水热型地热能在供热系统中应用的分析

水热型地热能在供热系统中应用的分析

摘要：为满足清洁供热，节能减排的大环境要求，文章对水热型地热能供热

应用进行了分析，提高对水热型地热能供热应用技术的了解，明确水热型地热能

今后在供热方面应用的方向。

关键词：地热能；环保；供热；水源热泵

自20世纪90年代初以来，环境保护工作得到了空前的重视，特别是由于城

市燃煤引起的污染受到了密切关注。地热能、太阳能、潮汐能、风能等新能源的

开发利用，成了世界能源研究的热点，此时我国的地热工作也进入了快速发展阶

段。地热能是赋存于地球内部的能源，其平均能源利用系数高达70%，明显高于

太阳能、潮汐能、风能等可再生能源。

1地热能的分类

作为贮存在地球内部的可再生资源，地热能品味、分布等与地质构造密切相

关，呈现出不同的资源特性。按照地热能储存形式可分为水热型、蒸汽型、地压

型、干热岩型和熔岩型；按照可利用地热能的不同储存深度范围可分为浅层地热

能（200m以浅）、中深层地热能（200-3000m）和深层地热能（3000m以上）；

按照地热能温度高低可分为高温地热能（大于150℃）、中温地热能（90-150℃）

低温地热能（小于90℃）。不同地域拥有的地热能种类和资源量千差万别，在不

同的赋存深度上，地热资源温度不同，储存的形式也各不相同，必须依据地域资

源情况有条件的合理利用。

2水热型地热能供热应用

2.1地热资源利用现状

近10年来，中国水热型地热能直接利用以城市供热为主，以年均10%的速度

增长，以连续多年位居世界首位。2000年全国水热型地热能供热建筑面积为

1100万平方米，2015年底以达到1.02亿平方米，至2020年底，全国水热型地

热能供热建筑面积累计为2.4亿平方米。

2.2水热型地热能供热政策引领

2021年1月27日，国家能源局发布了《国家能源局关于因地制宜做好可再

生能源供暖相关工作的通知》（国能发新能【2021】3号），重点推进水热型中

深层地热能供暖，按照“以灌定采、采灌均衡、水热均衡”的原则，实施总量控

制，分区分类管理，以集中与分散相结合的方式推进水热型中深层地热能供热。

2.3水源热泵高效利用技术

水热型地热资源大多以低温地热能为主，温度范围在30-90℃之间，为保证

充分利用地热资源，一般采取多级取热方式，利用水源热泵技术将地热尾水降至

10℃左右回灌至取水层。

水源热泵机组以压缩机形式不同分为以下几种类型：

2.3.1涡旋式机组

涡旋式水源热泵采用涡旋式压缩机，机组制热温度范围为30-75℃，可满足

用户的地板采暖、风机盘管、组合式空调机组、散热器等多种末端需求，该机组

具有运行效率高，安装维护简单方便，运行噪音小等优点。

2.3.2螺杆式机组

螺杆式机组采用螺杆式压缩机，机组制热温度最高为65℃可满足多种末端需

求，机组制热量范围为300-2900kW。具有运行效率高、制热量范围大、源水适应

能力强、温度调节速度快等优点。

2.3.3离心式机组

离心式机组采用离心压缩机，机组制热温度最高为60℃，可满足多种末端需

求，机组制热量范围为1050-10550kW，具有运行效率高、单机制热量大、启动电

流小等优点。

2.3.4磁悬浮机组

磁悬浮机组采用磁悬浮压缩机，机组制热温度最高为55℃，可满足多种末端

需求，机组制热量范围为500-2300kW，具有运行效率高、运行噪音小、维护成本

低等优点。

2.4水热型地热能利用难点

水热型地热能利用难点在于“取热不取水”，在对地热能进行充分利用后的

尾水回灌是水热型地热能利用的最大难点。

水热型地热资源主要依靠流体携带热能来供人们开发利用，携带热能的地热

流体并非取之不尽用之不竭，持续的、过度的开采或热田养护不当，它也会枯竭。

而回灌是实现地热资源开发与保护的主要措施。

地热回灌的主要目的体现在以下三个方面：①废水的处理方法，可减少地热

流体排放对土壤、地表水体和地下浅层水体的污染；②维持区域储层压力，回灌

是除自然补给外，最直接有效的人工补给；③可增加从岩石中提取热量的能力，

真正体现地热资源清洁、可持续再生的特性。

目前主要的回灌技术方法是，以同层、对井（一采一灌）、自然回灌（部分

地区采用回扬回灌）方式为主，个别地方开展加压回灌或负压回灌试验。

砂岩储层回灌主要技术手段为，砂岩回灌储层精确识别技术，井下分层多参

数动态监测技术，回灌通道井壁延伸与储层改造技术，水岩相互作用多敏性研究

及预防技术，回灌通道堵机理与防治措施研究，砂岩热储地热资源开发与地面沉

降影响研究，地热回灌布局研究及示范工程建立。

基岩热储回灌较为简易，采灌量较大，但往往表现为采灌区域集中、层位集

中、时间集中的现象。长期的开发利用，热储层的温度场、压力场和化学特性均

会发生变化。为更科学的开发利用地热资源，有必要对基岩大规模集中采灌区对

温度场、压力场、化学变化特性特征进行监测、追踪、模拟和预测，保障地热资

源的持续开发。

3水热型地热能供热应用未来发展方向

随着水热型地热能的发展，后期将对直接利用的供热方式进行精细化、智能

化开发，并随着环保及“碳达峰、碳中和”等政策的持续推进，水热型地热能的

应用将会进一步推广“取热不取水”的工艺，保持采灌平衡，逐步取代化石能源

供暖的地位，减少碳排放对大气的污染，促进治污降霾。未来水热型地热能应用

将会朝着智能化、模型化、综合化、效益化等方向发展。下边分别进行简单阐述。

智能化：随着水热型地热能供暖规模的不断壮大，将会对地热供热过程中的

关键节点与物联网、大数据、云计算和人工智能等先进技术相结合，对数据的采

集、检测、控制进行系统分析、智能化调节，使地热供热系统达到智能化管理运

行的水平。

模型化：随着地热地质勘探、钻井技术的逐步发展，未来的地热利用朝着精

细化管理方面发展。下一步，水热型地热能的开发利用将结合实践生产经验，利

用高效的地热资源评价方法对地热田水资源量进行精细化评价，进而指导水热型

地热能的开发利用，通过对数值模拟制定合理的地热开发形式、采灌温度和采灌

量，使地热资源得到可持续开发。

综合化：未来，水热型地热能资源的开发利用不再是单一能源形式的独立应

用，应结合其他能源形式进行综合化利用，如浅层地热能、天然气、风能、太阳

能及电能等，即未来地热能的发展形式主要为“地热+”的能源互联网技术。

效益化：未来，通过对地下热储的进一步认识以及地热发电技术的不断研究，

将开发出可用于地热发电的经济适用的水热型地热资源，实现地热资源向其他能

源形式转化的效益化开发方式。

4结语

地热能作为清洁、绿色、环保的可再生资源，替代传统化石能源供热是解决

中国北方地区冬季雾霾严重，碳、氮排放高等环境问题的最好解决办法。规范科

学的利用地热资源是完成非化石能源利用目标、建设清洁低碳社会、实现能源可

持续发展的必然选择。

参考文献

[1]城镇地热供热工程技术规程（CJJ138-2010）

[2]陈焰华.中国地热能产业发展报告.