摘要：随着社会经济水平的提高，清洁能源供暖制冷是绿色低碳、节能环保的重要途径。地热能是一种分布式可再生清洁能源，具有可循环利用、清洁环保等特点。地热能分布广泛、储量巨大、稳定可靠，是唯一不受季节变化和天气影响的可再生能源。自《地热能开发利用“十三五”规划》发布以来，中国地热能开发利用迅速崛起，综合利用总量位于世界前列，供能建筑面积达到1.392×109m2，仅2020年就增加了1.73×108m2。采用地热能供暖制冷，综合能效及可靠性高，能保证长期使用效果。

关键词：分布式；清洁能源；供暖制冷；方案研究

引言

随着当今社会的飞速发展，能源在社会的发展中扮演了重要角色，关于如何改变能源短缺的现状以及如何大力发展绿色能源受到了世界各国的关注。虽然我国的资源十分丰富，但近十年来，我国的工业迅速发展，中国也成了目前能源消耗量极大的几个国家之一，二氧化碳的排放量也逐步增多。伴随着世界能源结构的改革，为了促使能源更高效利用，构建清洁环保、低碳减排能源结构，国家也积极推进了我国能源结构的改革。采用地热能供暖制冷，综合能效及可靠性高，能保证长期使用效果。

1加快推进清洁供暖具有重要意义

1.1建设中国式现代化的本质要求

党的二十大报告深刻阐释了中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，对推动绿色发展、促进人与自然和谐共生作出了重大战略部署。积极探索风能、生物质能、电能、地热能等清洁能源供暖，站在人与自然和谐共生的高度谋划供暖问题意义重大。利用清洁能源实现低碳供暖是实现“人与自然和谐共生的现代化”的重要途径，是推动减污降碳、改善城市生态环境的有效手段，是贯彻新发展理念、满足人民群众日益增长的优美生态环境需要的重要抓手。

1.2“双碳”目标下改善生态环境的必然选择

作为全国供暖面积第四（仅少于北京、天津、沈阳）、供暖时间长达180天的特大城市，积极实现清洁能源供暖，是践行习近平生态文明思想的实践要求，通过改善生态环境，提高城市品质，使城市更加绿色、美丽，对于全省实现“双碳”目标也具有重要意义。打造宜居幸福之都的应有之义中国共产党第十五次党代会提出要打造“七大都市”，其中“宜居幸福之都”是“七大都市”建设的一个重要方面。当前，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。在着力构建绿色、节约、高效、协调、适用的清洁供暖体系，将会极大满足人们多样化、高品质供暖需要，使得城市宜居宜业宜游，城市宜居性将极大增强，城市幸福指数将大大提高。

2可再生能源利用现状分析

能源种类及其应用现状当前工业厂房可直接利用的可再生能源包括太阳能、地热能以及生物质能，这些可再生能源如不进行有效利用，将造成极大的能源浪费。

2.1太阳能

太阳能资源总量是十分丰富的，我国每年接收太阳能辐射总量可达5×106kJ/m2，其中，陆地面受到的辐射能可达5×1019kJ，这一能量总值可折合1700亿t标准煤充分燃烧散发的热值。我国近2/3区域内日照时长保持在2200h以上，尤其是在工厂开阔地区以及顶棚等区域，太阳能的利用条件较好。

2.2地热能

利用地热能供暖制冷主要是利用热泵以及换热器进行能量转换，超出地下10m范围温度趋于稳定，以华北深井水温度为例，均保持在14～18℃左右，而在10m范围之内，温度受天气变化影响较大。同样，由于工厂地下空间较大，没有或很少有地下构筑物阻碍，地热能的应用条件较好。

2.3生物质能

工厂员工较多，沼气资源利用潜能较大，同时，沼气能在我国的使用普及率较低，也造成严重的资源浪费。这些生物质能的使用，主要是通过进行气化产出低位热值，这些可燃气热值的能量在气化炉以及气化剂的差异下也会有所不同，其中，气化炉中产出的低位热值在4200～7600kJ/m3左右，而采用O2、H2或水蒸气作为气化剂的情况下，气化炉产出的热值将有明显提升，可达11000～18900kJ/m3，甚至在H2中产出22000～26000kJ/m3的高热值可燃气。

