中國石油大學(xué)新能源課件

中國石油大學(xué)新能源課件2025/1/5中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件地熱務(wù)農(nóng)中國石油大學(xué)新能源課件地熱養(yǎng)殖中國石油大學(xué)新能源課件1.1我國地熱資源的特點及最佳開發(fā)模式⑴量大而溫度較低：地熱資源總量多（1500億t標準煤/年），但高溫的不多，資源量的98%以上屬于中低溫（105℃以下）熱水型資源。⑵地熱資源大都處于人口稠密區(qū)，易于開發(fā)，有利于進行以旅游為軸線的能源的梯級綜合開發(fā)利用。⑶長期以來，地熱鉆井費用高，能源利用率低，經(jīng)濟效益不好，影響了中低溫地熱田的大規(guī)模開發(fā)利用。⑷南方地熱區(qū)雨量充沛，有利于地熱水自然補充，不用回灌中國石油大學(xué)新能源課件1.2地熱能利用的評價，能量分析和火用分析地熱能利用系統(tǒng)和所有的能源系統(tǒng)一樣，要提高能量的利用率就要對系統(tǒng)的用能水平進行祥細分析，特別是在方案選擇和設(shè)計階段。一般常用的方法有兩種：第一種方法是建立在熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的能量數(shù)量分析法，也就是我們?nèi)粘Ｓ玫米疃嗟乃追Q“熱平衡”的方法。根據(jù)能量守衡原理，對一個穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)從熱源輸入的能量等于離開系統(tǒng)的能量和系統(tǒng)有用功之和，即：中國石油大學(xué)新能源課件第二種方法是建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律上，能量的“數(shù)”和“質(zhì)”統(tǒng)一的分析法。也就是說：對一個能量系統(tǒng)來說，能量被利用，不僅有數(shù)量的多少，而且還有質(zhì)量之分。比如當環(huán)境溫度為30℃時，同樣的熱量Q存在于150℃的熱水中，理論上所能轉(zhuǎn)換成的功（最大作功能力），就遠比存在于100℃的熱水中為高，可達1.51倍。在一定的條件下，能量所具有的最大作功能力稱作火用，亦即在環(huán)境溫度下理想卡諾循環(huán)所能做的功，也叫有效能。對一個穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，它可用下式表示：中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件1.3以旅游為軸線的地熱資源梯級綜合開發(fā)利用模式以旅游為軸線的地熱資源梯級綜合利用，把地熱資源不僅當作潔凈能源，也作為重要的旅游資源來規(guī)劃利用。也就是說除了醫(yī)療保健、洗浴、休閑娛樂等旅游節(jié)目外，無污染的地熱發(fā)電廠、地熱制冷和供暖、地熱干燥、地熱溫室和養(yǎng)魚等都是很好的旅游參觀資源。而地熱產(chǎn)品除電和制冷（熱）直接服務(wù)于旅游業(yè)外，其余如：無公害的蔬菜、爪果、菇品、水產(chǎn)品等均可供游客直接食用。由于游客對生產(chǎn)環(huán)境的認可，其干燥后的產(chǎn)品：爪果干、菇品、水產(chǎn)品更是游客遺贈親友的佳品。下面我們以廣東某地熱田為例，介紹一下以旅游為軸線的梯級綜合開發(fā)利用的規(guī)劃。中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件1.4地熱開發(fā)利用中所要注意的問題避免超采超用，加強回灌，保持可持續(xù)發(fā)展，地熱回灌技術(shù)在很大程度上減小甚至消除了地熱能的環(huán)保影響。不能隨便排放，避免對大氣、土壤和水資源的污染。洗浴用地熱水應(yīng)與生活污水一起經(jīng)處理達標后方可排放；不鼓勵采用未經(jīng)處理的地熱尾水直接澆灌溫室作物和養(yǎng)魚。地熱開發(fā)造成的主要環(huán)境影響是地面干擾、地面沉降、噪聲、熱污染和化學(xué)物質(zhì)的排放。地面干擾和地面沉降：占地，挖掘，地面塌陷，熱泉的消失。空氣污染：h2s,co2化學(xué)污染：1，鹽類污染，地熱水中含鹵化物等，如回灌，高鹽度的水引起土壤鹽漬化和土壤板結(jié)，還會結(jié)垢，堵塞管子2，有害元素的污染：重金屬和微量元素超標，灌溉，養(yǎng)殖和排入水體中均不好。熱污染：局部空氣和水體的溫度升高，改善生態(tài)平衡，影響環(huán)境和生物生長噪聲污染：鉆井噪聲80dB，地熱井防噴噪聲120dB中國石油大學(xué)新能源課件2.地熱制冷吸收式制冷循環(huán)原理吸收式制冷基本循環(huán)系統(tǒng)是由發(fā)生器、冷凝器、制冷節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵等組成，如下圖所示。它采用由高沸點的吸收劑和低沸點的制冷劑混合組成的工質(zhì)對。利用地熱制冷空調(diào)或為生產(chǎn)工藝提供所需的低溫冷卻水是地熱能直接利用的一種有效途徑。地熱制冷是以足夠高溫度的地熱水驅(qū)動吸收式制冷系統(tǒng)，制取溫度高于7℃的冷凍水，用于空調(diào)或生產(chǎn)。一般要求地熱水溫度在65℃以上。用于地熱制冷的制冷機有兩種，一種是以水為制冷劑，以溴化鋰溶液為吸收劑的溴化鋰吸收式制冷機，另一種是以氨為制冷劑，以水為吸收劑的氨水吸收式制冷機。氨水吸收式制冷機由于運行壓力高、系統(tǒng)復(fù)雜、效率低、有毒等因索，除了要求制冷溫度在0℃以下的特殊情況外，一般很少在實際中應(yīng)用。中國石油大學(xué)新能源課件吸收式制冷基本循環(huán)系統(tǒng)圖1－發(fā)生器，2－冷凝器，3－膨脹閥，4－蒸發(fā)器，5－吸收器，6－膨脹閥（輔），7－熱交換器，8－溶液泵整個系統(tǒng)包括兩個回路：一個是制冷劑回路，一個是溶液回路。系統(tǒng)中使用的工作流體是制冷劑和吸收劑，我們稱之為吸收式制冷的工質(zhì)對。吸收劑是液體，它對制冷劑有很強的吸收能力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成溶液。溶液加熱又能放出制冷劑氣體。因此，通過溶液回路取代了蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中壓縮機的作用，構(gòu)成蒸氣吸收式制冷循環(huán)。制冷劑回路由冷凝器、制冷劑節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成。高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝成液體經(jīng)節(jié)流后到蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。中國石油大學(xué)新能源課件

