能量的梯级利用-张辉

吸收式热泵在地热水梯级利用的应用作者：李晓旻来源：《中国房地产业》 2016年第12期文/ 李晓旻湖南六建机电安装有限责任公司湖南长沙 410015【摘要】本文分析了吸收式热泵在地热水梯级利用方面的应用方式，比较了吸收式热泵与电力压缩式热泵的特点，相对电力压缩式热泵，用吸收式热泵来做为地热梯级利用的热泵设备，具有单机容量大、运行工况广、负荷调节性能好、一次能源利用效率高、运行成本低、使用寿命长、维护简单方便等优势。

【关键词】地热资源；吸收式热泵；地热水；梯级利用一、地热资源作为绿色的清洁能源和可再生能源，地热能已纳入“十二五”能源规划。

国家计划在十二五期间，将完成地源热泵供暖( 制冷) 面积3.5 亿平方米。

由于城市建设的快速扩张，原有市政供热系统已远远不能满足需要，因此，在远离市政热源的城市周边地区，深层地热广泛应用于住宅和公建采暖。

1800m 以上的深层地热水温度一般在50 ℃ ～90 ℃ 之间，65℃以上可以直接用于散热器采暖，50℃～65℃可以用于空调末端采暖，40℃～50℃可以用于地板采暖，经过上述利用后，地热尾水温度一般在40℃以上。

由于地热水资源有限，回灌困难、打井成本高风险大，国家对地热资源的开采利用有严格的管制。

因此，有必要对地热尾水进行梯级利用，使地热水回灌温度达到10℃以下，达到减少打井数量、充分利用地热资源的目的。

二、地热水梯级利用流程图1. 低温地热的梯级利用图1 所示为低温地热梯级利用在酒店供热中的应用流程图。

一级直接利用板换将60℃的地热水换成55℃的生活热水，二级、三级分别利用燃气或蒸汽吸收式热泵将50℃和26℃的低温地热尾水的热量提取后，提供60℃的空调热水。

从图中可以看出，因地热尾水温度即吸收式热泵的低温热源水温度不同，两级吸收式热泵的能效比略有差异，第一级热泵COP为1.75，第二级热泵COP 为1.6，两者相差不大，只有8.6%。

同时，吸收式热泵的热力系数在冷凝温度（热水出水温度）和蒸发温度（低温热源进水温度）之差增大时，它的变化幅度比压缩式热泵的热力系数小。

浅谈地热能源在供热领域的梯级利用摘要：地热资源是一种非常清洁的可再生能源，它可以代替现有的很多能源，通过利用地热资源，对于我国能源结构的优化也有着积极作用。

地热资源价格比较低廉，可以有效减少能源成本，地热资源清洁度比较高，可以减少二氧化碳排放量，对于环境保护有积极作用。

关键词：地热能源；供热领域；梯级利用前言随着国家对绿色化发展的倡导和重视，地热资源也因为它的清洁无污染备受人们的关注和认可。

地热资源储藏于地壳内部，它将水、矿、热集于一身，在当前，我国的科学技术日益成熟，因此通过运用科学技术，可以更好地开发地热资源。

无论是中国还是全世界，人类对地热资源的开发主要是将其运用到发电之中，除此之外，还有其他各类行业对于地热资源的应用也有所涉及，比如空间采暖、洗浴、医疗、旅游、种植以及养殖等行业中。

在我国的很多大型城市，由于经济发展快人口数量多，为了实现绿色生态化发展，用地热取代了原先的常规能源，这是当前和未来发展的新趋势。

1地热主要分布根据调查发现，目前全球的地热资源主要分布在以下三个地方：环太平洋沿岸的地热带，从大西洋中脊向东横跨地中海，中东到我国滇、藏地热带以及非洲大裂谷和红海大裂谷的地热带。

