为1060亿元,同比增长17.78%,显示出强劲的增长势头。


中深层地热水资源

长江中上游地区中深层地热水资源丰富,为地热供暖提供了得天独厚的条件。这一区域内,宜宾、泸州、重庆、咸宁等地均展现出中深层地热水资源的优势。

重庆市主城都市圈尤为突出,重庆作为“世界温泉之都”,全市8.24万平方公里范围内,已探明的地热水分布区域有1万平方公里,呈现“山山有温泉、峡峡有热水”的鲜明特点,形成天然的条带状地下热库。已经探明的地热水储量为5.6亿吨,日可开采地热水资源量为121万吨。现有地热水资源单体163处,总出水量32.85万m³/d,实际利用总量为8.35万m³/d,仅占总量的25.42%,开发利用空间较大。在重庆主城区,热储层多在1000-2000米左右;而在渝东南和渝东北地区,部分地区热储层可达3000米以上。


四川地热水资源多分布在构造断裂带上,分布广泛,且高、中、低温兼有,分布呈现出不同构造带、不同程度、不同温度分区的特点,70%以上地热水分布于龙门山-峨眉山大凉山以西的川西地区,以中、高温地热水为主,其余地热水主要分布于盆地中及盆地边缘山区,以中、低温地热水为主。长江沿线的宜宾、泸州属于川东沉降盆地温水-温热水区,分布有少量地热井。


长江中游地区中深层地热水资源以湖北宜昌、黄冈、咸宁为代表。“县县有温泉,处处涌沸波”是咸宁独特的城市品牌和文化符号;有大小泉眼1.8万处,地热水年总储量达700万吨,平均日出水量1.5万吨。黄冈地热水资源丰富,已发现10处,开发利用英山汤河、罗田三里畈等处,分布面积约1000km²,可开发利用储量约1102万m³/a。宜昌市点军区曹家畈地热水资源预可行性勘查成果显示:自涌水量2016.58m³/d,出水水温44℃,含有多种有益元素的优质地下热水资源,极具开发利用价值。

此外,中深层地热水资源不仅可以用于冬季供暖,还可以用于夏季制冷。在国家政策的推动引领下,长江中上游地区有望在已具备成熟地热供暖条件的基础上,实现大规模的中深层地热供暖(制冷)应用和推广,为打造低碳、环保、可持续的城市发展新模式提供有力支撑。



03华捷在中深层地热供暖领域的技术创新


作为国内领先的地热温泉综合开发利用集成智造家,华捷地热在积极响应国家双碳战略与大健康战略的引领下,始终致力于为地热温泉综合开发利用全链条赋能。

历经十余年的深耕细作,华捷地热不仅积累了深厚的行业经验,更在技术创新上不断突破,自主研发有地热资源地质勘查技术、温泉水管网输送技术、温泉水处理技术、节能降耗技术、智能控制技术等核心关键技术,其中荣获国家专利五十余项,能够全方位、多层次、定制化的为中深层地热供暖面临的设备能效比低、管道结垢腐蚀、地热水处理复杂等问题提供专业、有效的解决方案。

以下为地热供暖领域的2项技术简介:

技术一:溴化锂吸收式制冷机节能系统


△地热供暖/制冷技术示意图

该项技术已获得国家发明专利,专利号为:ZL 2019 1 0048974.X。

适用对象

适用于中深层地热水资源聚集区,特别是在长江中上游、西南高原地区。冬季可供暖夏季可制冷,实现地热水资源的最大化利用。

技术原理

通过将多个热泵并联设置,提取外来热源和溴化锂吸收式制冷机组冷凝出口热源并输送至集热水箱储存,将水源侧换热过后的冷却水输送至冷却水箱储存。

集热水箱和冷却水箱通过管路及补水阀与外部软水系统连接,集热水箱的出水口通过管路与溴化锂吸收式制冷机组的热水侧连接,其输送的热水和经溴化锂吸收式制冷机组的热水侧换热过后的冷水一起输送至多个加热水源热泵的用户侧。

冷却水箱的出水口,通过管路及冷却水循环水泵与溴化锂吸收式制冷机组的冷水口连接,溴化锂吸收式制冷机组的制冷侧通过管路及空调供冷循环水泵与供冷末端连接,以对空调末端供水进行换热制冷。

应用效果


· 充分利用溴化锂吸收式制冷机组产生的热量,显著提高了对热水的升温效率;

· 充分回收冷却水,不仅回收了溴化锂吸收式制冷机组的热量,还有效避免了传统技术中冷却塔降温过程中水量的蒸发问题,以及冷却塔运行所需的电能消耗,从而实现了资源的双重节约;

· 还可以与太阳能及其他可再生能源系统并联使用,大幅增强了集热水箱中热水的加热效率,确保了能源的全方位、深层次利用;

· 降低了系统的能耗成本,提高了整体运行效率,还显著提升了设备能效比,带来了可观的经济效益,同时促进了系统的节能效果,为生态环保事业作出了积极贡献。

技术二:阻垢除垢技术

△技术示意图

该项技术总计获得4个国家专利授权,专利号分别为:ZL202122228670.7ZL202122228732.4ZL202122228731.X、ZL202111073838.X

适用对象

在地热供暖过程中,地热水中溶解的各种盐类形成难溶性结晶从地热水中析出,附着在管道传热面上成为水垢,导致地热井、管网系统设备堵塞。

技术原理

通过在地热井下增压,促使难溶性盐类转变为易于溶解的可溶性盐类,在源头上有效遏制地热井下结垢现象的发生;

当这些处理后的地热水或流体进入地热井上真空环境时,可溶性盐类会大量形成并提前析出,确保后端系统清洁无垢,彻底根除地热井下及井上管网系统的结垢顽疾。

应用效果

· 直接节省每年专用于除垢产生的高额运维费;

· 减少供暖设备的磨损,有效延长使用寿命;

· 确保供暖设备能够持续高效、稳定地运转,大幅提升地热供暖效率;

· 不添加任何阻垢药剂,最大限度维持地热水质特性;

· 析出来的垢物可以回收利用开发相关衍生品,增加收益。

不仅仅局限于中深层地热供暖领域,华捷地热将地热温泉的综合开发利用价值已经延伸至地热发电、智慧水务、设施农业、数字经济、双碳产业等多个领域。通过专业技术解决方案,推动地热温泉资源的科学开发与高效利用,实现吨水效益最大化,更在此基础上促进了地热温泉资源与一、二、三产业的深度融合与协同发展,不仅为合作企业带来了成本的有效控制、产品品质的显著提升以及经济效益的稳步增长,更为区域经济的绿色低碳转型注入了强劲动力。