溴化鋰吸收式制冷機工作過程組成熱源回路冷卻水回路冷媒水回路冷劑水回路溶液回路中國石油大學(xué)新能源課件2.1地熱制冷系統(tǒng)的組成地熱制冷系統(tǒng)生要有地熱井、地熱深井泵、換熱器、熱水循環(huán)泵、溴化鋰吸收式制冷機、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、冷凍水循環(huán)泵、空調(diào)末端設(shè)備和控制器等組成（右圖）。地熱井是開采地熱水的必要設(shè)備，地熱井的直徑、深度由地質(zhì)條件和所需開采量決定。地熱深井泵用于提取地熱水。由于從井中抽取的地熱水普遍含有固體顆粒和腐蝕性離子，為了保護制冷機的安全，必須在制冷機與地熱井之間設(shè)置換熱器，采用清潔的循環(huán)水為介質(zhì)將地熱水的熱量傳遞給制冷機。降溫后的地熱水則從換熱器排出，再作其他用途。中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件比熱容小，吸濕性強，性能系數(shù)大粘度越大，越不利于傳熱對黑色金屬和紫銅等材料腐蝕性強烈。中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件3.地源熱泵3.1地源熱泵含義地源熱泵是一種中央空調(diào)工藝方式。它利用地表水、地下水或地下淺層土壤（地源能）的地溫為冷熱源，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地源能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源。

