维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第７期 ２００７年７月 煤气与热力 ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ Ｖ０１．２７ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２ｏｏ７ 以地热能及天然气作为冷热源能源的探讨 胡晓微 （天津商学院，天津３００１３４） 摘要： 介绍了天津地区地热水资源的储量及利用状况，分析了采用天然气作为冷热源能源 的可行性及所产生的效益。以天津市滨海新区某区域（拥有居住建筑、公共建筑）冷热源工程为研 究对象，探讨以地热能及天然气作为冷热源能源的经济性。公共建筑采用燃气直燃机作为冷热源， 居住建筑采用地热水供热，以燃气锅炉作为补充的方案经济性较优。 关键词：地热能； 天然气；冷热源 中图分类号：ＴＵ９９５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—４４１６（２００７）０７—００６６—０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ ａｓ Ｃｏｏｌ ａｎｄ Ｈｅａｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ ＨＵ Ｘｉａｏ．ｗｅｉ （Ｔｉａｎｉｎ Ｕｎｉｆｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｅ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ ｒｅｇｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ａｓ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｏｒ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｐｕｂｌｉｃ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｏｆ ａｎ ａｒｅａ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｂｉｎｈａｉ Ｎｅｗ Ａｒｅａ ａｓ ｓｔｕｄｙ ｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｈｅａｔ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ａｓ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｓ ｄｉｓ— ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｇａｓ ｄｉｒｅｃｔ—ｆｉｒｅｄ ｍａｃｈｉｎｅ ａｓ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｕｂｌｉｃ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ， ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｗａｔｅｒ ａｓ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｇａｓ—ｆｉｒｅｄ ｂｏｉｌｅｒ ａｓ ａ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｅｃｏｎｏｍｙ・ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙ； ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ； ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅｓ １天津地区地热水资源及利用状况 天津地区地热水资源分布于中心城区及周边地 区，埋深适中，温度适宜 Ｊ。远景储量为８ ４４６．１７ ｘ １０ ｍ ，远景可采储量为８５．４１×１０ ｍ ，远景年可采 储量为８ ５４１×１０ ｍ ／ａ。天津市每年利用地热水 华北油田和陕甘宁气田４个气源供应。至２００５年 底，向天津市的供应量约７×１０ ｍ ／ａ。随着上游气 田供应能力的增强和２００５年陕京二线天然气输气 管道的竣工投运，陕甘宁天然气向京津冀鲁等省市 的管道供应能力将达到１５０ ｘ １０ ｍ ／ａ，供气紧张的 局面已得到根本缓解。根据中石油公司与天津市签 署的供气协议，至２０１０年，陕甘宁气田向天津市的 天然气供应总量将达到１２×１０ ｍ ／ａ，稳定供应期 为１５年。为保证京津地区能源发展和安全供气需 要，经国家批准，中石油公司和中石化公司计 划分别在唐山曹妃甸和天津港南疆码头建设液化天 然气接收和供应基地。其中，唐山曹妃甸基地已开 始建设，计划规模为３００×１０ ｔ／ａ，将于２００８年竣工 供暖相当于替代原煤量为２１．５６×１０ ｔ／ａ，减少烟尘 排放量为１ ５５２ ｔ／ａ，减少二氧化硫排放量为６ ６５３ ｔ／ ａ，减少氮氧化物排放量为１ ９９６．