陕西 | 中国西部科技创新港科教板块综合能源供应项目可再生能源供暖典型案例

来源:国家能源局 作者:全国可再生能源供暖典型案例汇编 关键词: 地热供暖 能源局征集案例        收藏 0   

2022
11/01
08:49
国家能源局
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导读

中国西部科技创新港科教板块综合能源供应项目是我国目前规模最大的中深层地热能无干扰清洁供热项目,主要采用中深层地热能无干扰清洁供热技术,又称中深层地热能地埋管供热技术,即通过钻机向地下 2000-3000m 深处的地层钻孔,在钻孔中安装封闭的金属套管换热器,通过换热器内介质的循环流动,将地下深处的热能导出, 并通过高效热泵机组等设备向建筑物供热。相比传统燃煤燃气集中供热方式,不建设集中供热站,不敷设长距离管网,不产生废气、废水、废渣,并且具有运行成本低的特点;相比水热型地热能供暖,不抽取地下热水,避免了取水

一、项目基本情况
       中国西部科技创新港科教板块综合能源供应项目是我国目前规模最大的中深层地热能无干扰清洁供热项目,由陕西西咸新区沣西新城能源发展有限公司(以下简称“沣西能源公司”)投资建设,总投资 7.2 亿元。项目位于新港路西侧、河堤路南侧、思源环南路北侧区域,辐射供暖面积约 159 万平方米。项目主要建设 6 座分布式能源站,取热孔 91 口,室外供热管网 25km。本项目于 2018年 8 月开工建设,2019 年采暖季首次投入供暖。 
二、技术路线及工艺流程
       本项目主要采用中深层地热能无干扰清洁供热技术,又称中深层地热能地埋管供热技术,即通过钻机向地下 2000-3000m 深处的地层钻孔,在钻孔中安装封闭的金属套管换热器,通过换热器内介质的循环流动,将地下深处的热能导出, 并通过高效热泵机组等设备向建筑物供热。相比传统燃煤燃气集中供热方式,不建设集中供热站,不敷设长距离管网,不产生废气、废水、废渣,并且具有运行成本低的特点;相比水热型地热能供暖,不抽取地下热水,避免了取水造成的地质问题和尾水回灌难题;相比浅层地源热泵技术,占地面积更小,系统能效和可靠性更高。 
       在整个供能系统配置方面,本项目能源配置方案采用以中深层地热能清洁利 用为特色,配合天然气锅炉及离心式冷水机组,形成了多能互补,能源梯级利用 的用能格局。系统优先使用低能耗能源,充分利用地热资源,尽量减少化石燃料 的利用。利用中深层地热能高效热泵机组供热供冷还可显著提高系统的节能效果, 降低初投资,再配合使用常规制冷制热方式进行极端情况下的能源补充。每座能 源站的控制系统都接入能源互联网,6 座分布式能源站站与站互联互通,可实现区域能源供需科学稳定的动态平衡、能源综合利用和灵活调度。 
三、主要设备选型
       本项目供热面积为 159 万平方米,设计供暖负荷 75.69MW,供热供回水温度50℃/40℃。 
       (1)设备选型原则 
       以节能高效为目标,设备选型应统筹兼顾以下原则: 1)所选购的设备必须与本项目需求相适应。 
       1) 技术上先进,在满足需求的前提下,要求其性能指标保持先进水平。 
       2) 经济上合理,要求设备价格合理,在使用过程中能耗、维护费用低,并且回收期较短。 
       3) 考虑设备的可靠性和维护性、设备的安全性和操作性,选用运行效益高、节约能源、环保无污染的设备。 
       (2)主要设备选型依据 
       1)热泵供热机组选用经过自主研发优化的中深层地热高效热泵机组,能够完全匹配中深层地热地埋管出口温度,使热泵机组始终保持在高效运行工况。 
       2)所有水泵采用高效节能产品,降低轴功率,节约了电能;循环水泵采用变频水泵,水泵流量及扬程根据实际流量及水压图进行合理选择。根据最不利用户的入口压差进行变频控制,以减少水泵电耗。采用平坦型曲线水泵保证水力管网的稳定性。 
       3)所有主辅设备的电动机一律选用高效节能电机,200kW 以上电机采用高压,200kW 以下电机采用低压。 
四、生产运行情况
       在生产运行方面,本项目采用智慧管控模式,一是可利用自动化设备对整个系统进行集中控制,提升了智能化运营管理水平;二是可利用数据采集分析系统实时分析能耗并进行运行策略调整,实现供能系统高效稳定运行。三是可实现机房远程巡检,减少了值班人员数量,减轻了值班人员工作负担。 
五、项目经济性及效益分析
       (一)项目经济性 
       中深层地热无干扰供热技术运行成本主要为电费和较低的人员管理、维保费。 
       按照中深层地热能供热在陕西省可享受居民生活用电价格,即 0.4983 元/kW·h。以普通居民住宅建筑为例,热指标取 35-50W/㎡,其系统耗电约 3-5kW·h/㎡·月,折合 1.5-2.5 元/㎡·月;高智能化管控系统可实现无人值守,人员管理、维保费和少量水费约 0.5 元/㎡·月(水费主要为二次管网补水耗水费,受项目二次管网施工质量影响,略有差异;维保费主要为机房设备维护,地下换热孔免维护),综合运行成本约 2.0-2.5 元/㎡·月。 