3.2地源熱泵工作原理

在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，釋放到地下去。

中國石油大學(xué)新能源課件中國石油大學(xué)新能源課件地源熱泵系統(tǒng)主要由三部分組成：室外地源換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。能源采集系統(tǒng)能源提升系統(tǒng)能源釋放系統(tǒng)中國石油大學(xué)新能源課件室外地源換熱系統(tǒng)又分為三類：地下水系統(tǒng)，地表水系統(tǒng)，土壤埋管系統(tǒng)。中國石油大學(xué)新能源課件1.水平式土壤埋管地源熱泵通過水平埋置于地表面2～4m以下的閉合換熱系統(tǒng)，它與土壤進行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較小的建筑物，如別墅和小型單體樓。該系統(tǒng)初投資和施工難度相對較小，但占地面積較大。2.垂直式土壤埋管地源熱泵通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50M～400M深的巖土體與土壤進行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較大的建筑物，周圍有一定的空地，如別墅和寫字樓等。該系統(tǒng)初投資較高，施工難度相對較大，但占地面積較小。3.地表水式地源熱泵地源熱泵機組通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。它利用池水或湖水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性，不需鉆井挖溝，初投資最小。但需要建筑物周圍有較深、較大的河流或水域。4.地下水式地源熱泵地源熱泵機組通過機組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進行冷熱交換。地下水排回或通過加壓式泵注入地下水層中。此系統(tǒng)適合建筑面積大，周圍空地面積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。地源熱泵分類及施工方式中國石油大學(xué)新能源課件水平埋管施工方式：

水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管、扁平曲線狀管，螺旋狀管等形式，單層管最佳深度0.8～1.0m，雙層管1.2～1.9m，但無論任何情況均應(yīng)埋在當?shù)乇鶅鼍€以下。由于水平管埋深較淺，其埋管換熱器性能不如垂直埋管，而且施工時，占用場地大，在實際使用中，往往是多層埋管；螺旋管優(yōu)于直管，但不易施工。由于淺埋水平管受地面溫度影響大，地下巖土冬夏熱平衡好，因此適用于單季使用的情況（如歐洲只用于冬季供暖和生活熱水供應(yīng)），對冬夏冷暖聯(lián)供系統(tǒng)使用者很少。垂直埋管施工方式1：

