
在陸特能源·2014第六屆中國地源熱泵行業(yè)高層論壇上發(fā)言
兩天的會議,我感到很有啟發(fā),地源熱泵非常重要。我講的也是大體這么幾個結構,一個是我們能源形勢,一個是時間有限,形勢非常嚴峻。我們國家經(jīng)常說我們是缺油少氣多煤,實際上煤在我們國家據(jù)說也就幾十年的開采能力了。實際上還有200年左右。但是我們國家昨天有專家說過了,我們超強度開采,所以煤礦也是在可預見的將來越來越少了。這個就是我們國家電力裝機容量的變化,這個速度是非??斓?,從遠的我們不用說了。
實際上是在1987年我們是1億千瓦,到了1997年是兩億千瓦,接近2000年是3億千瓦,到了2013年是12.5億千瓦,每年是10%幾的速度在發(fā)展,實際上也是經(jīng)濟告訴發(fā)展的需要,現(xiàn)代化的標準。這意味著我們一個中國人是1千瓦。四方國家在數(shù)個千瓦到十個千瓦,但是總量我們是最高的,最簡單的說法,就是80年我們是6億噸,2000年是13億噸,建設小康社會,經(jīng)濟翻兩番,能源翻一番。在2001年召開了國家的會議上,確定在2020年我們經(jīng)濟再翻兩番,能源再翻一番,這個2007年就達到了,提前了13年?,F(xiàn)在是36.2億噸,這個造成了巨大的環(huán)境問題。我們一直是以煤炭為主,按照電的讀書來說是80%,其中還有水利天然氣都占的比重不高。最典型的是霧霾,到冬天由于大量的煤炭燃燒還是很嚴重的。
PM2.5對人體是可吸入,吸進去出不來了,隨著年紀的增加對身體有害的東西多。以北歐德國瑞典那些國家的辦事處,他們派出人來,說我不去北京工作,給多少錢也不去,身體第一。所以現(xiàn)在治理PM2.5是國家大事,而且PM2.5的污染源肯定是和現(xiàn)代化密切相關,這個霾在中國的甲骨文就有,霾就是非水蒸氣的顆粒物,古人還是有一個區(qū)別,唐詩三百首中有十幾個是有這個字的,那個時候霾主要是自然界,大漠孤煙直,像這樣都是戰(zhàn)火風暴造成的,現(xiàn)在都是人工污染。當然對于油品的改善,工程楊灰等等,都有一系列的措施。但是鍋爐由小變大,從分散變集中,可以消滅大的顆粒物,過去我們叫P10,但是PM2.5對于一般中小型鍋爐就是集中采暖的鍋爐都沒有治理?,F(xiàn)在對于電廠現(xiàn)在能做到的,盡量做到達到排放標準,這個一些說法,大家可能很熟悉,河北省我們京津冀,這個是全國污染的重點,11個城市排在污染最重的前20位,其中7個城市排在前10位,這個京津冀的治理污染的任務的非常重,當?shù)氐墓賳T就提出來了“沿途冒煙,人頭落地”這個就下了狠心了,這些得有具體瑣事,由于燃煤造成了很多人的過早死亡。
那么再一個要點就是區(qū)域能源站,這個實際上是在城市中集中供暖供冷,或則是供燃氣這樣的一個戰(zhàn)略的統(tǒng)稱,給主機學校機關提供各種能源的服務,原來這些是分屬不同的部門,現(xiàn)在開始集中起來。這里邊冷熱供應,地源熱泵就起到了重要的作用。尤其在北方,這個能源站主要來自于熱泵或者是天然氣,現(xiàn)在大城市時間煤改燃,設備容量較大,有規(guī)模效益,較少占地面積,而且充分利用可再生能源,根據(jù)建筑物的需求不同,因為這個機關學校對這個需求是有周期波動的,這個就使得設備的離機率提高,但是這些能源站都是現(xiàn)代化管理,需要大量的投資。