3单一可再生能源的应用问题

现阶段，工厂地区采用供暖供冷系统的集成化效果较差，基本上仅依赖一种能源即可完成供暖任务，利用效率较差。以煤炭锅炉燃烧为例，热值较低且污染严重，消耗成本也比较大。同样采用土地源热泵进行供暖，热泵的制冷制热效果会伴随着外界温度变化受到限制，在冬季地表温度降低、夏季温度升高过程中，热泵的制热制冷效果也会受到显著影响。同时增加地下换热器的数量也会提高投资成本，使用热泵也会造成较大的电力损耗，尤其是在夏季电力供应紧张期间。而太阳能的使用过程则具有严重的不稳定性，很容易遭受天气变化的影响，在阴雨天气的使用效果较差。在进行单一可再生能源应用过程中，供暖制冷系统具备很大程度上的不稳定性，要提高供暖制冷系统的稳定性，实现能源的高效利用，就必须进行多种形式能源的分布式应用。

4基础条件

4.1自然气候条件

项目区是典型的平原冲积区，地势平坦，雨量充沛，气候温和，属温带季风气候，年最高气温37.6℃，年最低气温-16℃，年平均气温14.1℃，年平均降水量762mm，无霜期217d。

4.2地热地质条件

浅层地温场特征项目区第四系平均厚度为120m，主要为黄褐色、红褐色、灰黄色黏土及细砂粉质黏土，顶部为砂质黏土。恒温带平均厚度为23m，温度16.4℃，松散层地热增温率预计3.47～3.61℃/hm。盖层黏土是一种天然的保温层，其厚度大，隔热性能较强，导热系数较小。

4.3中深层地温场特征

热储层由下往上主要为古生界寒武－奥陶系碳酸盐岩热储层、古近系热储层、新近系热储层。a）古生界寒武－奥陶系碳酸盐岩热储层。根据区域地层资料可知，项目区内碳酸盐岩均有分布，热储主要为灰岩，富水性好，在溶蚀裂隙、孔洞及构造带发育的地方地热流体流量较大，顶板深度为800～2000m。根据周围勘探井资料可知，古生界顶板深度约895m，底板深度约1478m，厚度约583m。b）古近系热储层。项目区内古近系热储层主要为砾岩和砂岩，埋深变化较大，呈东部深西部浅特征。根据已有钻井测温资料可知，平均地温梯度为2.9℃/hm，2000m地层温度预计约为73℃，该热储层渗透系数较小，富水性较差。c）新近系热储层。根据区域地层资料可知，新近系热储层主要为粉细砂和细砂，部分区域含中砂，其顶板深度为236～597m，底板深度为498～1097m。项目区内热储层厚度较大，根据地热井的水量、水温及地温等情况，可将该热储层划分为上部和下部2层。地热资源相对丰富，分布范围广阔，但目前地热开发利用较少，特别是中深层地热，还未有工程应用。

4.4清洁能源利用系统方案设计方案

1）清洁能源利用系统应以“免费能源优先、常规热源补充”为原则，充分利用矿区现有能源，将各种余热资源优先利用，不足部分可通过电锅炉、燃气锅炉进行补充。2）清洁能源利用系统应以“占地面积小、初投资及运行费用低”为原则。为使系统尽量简单，使用热泵提取矿井排水、矿井乏风中的余热，使用热回收器提取空压机余热。3）系统设备运行稳定，易于操作且日常维护简单方便。4）矿区后期若需要更多热量，可考虑中深层地热等其他清洁能源。

5分布式清洁能源供暖制冷方案

5.1冷热负荷需求

某市夏季空调计算干球温度为34.7℃，空调计算湿球温度为28.1℃，通风室外计算温度为30.7℃，通风计算相对湿度为65%，大气压力为99.66hPa，平均风速为2.4m/s；冬季空调计算干球温度为-3.9℃，计算相对湿度为57%，通风计算温度为-2.7℃，室外空调计算干球温度为-6.0℃，大气压力为102.37hPa，平均风速为2.4m/s。

5.2地热能综合开发利用方案

结合国家能源和环保现状，燃煤锅炉逐步被淘汰，且近年来全国总用气量不断增加，导致燃气供不应求，价格不断上涨，同时国家的燃气锅炉排放标准越来越高，燃气锅炉投资建设、改造升级和年运行费用都比较高，因此，采用新型、先进的可再生清洁能源供暖技术代替传统供暖方式已成为关系国家可持续发展的重大民生问题。根据项目现场施工场地情况及供暖制冷需求，该项目采用浅层地热能+中深层地热能+冷却塔方案进行供暖制冷，即热负荷由浅层地热能+中深层地热能提供，冷负荷由浅层地热能+冷却塔提供。