根據(jù)埋管形式的不同，一般有單U形管，雙U形管，小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管、套管式管等形式；按埋設(shè)深度不同分為淺埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。地源熱泵分類及施工方式中國石油大學(xué)新能源課件3）單管型主要用于地下水做熱源的熱泵系統(tǒng)，該種型式投資較少。其安裝方法是地下水位以上用鋼套管作為護套，直徑和孔徑一致，典型孔徑為150mm。地下水位以下為自然孔洞，不加任何設(shè)施?？锥粗杏幸桓鏊転闊岜脵C組供水，回水自然排放或回到管井內(nèi)。這種方式受地下水資源、國家有關(guān)政策及法規(guī)限制大。地源熱泵分類及施工方式垂直埋管施工方式2：1）U形管型是在鉆孔的管井內(nèi)安裝U形管，一般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，U形管徑一般在φ50mm以下。由于其施工簡單，換熱性能較好，承壓高，管路接頭少，不易泄漏等原因，目前應(yīng)用最多。據(jù)介紹，采用這種地源熱泵熱系統(tǒng)較常規(guī)空調(diào)節(jié)電25%，節(jié)約燃料費70%。國外有的工程把U形管捆扎在樁基的鋼筋網(wǎng)架上，然后澆灌混凝土，不占用地面。2）套管式換熱器的外管直徑一般為100～200mm，內(nèi)管為φ15～φ２５ｍｍ。由于增大了管外壁與巖土的換熱面積，因此其單位井深的換熱量高，其換熱效率較U形管提高16.7%。其缺點是套管直徑及鉆孔直徑較大，下管比較困難，初投資比U形管高。在套管端部與內(nèi)管進、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m的豎埋直管，對中埋采用此種形式宜慎重。為防止漏水，套管端部封頭部分宜由工廠加工制作，現(xiàn)場安裝，以保證嚴密性。中國石油大學(xué)新能源課件類型埋管式土壤源地下水源地表水源水資源法規(guī)不受限制，國家鼓勵受限制，審批嚴格受限制，需審批地理緯度適用我國長江以北地區(qū)適用我國長江以北地區(qū)受影響，要求地表水溫在固定范圍建筑物與地源距離不受影響，在建筑物周圍垂直埋管即可抽水會造成地面沉降，井位密度和井距都有嚴格要求取水距離不宜過遠壽命及可靠性不受影響，地下埋管可使用50年受影響受影響大各類型地源熱泵比較分析中國石油大學(xué)新能源課件3.3地源熱泵的特點和優(yōu)勢l清潔可再生的能源利用技術(shù)地表淺層土壤和水體是一個巨大的太陽集熱器，收集了近47%的太陽能量，比人類每年所消耗能量的500倍還多，同時也是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，自然保持能量吸收和發(fā)散的相對平衡。地源熱泵技術(shù)能成功的利用儲存于其中的熱能。2高效節(jié)能的技術(shù)地源熱泵以土壤、地下水、地表水的熱能作為熱源，冬季在制熱運行時，地下水溫度比環(huán)境溫度高，使水源熱泵的蒸發(fā)溫度比其他類型熱泵的蒸發(fā)溫度大大提高，且不受環(huán)境變化的影響，所以能效比提高；夏季制冷運行時，由于夏季地下水、地表水溫度比環(huán)境溫度低，冷凝壓力降低，壓縮機輸入功率減少，使制冷性能比風冷式或冷卻塔式制冷機組有校大提高。大量測試數(shù)據(jù)表明，由此導(dǎo)致的機組效卒提高，可節(jié)省能源達20％以上。中國石油大學(xué)新能源課件3環(huán)境保護和經(jīng)濟效益顯著地源熱泵以電為動力，運行時不產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)。抽取的地下水或地表水（河水、海水、湖水）大多實行封閉式回灌，對地下水資源和環(huán)境丁產(chǎn)生破壞作用，效益顯著。地源熱泵耗電量少，與空氣熱泵相比，節(jié)電40%；與電供熱比校，節(jié)電70％。制熱時與燃氣鍋爐比校，節(jié)能50％；與燃袖鍋爐比校，節(jié)能70％。4設(shè)計特點明顯地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計上具有很大的靈活性，可以安裝在新建建筑中，也可以用于舊建筑的改造；可以利用單一地源系統(tǒng)，也可以利用混合型熱源系統(tǒng)（如與工業(yè)余熱結(jié)合或太陽能系統(tǒng)相結(jié)合等）。通?？梢岳矛F(xiàn)存建筑中的管路同時提供熱量和冷量而不需要采用四管系統(tǒng)。中國石油大學(xué)新能源課件5節(jié)省建設(shè)用地采用地源熱泵供冷和供熱系統(tǒng)，不需要建鍋爐和冷卻塔，以及堆放燃料和燃燒廢物的場地，節(jié)省了建筑場地和經(jīng)費。6一機多用，應(yīng)用廣泛地熱熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷和提供生活熱水，對于同時要求供熱、供冷的建筑物，地源熱泵有著明顯的優(yōu)勢。7運行穩(wěn)定可靠地溫的波動范圍遠遠小于環(huán)境空氣溫度的變動，使地熱熱泵全年運行穩(wěn)定。系統(tǒng)部件少，維護費用低，自動化程度高，使用壽命可達15年以上。中國石油大學(xué)新能源課件長期連續(xù)運行時，熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動。土壤的熱導(dǎo)率小使埋管換熱器持續(xù)吸熱率僅為20～40W／m，一般吸熱率為25W／m左右。因此，當換熱量較大時，埋管換熱器的占地面積較大。地下埋管換熱器的換熱性能受土壤的熱物性參數(shù)的影響較大。計算表明，傳遞相同的熱量所需傳熱管管長在潮濕土壤中為干燥土壤中的1／3，在膠狀土中僅為它的1／10。初投資較高。僅地下埋管換熱器的投資約占系統(tǒng)投資的20％～30％。地源熱泵的缺點中國石油大學(xué)新能源課件地源熱泵發(fā)展概況