水地源熱泵尤其是在北方,它實際上是大型熱泵的一個基礎,因為北方空氣源肯定不太合適。但是要做到規(guī)模大,都是大規(guī)模,實際上中國的地源熱泵是領先世界的。我們的面積規(guī)模,國外是望塵莫及。我們動不動就是上百萬平米的規(guī)模,這個國外沒有相關的政策法規(guī),所以我們有些地源熱泵的法規(guī)要是從國外直接引進必須通過中國國情進行適當?shù)母膶?,否則的話就會有問題。這里北方的能源成本供大家參考,這個居民生活用電供暖費每平方25元,公共建筑36以平米,而且是以高度3米3為計算,供冷費一般是45,酒店60,因為酒店要求的是24小時。
能源的原理就簡單說一說,原來我們供冷供熱不同的需求都有單獨的設備,現(xiàn)在一個能源站可以分別把冷熱兼顧再加供熱水,就是這樣把三分供變成三聯(lián)供,這個肯定可以充分提高,一個熱回收的,還有一個可再生能力,那么制冷熱泵的原理就不講了,接下來只強調(diào)一個,熱泵的系數(shù)大家都知道,根據(jù)電廠加上發(fā)電輸電的綜合效率,我們可以先設30%,現(xiàn)在可能在提高。鍋爐效率是45%,但是有90%的,我們主要是燒煤,75%,熱泵的COP要大于2.5,所以熱泵節(jié)能是完全可能的。
熱泵是可再生能源的采掘機械。這里可利用的,其實在我們正常的供熱中,或者是能量中,占的非常之小,我們不管是從所有的能量,我們百分之多少是油,這些都是1%都不到,但是我們用熱泵來開采就會提高了?,F(xiàn)在我們用熱泵可以把空氣中的低品位能源,水、地下水的低品位能源?,F(xiàn)在習近平主席提出來中國要進行能源生產(chǎn)的革命,這個熱泵是一個主力軍。所以熱泵還是一個最好的能源方式,它有環(huán)保意義。還有電能中它是可再生的,電能可以長具體輸送,這個輸送我們國家已經(jīng)解決了超高壓輸電問題,這樣在數(shù)千公里的輸送中,損失不會超過10%,因為電能是有能量沒有質(zhì)量的物質(zhì),它的質(zhì)量非常的小,它在導線中以光速來流動,它消耗的就是電阻熱,所以立即這個原理,可以把電能從很遠的地方送到大城市用電的,送到千家萬戶,如果我們輸送其他的不管是煤天然氣都要通過運輸管道,還有很多的次生的污染和災害,所以熱泵是一個非常好的方式。
國際上的能源站,發(fā)達國家是帶頭,據(jù)統(tǒng)計有1萬多5個供熱供冷的能源站,日本因為寸土寸金,所以必須集中管理,這個是他們的一個特色,美國也有超過6000個區(qū)域供暖的。
我們國家近年來不管是廣州大學生天津市,等等紛紛建立能源站,所以這個概念大家都認可。武漢東湖賓館搞得不錯,把原來的供熱水和冷的制冷機,都淘汰了,然后用空氣源熱泵,這樣來解決供冷供熱和熱水供應。天津市能源站2014年要建11個能源站,我們天津市的設計院的總工可能也在那個時候,也在做這個經(jīng)驗,而且在天津香格里拉召開全國暖通會議,就要參觀這些能源站的建設,有興趣的同志可以去看。
下面重點講講解放南路的,其他的包括我們天津大學新小區(qū)也有,這里面的中心設備就是地源熱泵,天津市解放南路還有一個特色,他是用3500米的地源井,天津大學這個是20米的學生宿舍,都用地源熱泵?,F(xiàn)在是向這個煤改燃邁步,燃煤鍋爐因污染環(huán)境逐步推出,部分進行煤改燃,從陜北的到曹妃甸的,中海油的從幾億方到幾十億方來自不易,我們天然氣的產(chǎn)量和進口量,到2019年中國整體天然氣需求為3150億立方,本土開采量達1930億立方米,其他的為進口,我們和俄羅斯簽訂30年的供氣合同,還得我們先給錢,是我們先墊資運行,但是邊境上3塊4,到大城市,到江南4塊錢打住了。那么所有這個三千億立方,有的說5千億,不可能發(fā)展太快。只夠像天津北京這樣的大城市,所以要管理上改善,還得靠地源熱泵,因為中國的特色是煤,這個是天津市一號能源站的標準,這個地熱水的調(diào)控是93度,水質(zhì)怎么樣還不太了解,現(xiàn)在都在招標中,但是節(jié)能環(huán)保效應非常的好。他的電從陜北供過來的,但是電廠有嚴格的排放標準,這個有是說我們對我們熱泵最好的一個原因。