地热水资源放出的热量是非常大的，相关研究者调查发现，全球范围内存在的地热资源绝大部分都是中低温，而且，热泵技术的大力采用更是让地热资源摆脱了地域限制的影响，如今，地热资源除了不在两极出现，在世界其他各地都有出现。

2浅层地热能开发利用方式2.1地源型利用方式地源型利用方式是传热介质通过竖直或水平的地埋管换热器与岩土体进行热交换，又称地埋管换热系统。

其工作原理是传热介质在密闭的竖直或水平地埋管中循环，利用传热介质与岩土体、地下水直接的温差进行热交换，进而通过热泵技术实现对建筑物的供暖和制冷，以达到利用浅层地热能的目的。

当建设工程可利用土地面积有限，建筑冷热负荷较大时，可考虑使用垂直地埋管方式。

当场地可利用面积大，地下水位较高，冷热负荷量较小时，可以使用水平埋管换热方式。

【作者简介】付效东（1966-），男，山东潍坊人，高级工程师，从事工程管理研究。

1引言城市集中供热是城市的一套基础配套设施，北方地区冬季取暖主要采取热电联产、燃煤锅炉集中供热和单户煤炉、气炉、空调分户取暖方式，主要以原煤为燃料，巨量的污染物排放量，极度恶化了冬季空气质量。

中深层地热能源作为一种清洁可再生能源，蕴藏量丰富，并且国家出台了多项促进地热能发现的优惠政策，所以充分利用地热能资源供暖市场前景广阔。

2方案设计2.1项目概况及地质条件河南省某县地热供暖项目，小区总建筑面积28万m 2，最高楼层9层，不分高低区，均为节能建筑，居民末端为地暖盘管敷设，参照小区暖通设计，供暖负荷为35W/m 2，故小区总供暖负荷为9800kW 。

该县区域内断裂为隐伏断裂。

该区域热储结构为复合型结构，2000m 深度以内有供热意义的热储层，主要热储为奥陶系—寒武系热储层，中奥陶统、中、上石炭统和二叠系在I 区由西向东依次伏于新近系之下，其顶面埋深由西向东逐渐增大。

由奥陶系中统马家沟组灰岩、白云质灰岩组成的热水储层，开采层为1258~1815m ，地热水温度为50~65℃。

2.2设计原则①采用多级利用原则，分层次利用地热资源，适当增加热泵，进一步降低地热尾水温度，有效提高地热能利用效率。

②坚持“采灌均衡”的工艺模式，通过换热技术将换完热的地热尾水在密闭状态下通过回灌管线回注到地下，做到“取热不取水”，实现地热资源可持续利用。

2.3地热井设计本次井身结构采用“三开”结构，拟利用1800m 中深层地热水，每口地热井出水温度55℃，出水流量100m 3/h 。

地热生产井和回灌井井深和结构一致，拟新建地热井4口，其中：生产井2口，回灌井2口。

2.4工艺流程设计项目利用地热水作为供暖热源，冬季为用户提供35~45℃热水。

系统设置2口生产井，单口生产井地热水流量100m 3/h ，出水温度55℃。

当初冬采暖负荷较小时，可只开启地热水直接供热，随着负荷增大，开启热泵来制热满足所有负荷要求。

摘要随着国际化石能源的日益枯竭节能减排、保护环境的呼声日益高涨国际社会普遍开始重视生物质能各国纷纷采取有效措施鼓励生物质能产业的发展生物质能的有效开发和利用已成为国际能源领域投资发展的焦点之一。

生物质沼气热电联供可给用户提供电力、采暖卫生热水和制冷将一次能源“梯级利用”和“吃光用尽”因此可以大幅度的提高能源利用率。

这些分布式能源系统可以就近建设省却了大规模线路建设减小了输配电损失。

因此生物质沼气发电工程得到了各国政府的大力支持。

基于“温度对口能量梯级利用”的原则本文设计了新型的三级恒温沼气热电联供系统其中包括三级恒温沼气生产子系统、沼气净化子系统、内燃机发电机组子系统、双效溴化锂吸收式热泵机组子系统和内燃机发电机组余热利用子系统。