05年，我國地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用面積約為3千萬㎡，到07年上升至8千萬，截止到09年我國地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用面積達到16000萬㎡左右，市場的發(fā)展速度超乎想象。在整個市場容量上，2009年我國地源熱泵的市場容量為17億元人民幣左右，與08年相比，同比增長13%。其中小型機組達到7億元，占比為58%。全國各省、自治區(qū)和直轄市均有地源熱泵項目，共約4500個，其中以北京、上海等長江以北地區(qū)居多。據(jù)統(tǒng)計，全國已竣工項目中，辦公樓40%、賓館飯店19%、住宅12%、廠房9%、別墅度假村7%、商場6%、學(xué)校5%、醫(yī)院3%。目前廣東地區(qū)熱泵企業(yè)約197家，主要分布在廣州、佛山、東莞等地，企業(yè)數(shù)量占全國半數(shù)以上，且超過80%規(guī)模較大的企業(yè)都聚集在此。據(jù)估算，廣東熱泵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能至少占全國總量的65%。1234

近十年全世界水地源熱泵行業(yè)每年以遞增20%以上的速度增長發(fā)展速度快市場容量大工程項目多設(shè)備制造聚集珠三角中國石油大學(xué)新能源課件水源熱泵在中國的發(fā)展上海世博會的世博軸,利用黃浦江水作為冷熱源+地源熱泵的系統(tǒng)；青島東部開發(fā)區(qū)和高科技工業(yè)園區(qū)采用了大型海水熱源熱泵供熱;遼寧大連星海假日酒店采用海水源熱泵集中制冷和采暖,在國內(nèi)尚屬首例,是目前我國最大的海水源熱泵工程;2008年奧帆賽配套項目奧帆媒體中心也采用海水源熱泵技術(shù);青島市正在進行規(guī)劃,準備在沿海一帶實行海水供熱供冷,取代鍋爐;在山東,湖南等地,也有湖水源熱泵應(yīng)用中國石油大學(xué)新能源課件政府推動□工程名稱：世博會中軸線□工程范圍：地表水地源熱泵□空調(diào)面積：300000㎡在低碳經(jīng)濟的背景下，政府通過各種措施，包括補貼扶持等各種方式推動普及地源熱泵等環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品在房地產(chǎn)中的運用。2010年8月12-13日第二屆中國地源熱泵行業(yè)高層論壇在南京舉行，籍此南京計劃到2013年采用包括地源熱泵在內(nèi)的新能源的建筑，要占新建筑數(shù)量的60%之多?！豕こ堂Q：奧運主會場鳥巢□工程范圍：土壤源熱泵□空調(diào)面積：————中國石油大學(xué)新能源課件濰坊鳳凰太陽城項目總占地1000多畝，總投資為25億元，總建筑面積達到100多萬㎡。該項目將全部采用土壤源地源熱泵系統(tǒng)，地下?lián)Q熱器采用雙U設(shè)計，實現(xiàn)節(jié)約能耗，創(chuàng)建綠色生態(tài)人文社區(qū)。位于玄武湖畔富貴山景區(qū)的城開御園是一家定位為健康、智能化一體的高科技住宅小區(qū)，專門聘請德國節(jié)能設(shè)計顧問公司“操刀”，大量應(yīng)用健康、節(jié)能高科技產(chǎn)品——地源熱泵系統(tǒng)，為業(yè)主打造健康舒適居所。地源熱泵在房地產(chǎn)中的運用綠城、朗詩、萬科、保利各房地產(chǎn)開發(fā)公司紛紛上馬項目，利用地源熱泵環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。在國家提倡低碳低經(jīng)濟的大背景下，地源熱泵在房地產(chǎn)中的運用正在興起中國石油大學(xué)新能