5.3效益分析

项目前期投资较大，但运营收入较高，回收期较短，静态回收期7.35a，动态回收期11.54a，长期经济效益显著，可采用BOT或EMC投资运营模式。地热能属于分布式清洁能源，环保效益较好，项目实施可节约燃煤385.36吨标准煤/年，减少CO2排放1009.65t/a，减少SO2排放3.28t/a，减少NOx排放2.85t/a。

5.4环境效益分析

采用传统燃煤锅炉对矿区进行供热，锅炉耗煤量折标煤为47093.72t。当采用清洁能源利用供热方案对矿区供热时，该系统年耗电量2365.74万kW·h，年耗气量1673.01万m3，折标煤23222.86t。项目年节约标煤：23870.86t。按照国家发改委研究院推荐的经验数据，每节约1t标准煤，减排CO2为2.62t，减排SO2为0.012t，减排NOx为0.0074t，减排烟尘为0.0096t，经折算，清洁能源供热系统年减排量计算如下：减排CO2：62541.65t；减排SO2：286.45t；减排NOx：176.64t；减排烟尘：229.16t。

6创新体制机制，加快推进清洁能源供暖制冷的对策建议

6.1在增量供暖区域，积极探索清洁能源供暖

（1）生物质供暖

利用生物质能供暖潜力巨大。要按照《北方地区冬季清洁取暖规划》要求，做好生物能源普查工作，根据各地实际推进生物质供暖。具备条件的地区积极发展生物质热电联产或生物质锅炉供暖。

（2）低温核供暖

低温核供暖技术是成熟的，无论经济效益、社会效益和环境效益比其他供热方式都具有一定的优势。目前泳池式反应堆已在世界范围内广泛应用。国际上已建有200多座泳池式反应堆，累计安全运行1万多年。国内已建成11座泳池式反应堆，累计安全运行超过300多年。正积极推进一体化核能供热示范一期2×200兆瓦项目建设。选址上可考虑临近工业集中区、生物产业园区、食品加工园区等，耦合生物质发电厂，保证满负荷运转，向城区供热之余，供汽、发电满足园区生产需求，最大限度释放经济和社会效益。据测算，投产后每年可替代32万吨燃煤或16000万立方米天然气，可满足哈尔滨市800万平方米的冬季采暖需求，烟尘排放、二氧化碳排放、二氧化硫排放、氮氧化物排放均为零，项目清洁化、智能化特点突出。

6.2创新清洁能源供暖体制机制

按照“企业为主、政府推动、居民可承受”的方针，宜气则气、宜电则电、宜煤则煤，建立有利于清洁供暖的价格机制。明确可再生能源的战略优先地位，落实保障性收购制度，建立可再生能源发展基金等长效机制。在热电联产富余电力较大的情况下，改革定价机制，使新能源发电项目并网、电力就地消化。加快实施按面积计费和按热量计费并行，促进节约用热。积极推进集中供热及分布式电供暖制冷等多种技术路线应用，农村地区推进分布式电供暖、太阳能蓄热取暖及其他可再生能源供暖等多种技术路线应用。应充分利用城市周边工业资源，大力推进以热电联产、工业余热利用为主导的城市集中供热制冷体系的建设，整合供热资源，替代高排放、低效率的散煤、中小型燃煤锅炉。综合推进风能、电能蓄热大规模利用技术。

结语

综上所述，利用可再生分布式清洁能源利用技术，符合国家绿色低碳和节能环保政策，虽初期投资较高，但运行费用低，年收益5.1254×106元，静态回收期7.35a，长期经济效益显著，另外，地热能供暖制冷系统长期稳定性好，且无污染物排放，具有较好的环保效益。单一空气源热泵供能系统的工况稳定性较差，宜与其他供能方式耦合工作，以提高能源综合利用效率和系统稳定性。可促进煤炭企业能源结构调整，降低投资运行成本，响应了国家节能减排政策，对建设低碳矿区具有积极意义。

参考文献：

［1］尹玉龙.中国地热资源及其潜力评估［J］.科技与创新，2018（5）：57-58.

［2］王贵玲，张薇，梁继运，等.中国地热资源潜力评价［J］.地球学报，2017，38（4）：449-450.

［3］薛宇泽.地热资源开发利用中的主要环境问题分析［J］.环境与发展，2018，30（5）：206.

［4］赵仕龙.中深层地热技术在典型供热项目中的应用分析［J］.科技风，2019（33）：21-22.