从热力学第一定律和第二定律两个层面初步揭示了新系统中的能量转换过程并分析研究了新系统的总体性能获得如下结论1分析结果表明新系统具有优良的热力特性。

新系统能量利用率达到85.67系统火用效率为47.39均已达到较高的性能指标。

2在新型的三级恒温沼气热电联供系统中遵循了能的梯级利用原理难以利用的低品位废热的再利用内燃机发电机组余热为生物质的高效厌氧发酵提供稳定的运行环境。

3 生物质能利用转化有多种本文基于层次分析法建立了生物质能利用技术的集总加权评价模型对本系统进行了评价。

通过对本系统采用动态经济性分析方法得出本装置的财务净现值10iNPV为82.3万元内部收益率FIRR为28.9益本比为2.5投资回收期为2.8年。

结果表明本系统的推广具有良好的财务和国民经济效益具有很好的发展前景。

在文章的最后一部分笔者展望了三级恒温沼气热电联供系统的未来并提出五点可行性建议希望这些建议能够被该领域学者以及政府相关部门参考并采纳从而促进我国沼气发电事业快速发展以及系统相关技术达到国际先进水平。

另外本课题设计出的三级恒温沼气热电联供系统对沼气热电联供系统的发展有一定的借鉴作用。

关键词节能减排沼气发电温度对口能量梯级利用Abstract With the fluctuations in international oil prices energy-saving emission reduction environmental protection increasing the voice of the international community in general is beginning to take biogas countries have to take effective measures to encourage the development of biogas energy industry biogas energy development and the effective International Energy use is increasingly becoming the focus of investment in the development of the field. However biogas power generation of cool heat and electricity can save the energy extremely by synthesis providing these energies to user. The advantage of small cogeneration is fossil fuel can be used in grades and be used up. The benefit of small generation comes from invest saving of electricity line construction and declining the loss of electricity transport as they can be constructed near the user. Therefore biogas power generation gets a lot of countries support strongly. An energy supply system basing on three-staged thermostatic biogas is establishing depending on a principle of “parallel temperature and gradient energy utilization” disclosuring energy transformation.The research contents and achievements as follow: 1 Energy supply system basing on three-staged thermostatic biogas has high thermodynamic property.The system has high efficiency of energy and exergy utilization. The energy utilization efficiency is 85.67 and exergy utilization efficiency is 47.39 the new system not only had high energy utilization efficiency but also had improved the exergy utilization efficiency. So on this point of view the system of basing onthree-staged thermostatic biogas is feasible. 2 The new Energy supply system basing on three-staged thermostatic biogasexhaust-heat of internal combustion engine generator setoffer a steady environment for the biomass anaerobic digestion efficientwhich making the low gradeunsteady bioenergy transit to the high grade methane chemical energy successfully. From the energy-utilization’s point of view it shows the Integrated Cascaded Utilization of Chemical and Physical Energy Principle sufficiently. 3 Using the method of dynamic economic to appraise the entire system.The results showed that the net present value is 823 million yuanthe financial internal ratio of return is 28.9the benefit-cost ratio is 2.5the time of capital return is 2.8 year.The promotion of this set of devices can generate good value for money and national economicbenefitwith good good prospect of application and extension. In the last section we make the expectation of the development of the energy supply by three classes constant temperature biogas systems and put forward five feasible advices for other scholars in this area and lawmakers. To keep pace with the developed countries we should accelerate development of the energy supply system basing on three-staged thermostatic biogas industry and relevant equipments to make our country enter into the biogas power generation system era as soon as possible.On the other hand the energy supply system basing on three-staged thermostatic biogas has the effect of the biogas power generation system era. Key words: Energy-saving emission reduction Biogas power generation Parallel temperature Gradient utilization。