济南热力集团有限公司山东省济南市250010
摘要：我国城市的大气污染问题日益严重，冬季燃煤采暖是污染源之一，切实践行党中央关于生态文明建设的各项决策部署和习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的战略思想，按照“环境质量只能更好，不能变坏”的约束性要求，开发可再生清洁能源供暖是一项意义重大的、长远的战略考虑。可再生清洁能源包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能等等，下面浅谈中深层地热能供暖技术及应用。
关键词：清洁能源；地热能；采暖；技术
地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是导致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达摄氏7000度，而在80至100公英里的深度处，温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。
具备地质条件的中深层地热井出水温度可达50~100℃，可用于供暖及温泉用水。
1．可采用的供能方式
1）直接换热方式
通过板式换热器，将深层地热水换成用户所需热源的温度，并直接加以利用。此种方案投资低，系统简单。但由于地热能的回水温度需高于用户侧的回水温度，在保证用户侧使用要求的前提下，不可能最大化利用地热能，能源利用率低。其系统原理图如下：
直接换热系统原理图
假设中深层地热井预计出水温度58℃，热水品质较高，经换热后其供水温度可以达到住宅建筑的供水温度要求，因此在供热负荷需求不大的小区可以采用该方式供热。
经测算，实际供热面积约为5万平方米时，回灌量按照每口井回灌60m3/h即可通过直接换热满足供热需求。如果回灌条件较好，可以达到取水井取水量时，直接换热可以满足约6.67万平方米的供热需求。
2）电热泵取热方式
利用电热泵机组将通过板式换热器与深层地热进行热交换后的介质，以电力作为驱动能源提取介质中的热量，供给热用户，其系统COP大于3。此种方案系统简单，充分利用地热能，运行费较低，经济性好，其系统原理图如下：
电热泵取热系统原理图
3）燃气锅炉补充负荷
当出现个别区域地热资源较差，地热+电热泵无法满足供热需求的情况，在设计时根据所缺负荷增加燃气锅炉进行调峰的方式来满足供热需求。
2．关键技术环节分析
1）热泵供热系统分析
采用热泵系统后，地热尾水回灌温度可以降低至10℃左右，地热水的能量可以得到最大化利用，系统经济效益最佳。每个能源站根据供热负荷和供热特点不同，采用热泵后实际的回灌温度也有所不同。
系统流程简介如下：
地热水侧流程：取水井地热水（58℃）—旋流除砂器—一级板式换热器（47℃）—二级板式换热器（18℃）—三级板式换热器（10℃）—尾水处理机组—加压回灌至回灌井；
供热系统流程：系统回水（45℃）—立式扩容除污器—循环水泵—一级板式换热器和热泵系统冷凝器（55℃）—进入供水管道对外供热。
2）直接换热系统分析
当供热规模较小且末端为地暖系统时，可以直接利用地热水换热系统满足居民采暖需求。该系统最佳供热面积约为5万平方米，虽然系统回灌温度相对较高（33~37℃），但系统的经济性最佳。
系统流程简介如下：
地热水侧流程：取水井地热水（58℃）—旋流除砂器—一级板式换热器（33~37℃）—尾水处理机组—加压回灌至回灌井；
供热系统流程：系统回水（30~35℃）—立式扩容除污器—循环水泵—一级板式换热器和热泵系统冷凝器（40~45℃）—进入供水管道对外供热。
该系统实现了地热水的资源化利用，回灌温度约为33~37℃，虽然地热水资源未最大化利用，但是系统的经济性优于热泵供热系统。
3．首站及管网采用的新技术、新节能措施说明
1）地热井
地热井采用大口径填砾、灌采结合设计，保证了地热尾水实现适度开发、采灌平衡的原则，保证地热资源的合理利用。
2）管网
管网采用最新PP-RTⅡ管道系统，是一种专门应用于高温流体输送领域的一种新型管道材料，较好的解决了其它耐热塑料管道的局限性，是目前耐热塑料管道领域较为理想的一种管道材料，具有耐腐蚀，使用寿命长的特点，相同比摩阻、相同内径下管道流量约是普通钢管的1.25倍，标准保温条件下PP-RTⅡ管道比钢管可至少降低5%-7%的热损失，管道可采用热熔方式进行本体连接，连接过程简单、易掌握，对工人要求低，连接可靠性高。
3）站房
站房采用地热梯级利用系统，能最大限度提取地热水中的热量，减小地热水的抽取量，方便地热水的回灌，水源热泵效率高。
4）回灌系统
孔隙型热储层回灌系统的过滤精度须达到3～5μm，同时滤掉悬浮颗粒和细菌，系统采用粗效过滤、精效过滤等多级过滤系统，保证地热水的回灌。
5）自控系统及监控系统
系统采用先进的自控及监控系统能准确检测地热系统各项运行状态及地热水的取水及回灌量。
4.小结
规划实施新热源，积极发展生物质能、地热能、电能、天然气等清洁能源，逐步淘汰、外迁不符合的落后产能，是实施新旧动能转换的重要内容与必然要求，更为新材料产业、生物医药及医疗器械等高端高新产业以及居民生活水平的提高提供保障与支持。
地热能作为一种可再生清洁能源，已经在我国实施开展了较多的实用案例，中深层地热供暖对大气污染防治具有较大的推动作用，也具备较好的经济效益。