民用采暖能耗現(xiàn)狀與發(fā)展

民用采暖能耗現(xiàn)狀與發(fā)展

1我國能源、節(jié)能技術的應用,已經將于2013年《能源促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》現(xiàn)在，傳統(tǒng)的巖漿巖能源正在減少。在總能耗中，民用供暖能耗的比例逐年增加。地熱作為一種無污染、可再生的清潔能源,與煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比,具備數(shù)量巨大、可再生、低碳、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢。同時地熱資源的開發(fā)也符合國家的節(jié)能減排政策。2013年初,國家能源局、財政部、國土部和住建部聯(lián)合發(fā)布的《關于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》,更增大了對地熱能這一新能源的開發(fā)利用的政策支持。勝利油田所處區(qū)域存在豐富的地熱水資源,地熱水溫度較高,具有較好的利用價值。早在2002年,勝利油田就開始在其外圍區(qū)域采取地熱供熱的形式。隨著我國環(huán)保問題的加劇,以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的地熱供熱形式越來越得到國家和集團公司的重視和認可。勝利油田擁有豐富的地熱資源,在地熱利用方面具有天然的優(yōu)勢,在技術允許的條件下,合理地選擇地熱供熱方式,不僅有利于能源的可持續(xù)性利用、環(huán)境的保護,同時還可以提高企業(yè)的經濟效益,降低供熱成本。本文就勝利油田采取地熱供熱形式的經濟性做一下簡要的分析。2加熱和加熱的主要形式地熱供熱常見的供熱形式有三種:純地熱水換熱供熱、地熱水換熱+壓縮式熱泵供熱、地熱水換熱+吸收式熱泵供熱。2.1級網(wǎng)熱水供熱圖1為純地熱水換熱供熱系統(tǒng)流程圖:從開采井出來的70℃的高溫水,經過汽水分離器和旋流除砂器的處理后,進入換熱器與二級網(wǎng)熱水換熱。換熱后溫度降至38℃,經過回注泵加壓后注入回注井中。二級網(wǎng)熱水(采暖熱水)經過換熱后,溫度由35℃升高至45℃,為熱用戶供熱。此種供熱方式的換熱量與開采井出水量、出水溫度和二級網(wǎng)供回水溫度密切相關。參考勝利油田目前在用的地熱井參數(shù),假設新建開采井出水量為66m2.2級網(wǎng)熱水回收利用圖2為地熱水換熱+壓縮式熱泵供熱系統(tǒng)流程圖:當開采井供熱能力大于供熱單元的熱負荷需求時,地熱水經過換熱器與二級網(wǎng)熱水直接換熱,從換熱器出來的地熱水被直接注入回注井中;當開采井供熱能力小于供熱單元的熱負荷需求時,地熱水首先經過換熱器與二級網(wǎng)熱水直接換熱,換熱后的地熱水溫度降低至38℃,然后經過壓縮式熱泵,將熱量傳遞給二級網(wǎng)熱水,地熱水最終降至18℃左右回注至地層。通過板換換熱的二級網(wǎng)熱水和經過熱泵換熱的二級網(wǎng)熱水匯集在一起,進入熱用戶為熱用戶供暖。壓縮式熱泵的性能系數(shù)較高,一般在4~6之間。2.3+壓縮式熱泵供熱圖3為地熱水換熱+吸收式熱泵供熱系統(tǒng)流程圖。此種供熱形式與地熱水換熱+壓縮式熱泵供熱形式相似,不同之處在于,這里采用的是第一類吸收式熱泵進行供熱能力的補充。第一類吸收式熱泵的性能系數(shù)大于1,一般為1.5~2,并需要采用集中供熱的一級網(wǎng)熱水作為吸收式熱泵的驅動熱源。3熱熱經濟分析3.1初投資費用上述供熱方式的經濟性指標主要包括工程的初投資以及運行費用。設備的初投資是一次性費用,主要包括設備費、材料費、安裝費、土建投資費及其他相關費用等。