       相较于成本较低的燃煤锅炉集中供热,其运行成本主要为煤炭、水电费、人员管理费、维保费和超低排放措施费。以每台 70MW 锅炉按照可供热面积 140 万平方米计算,燃煤量约为 17.4 吨/小时,按 2019 年西咸新区燃煤市场价格 500元/吨计算,每月燃料成本约 626 万元。配备管理、运维人员 85 人,加上水电、超低排放措施等费用,一个月运行成本约800 万元,折合运行成本为5.8 元/㎡·月本项目利用中深层地热无干扰清洁供热,相较于燃煤锅炉集中供热,一个供暖季可节约运行成本 2098.8 万元,经济效益显著。 
(二)环保效益 
       与传统的燃煤锅炉相比,一个采暖季使用中深层地热无干扰供热技术进行供暖,可替代标煤 2.54 万吨,可减少 CO2 排放量 6.8 万吨,减少 SO2、氮氧化物等大气污染物排放量 600 吨,环保效益显著。 
(三)社会效益 
       总供热面积达 159 万平方米的中国西部科技创新港科教板块为地热能这种清洁能源的广泛应用提供了有益的探索和实践。是进一步落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中提出的“构建现代能源体系,推进能源革命,建设清洁低碳、安全高效的能源体系,提高能源供给保障能力;实施能源资源安全战略”目标的深刻实践。同时也为该项技术的大面积推广应用提供了可借鉴的经验。项目建设期和运营期内,预计拉动基础设施投资约 7.2 亿元,增加税收 6480 万元。 
六、典型经验和做法
       (一)提前规划布局 
       本项目按照规划建设部门批准的方案提前预留了供热设备用房、电源、用水、管网等配套设施和取热孔用地,为供热项目后期施工提供了场地保障。本项目巧妙的将站房和取热孔均布置于相应地块两侧绿楔中,不占用任何科研、生活用地, 机房采用地下或半地下结构,与周围环境协调统一。 
       (二)注重调试优化 
本项目在施工调试过程中,将室外环境温度与用户侧负荷作为变量引入系统调试,探索形成一整套动态负荷地热供热运行策略,提高了系统的经济性。 
       (三)应用智慧管控系统 
       基于大数据及物联网,搭建了供热站房智慧管控系统,提升项目智能化运行水平。该供热站房具有远程控制、智能管理、能耗分析功能。
       在智慧管控方面, 一是利用传感器、远传设备、自动控制系统对整个供能系统进行集中控制,提升智能化运营管理水平。二是利用先进的智能监控系统对机房环境进行自动监控, 采集、对比关键区域图像,实现远程站房巡检。三是利用数据采集分析系统采集、上传重要监控点位数据,形成实时能耗分析,并根据负荷趋势进行运行策略调整。四是研发手机 APP 软件,实现为工作人员实时提供监测数据和图像信息,并成为远程遥控端,实现高智能化系统控制管理。 
七、问题和建议
       (一)问题 
       (1)系统匹配有待加强 
       中深层地热能无干扰供热系统包含钻井、暖通、机电等技术领域。各技术领域目前已非常成熟,但中深层地热能无干扰供热系统绝不是各技术的简单叠加, 各系统高效匹配至关重要,否则达不到预期的供暖效果,影响居民供热。中深层地热能无干扰供热技术的整体系统能效还可通过系统匹配进一步提升。 
       (2)技术标准体系有待完善 
       中深层地热能无干扰清洁供热技术标准体系有待完善。目前只有相关地方标 准及行业协会标准支撑工程建设,且已出台标准尚未涵盖各细分技术领域。在钻 完井技术规程领域仍然沿用石油钻井相关标准,地热钻井技术标准体系亟待建立。 
       (3)缺乏资金、政策支持较大的投资压力是制约中深层地热无干扰供热技术推广的主要因素。传统燃煤、燃气锅炉集中供热长期依靠政府补贴维持运行,而中深层地热无干扰供热项目供热清洁无污染,但目前暂未有相关扶持政策以及奖补资金支持。 
        (二)建议 
       (1)强化供热系统匹配 
       政府行业主管部门、协会应鼓励并扶持行业领域规模较大的系统集成企业进行技术研发,在中深层地热地埋管取热量、施工工艺、材料,高温热泵等领域进行技术攻关,做到安全、高效、稳定、可持续的开发利用地热资源进行建筑供热。同时针对供热系统相关“卡脖子”难题实行“揭榜挂帅”。  
       (2)完善技术标准体系 
       当前应严格按照《中深层地热地埋管供热系统应用技术规程》DBJ 61/T 166-2020、《无干扰地热供热系统工程技术规范》DB61/T 1053-2016、《西咸新区中深层无干扰地热供热系统应用技术导则》DB 6112/T 0001-2019 等技术规程进行工程建设。政府行业主管部门、行业协会还应建立中深层地热无干扰清洁供热标准体系建设规划,逐步按照标准体系建设规划完善标准体系。 
       (3)加强资金、政策支持 
       制定地热能等清洁能源供暖专项资金管理办法,进一步完善财政资金补贴内容、补贴标准、补贴形式、使用计划等,做好补贴资金的使用监管,确保资金的专款专用及高效利用。出台鼓励地热供热全产业链发展的政策体系,进一步优化电力资源配置,并将中深层地热无干扰供热列入电力需求侧管理参考技术目录。  
 
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