地热梯级利用的研究意义及其基本概念

  研究意义
  我国广泛分布着中低温地热资源，非常有利于供热、养殖、种植等直接利用。据国际地热协会(IGA) 2000年统计，我国地热直接利用量已达37908TJ/a，居世界首位。我国的地热直接利用中有很大一部分是用来供热的，地热供热已在天津、北京、西安和黑龙江、河北等省市得到广泛推广，供热面积已达1180万平方米（2001年统计数据）。热别是天津市，地热供热面积已达860万平方米，占全国的74%。
  然而由于目前在一定程度上存在着粗放型开发现象，我国的地热利用还存在如下问题：
  1.利用结构单一
  以地热采暖为主要目的的地热利用系统，不仅开发消耗的资源量很大，而且简单的用热之后，没有进行很好的深度开发，就将大量的地热水排放掉。使地热资源的复合特征没有充分的发挥，造成资源的较大浪费。
  2.利用技术、工艺及设备配套尚需进一步优化
  目前在利用设备配套水平上，不能把地热资源的能量充分利用和提取出来，从而使资源的利用率较低。历史上遗留下来的老的地热井系统中存在不经济、不合理、浪费大等问题。
  3.排放温度高，造成资源浪费与新的环境问题
  在地热采暖系统中，受常规的管网式供热工艺和技术水平的限制，地热水经一级换热后的温度仍然很高，一般不低于40℃，不仅造成资源的严重浪费，又给环境带来了热污染。地热作为一种清洁的新能源，市场的需求会愈来愈大。但不能只依靠增加地热资源的开采总量来扩大利用规模和满足市场需求，而是要依靠科技进步，提高利用水平。就目前利用的水平来说，还有很大的潜力可挖。从现状看，排放温度普遍在45 -50℃，地热水开采出来的温度平均在85℃，平均利用温差为40℃，如果采用新技术把温度降到20℃左右，可提取更多的热量以利用。
  利用技术的创新与发展，是解决粗放式开发的关键问题。地热开发利用中存在的不科学、不合理、不经济，浪费大、污染重的诸多问题，只有依靠科技才能解决。要借助于市场的推动，政府的协调，资源意识的增强，公众的参与，大力推进地热利用中新技术、新工艺、新方法的应用，解决长期以来一直不好解决的诸如腐蚀问题、地热弃水温度高的问题、地热资源的多种功能不能全部发挥的问题等。通过科技创新，把跨学科，跨领域的技术相互结合，取长补短，实现突破。

  基本概念
  为了解决地热尾水排放温度高、资源利用率低与环境热污染问题，开发了地热资源梯级利用技术。地热梯级利用就是多级次地从地热水中提取热能，多层次地利用地热能。通常情况下，可以将地热能要供暖的总负荷分成高温供暖部分与低温供暖部分，先按照高温供暖设计方法提供一部分供暖负荷，然后按照低温供暖设计方法提供其余的供暖负荷。高温供暖部分一般可以采用管网方式，低温供暖部分可以采用地板辐射采暖和风机盘管。
  地热梯级利用工艺充分发挥了地板辐射采暖、地热热泵的优势。地板辐射式采暖与热泵技术，可以大大降低地热水的排放温度，从而提高热利用率，即地热水首先通过板式换热器换热，供管网系统采暖，再二次换热供地板辐射采暖系统（完全非金属系统也可直供），地辐射采暖系统下来的地热水再利用热泵技术提热或直接供热，或采用调峰。在这三个温降级次间，根据需要，拓宽生活洗浴、康乐理疗、矿泉水、花卉种植等项目，以减少这些配套项目所需要的资金投入和土地、能源、淡水资源的消耗，使地热水的多种功能得以发挥。在以供热为主要用途的系统，必须采取回灌开发方式，使当时不能完全消化的尾水重新回到热储层，经过地下的热交换，可以再开发出来更多的热能。所有这些都需要以科技为先导，创新为突破，解决系统功能实现的瓶颈问题，依靠科技进步提高地热资源利用的集约化水平。