地源熱泵系統(tǒng)大家都很熟悉,地下和地上供暖。還有地熱水也不是光調(diào)調(diào)風,要經(jīng)過二次利用,再經(jīng)過水源熱泵,最后變成十來度再回灌回去。最后是解放南路這個地,也不是一個能源站,這個一號能源站是其中之一。這個天津市文化中心今年開會的時候你們大家去參觀,這個是天津的一個標志建筑,下面是用的離心機技術,都是幾千千瓦一臺的。周邊都是自然博物館、美術館、圖書館、大劇院等等。但是地源熱泵是在一個生態(tài)湖,17萬平米的生態(tài)湖,這個就是一個景觀,在湖底打了3780個井孔,雙U,120米,間隔5米,這個PPT大家都可以拷,宣傳這些工作我們有責任。這個能源站還是很成功的,這個地方一去,因為面積很開拓,因為我去了我覺得我到了歐洲了,很有標志性的結構。
最后還有一個關于地源熱泵的質(zhì)量是生命的一小段,再占用大家?guī)追昼姷臅r間。這個方面,天津在02年開始建設第一個地源熱泵,到現(xiàn)在有12年歷史,還在正常運行,因為是樣板工程,質(zhì)量非常好。后來發(fā)生了粗制濫造,有的打井報廢了百分之六七十。以后發(fā)現(xiàn)運行五年的都還出問題了,最長的運行了七年,地下漏水,什么原因,所以我們要搞研究,就天津成立了地源熱泵專業(yè)委員會。
這個天津大學有地源熱泵的研究中心,主要的研究課題,中國的水地源熱泵產(chǎn)品能效標準,節(jié)能原理和基礎數(shù)據(jù)、熱力學循環(huán)完善度的研究。我有一本書,大家在網(wǎng)上可以找到,根據(jù)這個溫度來計算,平均溫度來計算,就是完善度是0.5,這樣可以來評估熱泵的先進性。比較差的是,5級的,5級能效,現(xiàn)在很三級了,現(xiàn)在是0.3,30%的完善度,再好的有到0.6的。第二個任務熱泵的冬夏工況的一致性研究,地板采暖,這樣可以和冷水機組對應起來。否則我要單獨選熱泵型的機組。未來我們通過建筑保溫加強,地板采暖的應用,我們可以把冷水機組直接變成熱泵,這個可以減少設備的復雜性,而且到夏天換成冷水,因為是高壓的,不管是離心機還是螺桿機都降低不了。這個降壓縮比夏天的制冷行會受影響。熱泵的供值,我們從2013年2014年開始,對于大企業(yè)都有定量每年要消減6.7%。開始用其他的供值,現(xiàn)在有32,或者是410,134A,這現(xiàn)在二氧化碳要逐漸走向歷史舞臺,現(xiàn)在小型的開始用,以后也向中型的大型發(fā)展。還有地下熱水資源保護及回灌技術,這個很重要,從上個世紀七八十年代以來,過量開采地下熱水,根本不給政府打招呼的,就先在那兒蓋一個房子,打完井,安上泵就供熱了,這樣造成無序的開采現(xiàn)在已經(jīng)有三分之一和二分之一的地熱水消失了。地下埋管系統(tǒng)的可靠性,失效的原因等。
對深層地熱的認識,深層地熱天津大學有一個研究中心,當時國家科委建立的,深層我們一般指一千米一下,是地球內(nèi)部熱量發(fā)散而形成的,但是地下熱量是取之不盡的,地下熱水大約占土壤體積的2%,大部分是封存水,水是不可再生,只取不灌很快就會枯竭。我們有時候經(jīng)常說新西蘭或者是冰島的地熱如果如果的好,冰島的90%的發(fā)電都來自于地熱,它的地熱水是火山口上的冰川提供的,這個冰川非常的干凈,現(xiàn)在冰島的火山正在爆發(fā),他的火山就噴不出來,可能有上千米的冰山在上面。前幾年噴過一次,這種情況下水非常的好,可以直接引用的。但是中國的地下水一個是封存水,第二個是長期的礦化,水質(zhì)非常不好,我們中國特色比較嚴峻。
