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深層地熱開發和綜合利用需要分步實施

更新時間：2020-07-17　點擊量：951

地熱資源是一種新型能源，它具有清潔環保、可再生、可循環利用等特點。當前正值北方地區冬季供暖期，按照今年6月27日印發的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》提出的“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”的原則，要在有條件的地區因地制宜選擇清潔供暖方式，全面推進能源轉型，加強地熱資源的開發與利用成為題中應有之義，而深層地熱和干熱巖的開發卻一直整體進展不大。怎么辦呢？本文謹就深層地熱與干熱巖的開發與利用談點粗淺的看法。

　　深層地熱能的特點

　　雄安新區深層地熱資源“二元聚熱”成因模式圖圖片來自網絡目前，學術界一般將地熱分為淺層地熱和深層地熱兩種地熱資源。深層地熱包括地下深度200～3000米的地熱能及地下深度3000米以上的干熱巖所具有的熱能，溫度范圍90～150℃的來自深部地層的熱水及150℃以上的干熱巖，是地球本身放射性元素衰變產生的熱能，主要是由地殼深部開鑿出的“熱、礦、水”三位一體組成的極為寶貴的自然資源，具有穩定、連續、利用效率高等優勢，是一種清潔可持續利用的能源。我國中、深層中溫（200米-3000米，90-150 ℃ ）地熱資源中水熱型地熱的能量相當1.25萬億噸標準煤。

　　深層地熱能是一種特殊的礦產資源，其功能多，用途廣，是一種清潔的可再生資源。隨著對地熱資源的不斷開發與研究，深層地熱能將成為繼水力、風力和太陽能之后又一種重要的可再生能源。筆者認為，在不遠的未來地熱能對于人類的重要性和現實性將大于其他可再生能源。

　　目前，國家提出的“深地探測”計劃被列入“十三五”國家科技創新規劃，“深地計劃”拓展為保證國家戰略優勢的領域作出了部署。深層地熱能的開發和利用在技術上已經比較成熟，按照我國《地熱能開發利用“十三五”規劃》提出的發展目標是“十三五”末期，我國要新增地熱能供暖（制冷）面積11億平方米，新增地熱發電裝機容量500兆瓦。到2020年，地熱供暖（制冷）面積累計達到16億平方米，地熱發電裝機容量約530兆瓦。2020年，地熱能年利用量7000萬噸標準煤，京津冀地區年利用量達到約2000萬噸。

　　筆者認為，應該站在我國全面建成小康社會和實現高質量發展的高度，對利用深層地熱能逐步替代化石能源作出長遠的規劃分步付諸實施。

　　深層地熱宜采用梯級開發模式

　　有效開發利用地熱資源的國家已達80多個，美國、冰島、法國、德國、新西蘭、日本等國家在地熱資源開發利用方面處于世界前列，美國正在實施的地熱能前沿瞭望臺研究計劃，冰島正在實施的深部超臨界地熱探測計劃，均取得諸多研究成果。各國通過立法和出臺激勵政策積極推進地熱資源產業發展，相關勘探開發利用技術不斷進步，超高溫的地熱勘查、深層地熱探測、干熱巖資源開發等正成為地熱資源開發的熱點和制高點。

　　我國高度重視地熱能的開發利用，相繼出臺了《可再生能源法》和《地熱能開發利用“十三五”規劃》等法規政策，大力支持地熱資源產業發展，我國的地熱直接利用量已連續多年位居世界*。自然資源部中國地質調查局按照國家統一部署，積極推動地熱資源勘查開發，系統開展了全國地熱資源調查，對全國水熱型地熱能和336個主要城市淺層地熱能進行了評價，初步估算了全國3-10千米干熱巖型地熱能基礎資源量。2017年在青海共和盆地3705米深度鉆獲236℃的干熱巖，實現了我國干熱巖勘查的重要突破。未來，自然資源部中國地質調查局將重點對深層地熱能和干熱巖勘查開發的關鍵技術組織科技攻關，發揮公益性、基礎性作用。

　　就像水電開發一樣，基于深層地熱埋深越深資源量越大、開發難度越大的特點，因此應該采用梯級開發模式，實現對深層地熱的科學合理開發與綜合利用。其中，直接利用的場合應采用梯級利用，即地熱水按照用戶需要的供熱水溫，溫度由高到低，分別與用戶需求對應。直接、間接利用的地熱尾水，可以再利用地源熱泵或者第二類吸收式熱泵技術，提高地熱尾水溫度，用于供熱。

　　目前，在中深層地熱技術研發中，中國科學院地熱研究中心關于地熱能的重點研究方向包括“地熱資源富集理論與大熱田預測”、“地熱儲回灌增強技術與可持續開發利用”、“深層地熱儲探測技術與找熱應用”。去年，雄安新區的設立為華北地區地熱開發提供了經*例。據介紹，地熱儲回灌增強與可持續開發利用技術應用的范例就是河北雄縣，雄縣的巖溶熱儲條件非常有利。雄縣的亮點是實現了規模化利用和的回灌，之前該地熱田水位下降非常快，通過回灌實現了水位基本穩定。實踐表明，雄縣地熱利用模式是非常成功的。

