陜西 | 中國西部科技創新港科教板塊綜合能源供應項目可再生能源供暖典型案例

       中國西部科技創新港科教板塊綜合能源供應項目是我國目前規模最大的中深層地熱能無干擾清潔供熱項目，由陜西西咸新區灃西新城能源發展有限公司（以下簡稱“灃西能源公司”）投資建設，總投資 7.2 億元。項目位于新港路西側、河堤路南側、思源環南路北側區域，輻射供暖面積約 159 萬平方米。項目主要建設 6 座分布式能源站，取熱孔 91 口，室外供熱管網 25km。本項目于 2018年 8 月開工建設，2019 年采暖季首次投入供暖。 

       本項目主要采用中深層地熱能無干擾清潔供熱技術，又稱中深層地熱能地埋管供熱技術，即通過鉆機向地下 2000-3000m 深處的地層鉆孔，在鉆孔中安裝封閉的金屬套管換熱器，通過換熱器內介質的循環流動，將地下深處的熱能導出， 并通過高效熱泵機組等設備向建筑物供熱。相比傳統燃煤燃氣集中供熱方式，不建設集中供熱站，不敷設長距離管網，不產生廢氣、廢水、廢渣，并且具有運行成本低的特點；相比水熱型地熱能供暖，不抽取地下熱水，避免了取水造成的地質問題和尾水回灌難題；相比淺層地源熱泵技術，占地面積更小，系統能效和可靠性更高。 

       在整個供能系統配置方面，本項目能源配置方案采用以中深層地熱能清潔利 用為特色，配合天然氣鍋爐及離心式冷水機組，形成了多能互補，能源梯級利用 的用能格局。系統優先使用低能耗能源，充分利用地熱資源，盡量減少化石燃料 的利用。利用中深層地熱能高效熱泵機組供熱供冷還可顯著提高系統的節能效果， 降低初投資，再配合使用常規制冷制熱方式進行極端情況下的能源補充。每座能 源站的控制系統都接入能源互聯網，6 座分布式能源站站與站互聯互通，可實現區域能源供需科學穩定的動態平衡、能源綜合利用和靈活調度。 

       本項目供熱面積為 159 萬平方米，設計供暖負荷 75.69MW，供熱供回水溫度50℃/40℃。 

       （1）設備選型原則 

       以節能高效為目標，設備選型應統籌兼顧以下原則： 1）所選購的設備必須與本項目需求相適應。 

       1） 技術上先進，在滿足需求的前提下，要求其性能指標保持先進水平。 

       2） 經濟上合理，要求設備價格合理，在使用過程中能耗、維護費用低，并且回收期較短。 

       3） 考慮設備的可靠性和維護性、設備的安全性和操作性，選用運行效益高、節約能源、環保無污染的設備。 

       （2）主要設備選型依據 

       1）熱泵供熱機組選用經過自主研發優化的中深層地熱高效熱泵機組，能夠完全匹配中深層地熱地埋管出口溫度，使熱泵機組始終保持在高效運行工況。 

       2）所有水泵采用高效節能產品，降低軸功率，節約了電能；循環水泵采用變頻水泵，水泵流量及揚程根據實際流量及水壓圖進行合理選擇。根據最不利用戶的入口壓差進行變頻控制，以減少水泵電耗。采用平坦型曲線水泵保證水力管網的穩定性。 

       3）所有主輔設備的電動機一律選用高效節能電機，200kW 以上電機采用高壓，200kW 以下電機采用低壓。 

       在生產運行方面，本項目采用智慧管控模式，一是可利用自動化設備對整個系統進行集中控制，提升了智能化運營管理水平；二是可利用數據采集分析系統實時分析能耗并進行運行策略調整，實現供能系統高效穩定運行。三是可實現機房遠程巡檢，減少了值班人員數量，減輕了值班人員工作負擔。 

五、項目經濟性及效益分析
       （一）項目經濟性 

       中深層地熱無干擾供熱技術運行成本主要為電費和較低的人員管理、維保費。 

       按照中深層地熱能供熱在陜西省可享受居民生活用電價格，即 0.4983 元/kW·h。以普通居民住宅建筑為例，熱指標取 35-50W/㎡，其系統耗電約 3-5kW·h/㎡·月，折合 1.5-2.5 元/㎡·月；高智能化管控系統可實現無人值守，人員管理、維保費和少量水費約 0.5 元/㎡·月（水費主要為二次管網補水耗水費，受項目二次管網施工質量影響，略有差異；維保費主要為機房設備維護，地下換熱孔免維護），綜合運行成本約 2.0-2.5 元/㎡·月。 

