中低焓地热工程的技术现状

  目前，我国的地热工程技术得到了长足的进展。资源利用量逐年增加，到2000年，我国地热直接利用量已达10531GW．h，居世界首位，仅供热一项就比1990年增加了6倍，达1100万平方米。利用领域也不断扩展，勘探、开发、利用技术不断创新。热泵技术、低温地板辐射采暖技术、信息技术的应用给中低焓地热资源在供暖、环保等方面存在的问题提供了解决豹方法。另外，通过技术革新与工艺改造，形成一系列地热利用新技术与新工艺，提高了资源的利用率，保护了资源与环境。

  1.新技术的应用。
  20世纪90年代以来，许多新技术应用到地热工程领域。如，热泵技术、低温地板辐射采暖技术、回灌技术、信息技术等。
  1)地热热泵技术。
  中低焓地热资源的利用一直存在尾水排放温度过高、造成环境热污染的问题。这是由于常规终端设备在标准设计下可利用的温差是有限的；而地热尾水温度在40 - 50℃左右时很难再用来直接供热，但当地热尾水排放到环境中，不仅造成资源的浪费，也造成了环境热污染。热泵是先进的热能利用设备，能有效地利用空气、水体和土壤中蕴藏的低温热能。利用热泵，可以从低温地热尾水中提取热量，从而降低地热尾水的排放温度，增大地热利用温差。天津市华馨小区在地热供热系统中使用了地热热泵，尾水最低排放温度达到10℃，利用温差达80℃，极大地利用了地热资源。
  2)低温地板辐射采暖技术。
  地面盘管是散热器的一种，它的优点在于舒适、美观、卫生，另外地板采暖高效节能，使回灌温度降低了10℃。同其他常规散热器比较，地板辐射采暖由于辐射传热方式占较大的比重，当根据人的同感温度进行采暖设计时，辐射采暖可比其他散热器节约20%左右的供热量，与铸铁散热器相比可节约30%的运行费用。例如，天津市华馨小区的地板采暖系统是利用散热器采暖的回水(50℃)作为供水，利用小温差大流量的原理，循环至地板采暖回水为40℃，进入换热器与地热水进行热交换，一不仅提高了资源利用率，还增加了5.5万平方米的供暖面积。可见地板辐射换热是合理并发利用低温地热资源、扩大供热面积、增加采暖效益的良好方式之一。
  3)信息技术。
  信息技术的应用有效地提高了地热资源开发利用技术与管理水平。随着计算机技术的不断发展，信息技术开始应用到地热工程领域。1993年，中国科学院地质研究所熊亮萍等(1993)在“七五”期间成功研制了地热资源数据库并出版《地热资源数据库系统）一书，该书系统介绍了地热数据库系统的设计、构成与功能。2001年，天津市研制了“地热资源开发利用评价设计系统”，该系统包括地热地理信息系统、地热工程分析、地热工程设计等部分。该系统为地热工程提供了数据管理、工程分析与设计平台。为了有效地进行地热资源开发管理，北京市在2001年底（王远明等，2002）研制了“北京地热井远程监控系统”，该系统可以用来对地热井的水温、流量、水位等动态数据进行远程监控。

  2．技术革新与工艺改造。
  地热资源梯级开发循环利用技术、混合水源联动运行空调技术、地热生物工程技术、深部地层储能与反季节循环利用技术、回灌技术等，都是近年来通过技术革新与工艺改造形成的地热利用新技术和新工艺。
  1)热资源梯级开发循环利用技术。
  地热梯级利用就是多级次地从地热水中提取热能，通过不同的设备多层次地利用地热能，从而极大地提高地热资源的利用率。天津市华馨小区成功地使用了这项技术。该小区采用了三级供暖方式，系统采用两级换热一级提热，利用钛板换热器将85℃的地热水经一级换热后排出温度60℃；然后进入二级钛板换热器，换热后排出温度35℃；再进入热泵机组进行提热后排出，排出温度12℃，排出的地热尾水回灌到回灌井中。供热负荷分为三部分：第一部分采用管网方式供热，供热温度为63℃，管网回水温度为40℃；第二、第三部分采用地板辐射供热，系统供水温度为50℃，回水温度为30℃。
  2)混合水源联动运行空调技术。
  混合水源联动运行空调技术是一项新的能源利用技术。这项技术利用处理后的工业废水与城市污水、湖水、地热尾水等低品位的能源作为空调系统的热、冷源，利用水源热泵提取热能与冷能进行供热与制冷。这项技术的热、冷源是工业废水等混合水源，除了少量使用电能外，没有其他常规污染能源的使用，是一项无污染的技术。目前，天津市安全局975工程、天津市地质矿产局均采用了这项技术。
  3)地热生物工程技术。
  地热生物工程技术立足于将地热的复合功能特性与生物生长栖息环境相结合，建立生物的不同温度需求与地热温度梯级变化的耦合关系，形成地热的矿物资源在生物栖息系统中的循环链。
  4)回灌技术。
  在地热资源开发地区，都不同程度地出现r地面沉降与尾水造成的环境热污染问题。我国的福州市经多次的水准重复测量证实，热水开采区已经发生了地面沉降。从1967年到1986年19年期间，地面沉降量大于150mm的范围为2.6km2，沉降量最大的地段为313～414mm。地面沉降的速度大致为：20世纪60年代<20mm／a，20世纪70年代25～33mm／a，20世纪80年代后期90年代初期增至40mm／a以上。在天津地区，地热能通过30多年的开采利用，规模不断扩大，现已成为全国最大的地热供暖系统，并获得了明显的经济、环境和社会效益。但过量开采的弊端也日渐突现。地热资源是在漫长的地史时期形成的，其补给来源非常有限，长期以单井形式开发，不仅造成了热储层水位下降，而且由于供暖中开发商热能利用效率低，弃水温度过高，造成严重的资源浪费和环境的热污染。
  回灌是解决地下热水开采造成的地面沉降问题与地热尾水造成的环境热污染的方法。针对以上问题，天津地区进行了基岩热储回灌。l992年，天津市塘沽区供热办开凿了天津地区第一眼地热回灌井，并于1995年冬季供暖期进行回灌试验。到2001年，天津市市区已经建成了10对基岩回灌对井，回灌量达151.8万立方米（2000～2001年采暖期），是同期开采量的63%，有效地遏制了水位下降过快的势头。