運行費用則是長時期的消耗,主要包括水耗、電耗、燃料消耗、工作人員工資費用、日常維修管理費用以及設備折舊費等。3.2熱供熱模式的選取對于勝利油田規(guī)劃新建的小區(qū),在技術條件允許的情況下,每個小區(qū)都可以采用以上3種地熱供熱模式。為此建立一個模型,比較以上地熱供熱方式在各熱負荷條件下的優(yōu)劣,并根據(jù)此模型,為新建小區(qū)選取一種較為合理的供熱方式,降低供熱成本。在模型建立過程中,地熱井參數(shù)參考油田在用地熱井參數(shù),并忽略幾種供熱模式下相同或基本相同的投資及費用。3.2.1該模型旨在忽略投資和成本3.2.2主要費用第一,熱用戶參數(shù):采暖供回水溫度:45℃/35℃。第二,地熱井參數(shù):出水流量:66m第三,驅動熱源參數(shù):以燃煤鍋爐房作為吸收式熱泵的驅動熱源,地熱站入口熱價取77.11元/GJ(該熱價指計入鍋爐房及一級網(wǎng)成本后,所折算的地熱站的入口驅動熱源的成本);一級網(wǎng)供水溫度(計算換熱器用):110℃。第四,折舊費:采用直線折舊法,折舊年限14年,殘值率3%。第五,維修費:按總投資的2%。第六,壓縮式熱泵COP值按5計算,吸收式熱泵COP值按1.7計算。第七,一級管網(wǎng)長度按1km計(一級管網(wǎng)指利用鍋爐房集中供熱作為補充熱源或者驅動熱源時由鍋爐房引至地熱站的管線)。第八,年供量計算。年供熱量的計算采用矩形+三角形模型來計算。一個供熱單元的熱負荷需求是隨著室外溫度的降低而增加的,在冬季供暖初期和末期,供熱負荷僅占設計熱負荷的40%左右,隨著室外溫度的降低,供熱負荷增加,在冬季最冷時期,供熱單元的熱負荷需求達到最大值,即設計熱負荷。在這個過程中,如果設計熱負荷高于單口生產井的供熱能力,則在熱負荷需求超過生產井的供熱能力時,需要新上地熱井或者開啟熱泵對供熱能力進行補充。為了簡化計算,地熱換熱、熱泵供熱的年供熱量以及驅動熱源的年耗量這里采用圖4中的矩形+三角形的模型來計算,圖中的其他熱源即是指新上地熱井或者熱泵。3.3供熱熱價熱價變動參照上述模型和參數(shù),各種地熱供熱形式的熱價與熱負荷關系如圖5所示:根據(jù)圖5可知:3.3.1地熱換熱供熱成本最高,尤其是熱負荷在2MW以下的情況時,隨著熱負荷的減小,供熱成本迅速增加,1MW時成本高達187元/GJ,這是由于地熱井初投資過高造成的。隨著熱負荷的增加,供熱成本迅速下降,在達到生產井最大供熱能力2.46MW時,供熱成本降低至82元,這種情況下運行是比較經濟的。隨著熱負荷的進一步增加,單口生產井無法滿足供熱需求,需新建生產井,初投資的增加使得運行成本再次升高至155元/GJ。從圖5中可以看出,隨著熱負荷的增加,在達到設計熱負荷的情況下,供熱成本隨著生產井數(shù)量的增加是增加的趨勢,這是由于地熱管線的投資隨著生產井數(shù)量的增加所占投資比重不斷增加所造成的。3.3.2地熱換熱+壓縮式熱泵:采用地熱換熱+壓縮式熱泵的供熱形式,供熱熱價較地熱換熱+集中供熱的形式有所降低。在熱負荷低于單口生產井供熱能力的情況下,只需地熱直接換熱即可。當熱負荷超過單口生產井供熱能力時,開啟壓縮式熱泵進行補充,當熱負荷超過熱泵的補充能力后,需新上地熱井。此種供熱形式熱價穩(wěn)定在80元/GJ。3.3.3地熱換熱+吸收式熱泵:采用地熱換熱+吸收式熱泵的供熱形式,供熱熱價在三種地熱供熱形式中最低。與地熱換熱+壓縮式熱泵供熱形式類似,在熱負荷超過單口生產井供熱能力的情況下,需開啟吸收式熱泵進行補充,當熱負荷超過熱泵的補充能力后,需新上地熱井。此種供熱形式熱價穩(wěn)定在70元/GJ。4供熱形式不同(1)采用地熱換熱的形式經濟效益最差,供熱成本高于90元/GJ。對于熱負荷需求低于2MW的供熱單元,在有區(qū)域鍋爐房或者熱電聯(lián)供等可用熱源的情況下,不推薦采用地熱供熱;(2)地熱換熱+壓縮式熱泵的供熱形式較地熱換熱的供熱形式,供