       相較于成本較低的燃煤鍋爐集中供熱，其運行成本主要為煤炭、水電費、人員管理費、維保費和超低排放措施費。以每臺 70MW 鍋爐按照可供熱面積 140 萬平方米計算，燃煤量約為 17.4 噸/小時，按 2019 年西咸新區燃煤市場價格 500元/噸計算，每月燃料成本約 626 萬元。配備管理、運維人員 85 人，加上水電、超低排放措施等費用，一個月運行成本約800 萬元，折合運行成本為5.8 元/㎡·月本項目利用中深層地熱無干擾清潔供熱，相較于燃煤鍋爐集中供熱，一個供暖季可節約運行成本 2098.8 萬元，經濟效益顯著。 

（二）環保效益 

       與傳統的燃煤鍋爐相比，一個采暖季使用中深層地熱無干擾供熱技術進行供暖，可替代標煤 2.54 萬噸，可減少 CO2 排放量 6.8 萬噸，減少 SO2、氮氧化物等大氣污染物排放量 600 噸，環保效益顯著。 

（三）社會效益 

       總供熱面積達 159 萬平方米的中國西部科技創新港科教板塊為地熱能這種清潔能源的廣泛應用提供了有益的探索和實踐。是進一步落實《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》中提出的“構建現代能源體系，推進能源革命，建設清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力；實施能源資源安全戰略”目標的深刻實踐。同時也為該項技術的大面積推廣應用提供了可借鑒的經驗。項目建設期和運營期內，預計拉動基礎設施投資約 7.2 億元，增加稅收 6480 萬元。 

       （一）提前規劃布局 

       本項目按照規劃建設部門批準的方案提前預留了供熱設備用房、電源、用水、管網等配套設施和取熱孔用地，為供熱項目后期施工提供了場地保障。本項目巧妙的將站房和取熱孔均布置于相應地塊兩側綠楔中，不占用任何科研、生活用地， 機房采用地下或半地下結構，與周圍環境協調統一。 

       （二）注重調試優化 

本項目在施工調試過程中，將室外環境溫度與用戶側負荷作為變量引入系統調試，探索形成一整套動態負荷地熱供熱運行策略，提高了系統的經濟性。 

       （三）應用智慧管控系統 

       基于大數據及物聯網，搭建了供熱站房智慧管控系統，提升項目智能化運行水平。該供熱站房具有遠程控制、智能管理、能耗分析功能。
       在智慧管控方面， 一是利用傳感器、遠傳設備、自動控制系統對整個供能系統進行集中控制，提升智能化運營管理水平。二是利用先進的智能監控系統對機房環境進行自動監控， 采集、對比關鍵區域圖像，實現遠程站房巡檢。三是利用數據采集分析系統采集、上傳重要監控點位數據，形成實時能耗分析，并根據負荷趨勢進行運行策略調整。四是研發手機 APP 軟件，實現為工作人員實時提供監測數據和圖像信息，并成為遠程遙控端，實現高智能化系統控制管理。 

       （一）問題 

       （1）系統匹配有待加強 

       中深層地熱能無干擾供熱系統包含鉆井、暖通、機電等技術領域。各技術領域目前已非常成熟，但中深層地熱能無干擾供熱系統絕不是各技術的簡單疊加， 各系統高效匹配至關重要，否則達不到預期的供暖效果，影響居民供熱。中深層地熱能無干擾供熱技術的整體系統能效還可通過系統匹配進一步提升。 

       （2）技術標準體系有待完善 

       中深層地熱能無干擾清潔供熱技術標準體系有待完善。目前只有相關地方標 準及行業協會標準支撐工程建設，且已出臺標準尚未涵蓋各細分技術領域。在鉆 完井技術規程領域仍然沿用石油鉆井相關標準，地熱鉆井技術標準體系亟待建立。 

       （3）缺乏資金、政策支持較大的投資壓力是制約中深層地熱無干擾供熱技術推廣的主要因素。傳統燃煤、燃氣鍋爐集中供熱長期依靠政府補貼維持運行，而中深層地熱無干擾供熱項目供熱清潔無污染，但目前暫未有相關扶持政策以及獎補資金支持。 

        （二）建議 

       （1）強化供熱系統匹配 

       政府行業主管部門、協會應鼓勵并扶持行業領域規模較大的系統集成企業進行技術研發，在中深層地熱地埋管取熱量、施工工藝、材料，高溫熱泵等領域進行技術攻關，做到安全、高效、穩定、可持續的開發利用地熱資源進行建筑供熱。同時針對供熱系統相關“卡脖子”難題實行“揭榜掛帥”。  

       （2）完善技術標準體系 

       當前應嚴格按照《中深層地熱地埋管供熱系統應用技術規程》DBJ 61/T 166-2020、《無干擾地熱供熱系統工程技術規范》DB61/T 1053-2016、《西咸新區中深層無干擾地熱供熱系統應用技術導則》DB 6112/T 0001-2019 等技術規程進行工程建設。政府行業主管部門、行業協會還應建立中深層地熱無干擾清潔供熱標準體系建設規劃，逐步按照標準體系建設規劃完善標準體系。 

       （3）加強資金、政策支持