　　加強深井地熱開發技術研究與應用

　　關于大型地熱田預測，華北等地區廣泛分布大型巖溶地熱儲，全國1/3的地區都不同程度存在這種寶貴的地熱資源，具有重要的開發利用價值。

　　目前，在采礦領域大多采用深井高溫巖層隔熱技術。深井高溫環境主要是由高溫巖層熱輻射所造成，研發新型高效的隔熱新材料、新技術、新工藝，對巖層高溫熱源進行隔離，在此基礎上再采用人工制冷降溫技術等，就會使井下巷道和采礦工作面取得良好的降溫效果。

　　中國工程院院士蔡美峰認為，要堅持深井采礦和深層地熱開發相結合的戰略發展方向，合理有效地開發和利用地熱資源。“地熱本身是一種天然能源，現在我們只考慮它的負作用，作為一種災害在防控。如果在深部開采過程中采用熱交換技術，對巖層中地熱資源開發利用，將深井采礦和深層地熱開發相結合，就能大幅度抵消降溫成本，從而為采礦深井降溫找到一條具有的經濟有效的技術途徑。”

　　地熱探測技術是一切地熱開發的前提。據中國石油集團測井有限公司信息管理部經理楊林介紹，該公司利用多種測井儀器探測地層溫度、含油氣信息的地球物理測井技術，被形象地稱為“地層脈搏的聽診器”。采用*電子儀器放入鉆井井眼，實時測量、采集豐富的地下信息，然后再經過處理、解釋，把測量信號反演回地質信息的技術，可以精探知深層地熱和其它礦產資源情況。另外，微動技術、電磁法在找熱過程中取得很好的效果，在隱伏巖溶地區找熱方面也取得了成功。

　　2017年底，雄安新區*3個深度地熱勘探鉆孔順利開鉆。它是利用樣板提供技術支撐，打造“采灌均衡、深淺聯用、清潔高效、永續開發”的地熱資源，是雄安新區第二階段地質調查工作的主要任務之一。在第1階段工作結束后，按照雄安新區地質調查總體方案要求，將在第二階段進一步勘查評價地熱資源開發潛力。據了解，*施工的地熱勘探孔位于容城地熱田，主要目的是勘查容城地熱田的熱儲結構，評價淺部巖溶熱儲采灌均衡條件下可持續開發利用的潛力，探測深層地熱資源第二空間。

　　近年來，萬江集團在河南尉氏的地熱供暖項目中通過開發中深層地熱水，利用梯級技術將地熱水的熱量提取出來用于供暖，通過熱傳導的方式加熱用戶家中散熱設備用于供暖，并將取熱后的尾水回灌至地下。兩套系統兩路循環，整個過程封閉運行，取熱不取水。供暖過程零燃燒、*、*，真正做到了清潔取暖。

　　推進深層地熱開發利用的幾點建議

　　深層地熱具有資源儲量大、分布廣、穩定性好、用途廣泛等優點，不受季節、晝夜變化影響，特別是在我國北方地區應該加快推進開發和綜合利用。近年來，中石化新星公司在深層地熱領域做了很好的探索和嘗試。該公司副總工程師國殿斌結合近年來地熱開發方面的實際經驗，綜合考慮地熱資源狀況、市場狀況和國家重大戰略需求，提出了幾點政策建議。

　　一是要進一步加大投入，盡快摸清全國的地熱資源家底。加大財政投入力度，鼓勵各類社會資本積極參與，開展全國地熱能資源調查評價。加大對地熱能勘探開發利用核心關鍵技術研發的投入力度，加強地熱能設備和特種技術的研發。

　　二是加大地熱能產業政策扶持。建議將低熱供暖納入供暖行業支持范圍，落實地熱供暖企業以及相關設備和材料制造企業的財稅優惠政策；重點優化地熱產業資源稅，鑒于技術上已經實現中深層地熱取熱不耗水，建議免征地熱項目水資源稅，同時資源稅的收取以扣除回灌量后的用量計征，因地制宜地建立低熱供暖價格機制。

　　三是理順管理體制機制，統一立法，綜合利用。地熱資源涉及自然資源、水利、能源等多個部門，目前管理體制有待理順，明確管理主題。應盡快出臺《中國地熱資源開發管理辦法》，加強對地熱開發的事前、事中、事后監督管理。

　　四是加大科技攻關力度。建議在干熱巖鉆井以及壓裂、砂巖回灌、井下回熱等多方面進行攻關和裝備研發，突破制約產業發展瓶頸。

　　總之，地熱是一種清潔環保的新型能源，加快對地熱資源的開發和綜合利用，可有效推進北方地區清潔供暖“熱代煤”的力度和覆蓋范圍，對助力生態文明建設具有重要的現實意義。雖然當前地熱開發和綜合利用還面臨著多方面的制約，有技術方面的，也有政策、價格和機制等諸多方面的，相信隨著國家和社會對地熱資源認識程度的不斷提升和技術的不斷超越，未來地熱一定能成為重要的清潔能源走進尋常百姓家，為進一步提高我國清潔能源的使用比例和利用效率，為國家實現能源轉型和打贏藍天保衛戰做出應有的貢獻。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

礦井總線分散式溫度測量系統方案

礦井分散式垂直測溫系統/地熱普查/地溫監測哪家好選鴻鷗

礦井測溫系統/礦建凍結法施工溫度監測系統/深井溫度場地溫監測系統

TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

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深層地熱開發和綜合利用需要分步實施

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