３ ｔ／ａ，减少一氧化 碳排放量为１７．１４×１０ ｍ ／ａ。 ２以天然气作为冷热源能源的可行性 ①天然气气源供应现状及发展情况 目前，天津市的天然气由大港油田、渤海油田、 ・６６・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ 胡晓微：以地热能及天然气作为冷热源能源的探讨 第２７卷第７期 投运，建成后对天津市的天然气供应量为９×ｌＯ ｍ ／ａ。天津港南疆码头基地的建设已开展前期工 作，工程分两期进行，一期规模３００×ｌＯ ｔ／ａ，２０１０ 年后投产。至２０１０年，天津市天然气供应能力将超 过２１×ｌＯ ｎｌ ／ａ。 可利用热功率为１１ ３５０．９ ｋＷ，不足热功率为 ７ １９７．１ ｋＷ，可利用的余热功率为５ ０２４．２ ｋＷ。 表１冷热负荷计算结果 山．１ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｌｏａｄｓ 项目 单位面积热指标／（ｗ・ｍ ） 供暖热负荷／ｋｗ 单位面积冷指标／（ｗ・ｍ ） 空调冷负荷／ｋｗ 居住建筑 ４５ １５ ２８６．５ 公共建筑 ５５ ３ ２６１．５ １１６ ６ ８７８．８ ②天然气价格 ｎｌ ，商业、工业等用户的价格为 根据天津市物价局有关文件，目前民用天然气 的价格为２．２ ２．０～２．４ ｍ ，价格与天然气气源种类无关。对 用气规模大于３ ０００ ｍ ／ｄ的商业、工业用户实行梯 级价格，用气规模越大，价格越优惠，这也为采 用天然气供热供冷提供了优越条件。 ４．２冷热源方案 传统的冷热源设备一般采用热能或电能驱动。 在天然气供应充足的情况下，采用热能驱动的冷热 源设备可考虑燃气直燃机，可实现夏季制冷和冬季 供暖。对于有地热资源的工程，采用电能驱动的冷 热源设备可考虑水源热泵机组，由于该地区地热水 ３以天然气作为冷热源能源的效益 随着生活水平的不断提高，人们对电力需求也 在逐年增长。未来５年，为科学环保地削减用电高 峰，天津市将大力发展以天然气为能源的天然气空 调系统，力争在海河沿岸率先推广。目前，天津市采 用天然气供暖的居住建筑面积不超过ｌＯ０×ｌＯ ｍ ， 公共建筑采用天然气供暖已较普遍。 天然气空调不仅可以降低夏季电力高峰负荷， 还可改善城市大气环境。按规划，未来５年海河沿 岸大力推广天然气空调，将进一步扩大环保效益。 届时，新增的天然气空调使用面积达到１ ５００×ｌ０ ｍ ，高峰用电负荷将削减（４０～６０）×ｌ０ ｋＷ。除居 温度较高，水源热泵机组只能在冬季利用地热水余 热，夏季制冷还需设置冷却塔为水源热泵机组提供 冷却水。考虑到公共建筑的分散性及冷水进出口温 差很小而导致的输配系统管径过大，不适合采用集 中供冷。由于地热水的热功率不足，因此将地热水 全部用于居住建筑供暖。公共建筑与居住建筑在计 量和管理方面也有很大的区别，因此各个公共建筑 宜单独设置冷热源，居住建筑采用地热水集中供热。 拟采用的冷热源方案为： ①方案１ 公共建筑采用燃气直燃机夏季供冷、冬季供暖。 地热水全部用于居住建筑供暖，不足部分采用燃气 锅炉补充。 住建筑多采用天然气单纯供暖外，酒店、商场、写字 楼、机关办公楼等公共建筑在使用天然气供暖 的同时，也使用天然气制冷，这样可以平衡天然气冬 夏季用气峰谷差。 ４工程实例 ４．１工程概况 ②方案２ 公共建筑采用水源热泵机组夏季供冷、冬季供 暖，冬季与居住建筑供暖系统换热后的地热水经地 工程位于天津市滨海新区，规划用于建设生态 居住社区。从保护环境角度出发，冷热源应选择清 洁能源。工程所在区域地热资源较充足，但完全依 靠地热资源无法满足该区域的供热供冷需求，考虑 将天然气作为补充能源。该工程拟建居住建筑面积 为３３．９７×ｌ０ ｍ ，公共建筑面积为５．９３×ｌ０ ｍ ， 热水室外管网送至各公共建筑。居住建筑采用地热 水集中供暖，不足部分采用水源热泵机组补充，地热 水的余热优先用于公共建筑，其余部分用于居住建 筑，并采用燃气锅炉作为补充热源。 ③方案３ 公共建筑夏季采用螺杆冷水机组供冷，冬季采 用电热膜辐射供暖。居住建筑采用地热水集中供 暖，不足部分采用电热膜辐射供暖补充。 ４．３公共建筑冷热源方案对比 冷热负荷计算结果见表１ Ｅ２１。拟在该区域打取水 井、回灌井各一口。地热井的出水量为１６０ ｎｌ ／ｈ， 出水温度为９８℃。室内供暖系统采用地板辐射供 暖系统，供回水温度设为４５、３５℃，地热水与供暖系 统换热后温度降至３７℃，继续利用其余热后尾水温 度为ｌ０℃ 。经计算可得，在供暖工况下地热水 ・①系统造价 公共建筑３种冷热源方案的系统造价见表２。 ６７・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第７期 煤气与热力 ｗ、＾ ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ 表２公共建筑３种冷热源方案的系统造价 Ｔａｂ．２ Ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｓｔ ｏｆｔｈｒｅｅ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ８Ｏｌｌｒｅｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｐｕｂｌｉｃ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ 兀 表４居住建筑３种热源方案中补充热源的系统造价 Ｔａｂ．４ Ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｓｔ ｏｆ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌ ｈｅａｔ ＳＯＵｌＷ．￣ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｓｃｈｌ￣ｌｌｅｓｆｏｒ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉｌ ｂｕｉａｌｄｉｎｇｓ 兀 项目 方案１ 方案２ 方案３ 项目 燃气锅炉造价 方案１ 方案２ ３００．０×１０ 方案３ 燃气直燃机造价 ４８０．０×１０ 水源热泵机组造价 螺杆冷水机组造价 电热膜造价 ８０．０×１０ ２０．０×１０ ６００．０×１０ ４８０．０×１０ ３２８．０×１０ 水源热泵机组造价 电热膜造价 ４０８．０×１０ 室内供暖系统造价 ４５０．０×１０ ４５０．０×１０ 燃气工程及增容费 ６４．０×１０ １８．０×１０ 电力工程及增容费 １５．０×１０ ２２８．０×１０ ９３０．０×１０ 地热水室外管网造价 １２０．０×１０ 燃气工程及增容费 ８８．０×１０ 电力工程及增容费 １８２．４×１０ ７２９．６×１０ ７２９．６×１０ 系统造价 ７５０．４×１０ １ ４４９．６×１０４ １ ５３７．６×１０４ 系统造价 ６０９．０×１０ １ ０１６．０×１０ １ ３３８．０×１０ ②年运行费用 表５居住建筑３种热源方案的年运行费用 Ｔａｂ．５ Ａｎｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｒ ｒｅｓｉｄｅｎｔｆｉｌ ｂｕｉｌａｉｎｇｓ ｄ商业电价取平峰电价的平均值，为０．８１７ （ｋＷ・ｈ）。天然气价格按２．０ ｍ 计，低热值为 ３５．６ ＭＪ／ｍ 。冬夏季运行时间分别按１２０ ｄ计，每 天运行１２ ｈ，使用系数取０．６。公共建筑３种冷热 源方案的年运行费用见表３。 表３公共建筑３种冷热源方案的年运行费用 Ｔａｂ．３ Ａｎｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｏｆｔｈｒｅｅ ｃｏｏｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ＳＯｌｌｌｔ￣ｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｐｕｂｌｉｃ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ 项目 用电负荷／ｋＷ 方案１ ４ ６方案２ １ ０００ 方案３ ４ ０８０ 小时用气量／（ｍ ・ｈ ） ４９０ ２４４ 年运行费用／（元－ａ ） １７８．０×１０ ２２６．０×１０ ３１７．０×１０ 取３种方案的经济寿命为１５ ａ，经计算可得，３ 种方案在经济寿命中的总费用额分别为３ ２７９．０× ｌ０ 、４ ４０６．０×１０ 、６ ０９３．０×１０ 元。 项目 方案１ 方案２ 方案３ 夏季用电负荷／ｋｗ 冬季用电负￣ｊ：／ｋＷ ６４０ ２０ｏ ２ ４００ ７９０ ２ ４００ ３ ２８０ ４．５比较结果 在目前的和经济条件下，应尽量利用地热 资源为主。从上述３种方案的系统造价及年运行费 用比较分析可知，方案１的经济性最优。随着天然 夏季小时用气量／ｍ・ｈ ） ５８０ 冬季小时用气量／（ｍ３・ｈ ： ３５０ 年运行费用／（元・ａ ） ２２０．０×１０４ ２２５．０×ｌＯ４ ４Ｏ１．ｏ×１０４ 气使用量的增大，还可享受到一定的价格优惠，更重 要的是环保效益非常显著。 参考文献： ［１］ 马凤如，林黎，王颖萍，等．天津地热资源现状与可持 续性开发利用问题［Ｊ］．地质调查与研究，２００５，２９ （３）：２２２—２２８． 取３种方案的经济寿命为１５ ａ，经计算可得，３ 种方案在经济寿命中的总费用额分别为４ ０５０．４× ｌ０ 、４ ８２４．６×１０ 、７ ５５２．６×１０ 元。 ４．４居住建筑热源方案对比 ①系统造价 由于居住建筑的３种热源方案均以地热水集中 供暖为主，因此这里只比较３种热源方案中补充热 源的系统造价。居住建筑３种热源方案中补充热源 的系统造价见表４。 ［２］陆耀庆．实用供热空调设计手册［Ｍ］．北京：中国建 筑工业出版社，１９９５． ［３］陆亚俊．暖通空调［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， ２０Ｏ２ ②０．４５ 年运行费用 （ｋＷ・ｈ），民用电价为 （ｋＷ・ｈ）。天然气价格按２．０ Ｙｒ＿／ｍ 计， 商业电价为０．８１７ 作者简介：胡晓微（１９６９一 ）， 女，浙江金华人， 高级工程师， 硕士， 主要从事清洁能源利 低热值为３５．６ ＭＪ／ｍ 。冬季运行时间按１２０ ｄ计， 每天运行１２ ｈ，使用系数取０．６。居住建筑３种热 用与建筑节能、制冷与热泵技术的研究。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｘｗ２００５＠１２６．ｃｏｍ ＿源方案的年运行费用见表５。方案１、２以商业电价 计算年运行费用，方案３以民用电价计算。 ・收稿日期：２００７一Ｏ１—２２；修回日期：２００７—０４—１２ ６８・