如果島了三千米,鉆井、抽水和回灌成本非常的高,水質(zhì)也越差,要用好的換熱器,要克服各種水垢,我們國家的大部分開采的都是在90度以下,雖然我們現(xiàn)在都有地熱發(fā)熱,這個遼寧省、山東的等等十幾個地熱點,高的90幾度,低的五六十度,這個電量是得不償失的。這個水垢非常的嚴重。淺層地熱資源的認識,一般是250米以上,這塊的水我們國家的水資源非常的嚴峻,一般不允許開發(fā),開發(fā)的話也會禁止,250米以上,這個不是開水,由于地熱內(nèi)部的熱量產(chǎn)生和平衡力,這里面有一定的能量,地熱每平米散發(fā)的瓦數(shù),只不過就在一兩瓦,地熱有多少,地球的保溫還是相當好的。這么多年內(nèi)部有熱源,地心內(nèi)部的問題和太陽表面差不多,但是地表就一層一層就給保護住了。
地源熱泵特點就是在冬天和夏天輪流對地下土壤取熱和加熱,是地下蓄熱的過程。你面積越大越取之不盡用之不竭。但是這個埋管的地方,如果只用于冬季供熱,大面積的地源熱泵,正常工作不超過5年。這是我的博士生做的一些模擬,因為現(xiàn)在實際上有測試出去,如果單供暖5年10年基本上是上升到這個不可再單供熱的,不可再開采了。單季運行,冬季吸熱5年之后土壤溫度場(同音)這個里面就是溫度的換熱已經(jīng)很差了。
再一個是施工質(zhì)量,大家都知道,質(zhì)量不好的話就會出問題,這里面再提示一下,我們現(xiàn)在的質(zhì)量比以前好多了,但是焊接質(zhì)量,不要以為打壓了就可靠了,這個下面有一個100米長PE管要變40厘米左右,這個里面如果回填之后,這個頭部給土壤逮住了,冷縮之后,就會把所有的熱冷或者是電熱的口給拉開,這個地表面我們是有這樣的案例,地下的誰也不好去看,這個肯定是。為什么有運行5年,最長運行7年了也發(fā)生大面積漏水,是因為回填不好,來回五六次就不行了。還有一個打井的垂直度也很重要現(xiàn)在打井都是低成本,問題不大,大概有點年紀的人知道,六十年代那個王鐵人,他那個石油井有半度的偏差就廢了。我們這個100米的,或者120米的,當井間距為5度,旁邊是斜的,就偏離2米兩米,2.5米的傾斜度就會從一個井跑到另外一個井去,我們的成井率是1%到3%,就是你打井的時候可能把旁邊埋的管子給打出來了,就是每一個井都不是正的,大部分都是斜的現(xiàn)在大學都是按這個算,平行的,實際上它是東倒西歪的,只要是沒有碰到別的井,換熱,兩個井擠到一塊兒,所以你的換熱量大大下降。這個是標準的雙井,還是換熱均勻的,那么它的吸熱量在中心吸。
這個是關于變形,這個是我算的,要把100米的塑料管拉長40厘米,要拉多少。我們的高鐵,過去12米長一根軌,現(xiàn)在從北京到上海,可能出來就是一根鐵軌,怎么辦,他那個用枕木和道釘給他牢牢的釘在地上,過去的鋼鐵達不到,現(xiàn)在的鋼鐵專門有高鐵的鐵軌。所以我們地埋管也是這樣,會拉斷,就是在焊口的地方和接口的地方。再有建筑物沉降對地源熱泵影響也不可忽視,我們有5年的都出問題了。建筑物在20年之后,要下降5到20厘米。這個埋管給切斷,還有其他的各種原因。所以剛才講的天津文化廣場,那個不搞二次建設的地方。
今天先把這些問題給大家提出來討論,謝謝大家!
