2017年创新应用奖

上海中金能源-天津卓朗科技园能源站

申报单位

案例工程名称

所在城市

技术或产品名称

上海中金能源投资有限公司

天津卓朗科技园能源站

天津

中深层地热井内换热供热技术

一、项目概况

天津卓朗科技园位于天津红桥区湘潭道1号，紧邻京沪高铁天津西站，占地1.8万平方米，总建筑面积5.3万平方米，被评为天津市红桥区“十大产业园区”，建设单位为天津卓朗科技有限公司。卓朗科技园能源站为园区办公建筑提供集中供热及供冷服务，总供能面积33160平方米。卓朗科技园能源站由上海中金能源投资有限公司采用BOT模式建设运营，2016年11月份建成并投入运行，运营服务期二十年。

卓朗科技园能源站是我国华北地区首个成功应用中深层地热井内换热供热技术的项目，真正以“只取热、不取水”方式实现了中深层地热能的高效开发应用。

卓朗科技园能源站项目信息表

项目名称	天津卓朗科技园能源站
项目地址	天津市红桥区湘潭道1号
商务模式	BOT（投资运营托管）
运营服务期	20年
供能面积	33160平方米
采用技术	中深层地热井内换热供热技术
钻井数量	2口，单井深度平均约2800米
项目建设期	2016年5月~11月

二、中深层地热井内换热供热技术原理及核心创新点

1、技术原理

中深层地热井内换热供热技术由上海中金能源投资有限公司自主研发并成功应用，技术原理：

中深层地热井内换热供热技术是指通过钻机向地下2000-3000米钻孔至70~120℃高温岩层，在钻孔中安装换热装置，通过换热器内工质的循环实现井内换热，将地下深处的热能导出，并通过专用高温热泵机组向地面建筑物供热的一种清洁能源供热新技术。2、中深层地热井内换热供热技术核心创新点：

（1） 国内领先的中深层地热井换热特性和数值模拟研究，填补了该领域国内理论研究和数值模拟的空白。

ü 快速进行取热性能模拟、换热结构设计及优化、地热钻井经济性评估等；

ü 根据实际运行数据不断优化数值模型，平均计算误差小于10%；

ü 不断积累的全国中深层地热地质资料数据库，为应用推广提供支撑。

（2） 先进的内管材料和成熟的下管工艺

ü 内管具有低导热系数、高拉伸强度和高耐温性能的特点，可长期应用于最高120℃的高温地层；

ü 成熟的内管下管工艺设计、工装设备和配套管件，保障内管的安全、高效施工。

（3） 强化换热技术，更高的出水温度和取热量

ü 独有的井底段强化换热结构，强化井底换热效果；

ü 固井水泥添加强化换热材料，有效提升全井导热性能及固井强度。

（4） 热泵取热系统和高温热源热泵机组的开发，超高的能效比

ü 更宽广的热源进水温度范围：45-15℃；

ü 更高的供热效率，热泵机组名义工况供热效率超过7.5，系统供热效率超过6.0。

 

 

三、中深层地热井内换热供热技术应用优点及经济性比较

1、中深层地热井内换热供热技术应用优点：

中深层地热井井内换热供热技术实际应用的优点主要体现在节能环保、应用灵活、安全可靠三个方面。

（1） 节能环保：只取热、不取水，保护中深层地下水资源；无废气、废液、废渣等任何排放；超高供热能效比，系统供热能效可达6.0；单井供热能力大，可提供400-800kW供热量，可供热面积约1-2万平方米。

（2） 应用灵活：不受气象条件、地理位置、热水资源等限制；热源井设计布置简单；单个项目钻井数量少，间距大于10米即可，占地面积少，不受场地限制；

（3） 安全可靠：地下换热器采用石油钻井专用特种钢材制造，耐腐蚀、耐高温、耐高压，保证地热井寿命与建筑寿命相当（50年以上）；地下部分无任何转动部件，不会发生安全故障，无须维护工作；孔径小（约200mm），对周边建筑物无影响。

2、中深层地热井内换热供热技术与传统集中式供热方式经济性比较

中深层地热井内换热供热技术分别于地源热泵、市政燃气供热方式相比，采暖季运行能耗费用减少50%，减少二氧化碳排放量50%以上。三、示范项目实际运行效果及第三方检测

卓朗科技园能源站于2016年11月建成并投入运行，根据第一个完整采暖期的实际运行能耗数据统计，本项目采用中深层地热井内换热供热技术，系统运行稳定，单位面积实际供热能耗为12.3kWh/（㎡·a），节能效果明显。

2017年3月2日至4日，清华大学建筑环境监测中心对卓朗科技园能源站中深层地热井内换热供热系统进行第三方现场测试评估。

第三方测试结果：卓朗科技园能源站中深层地热井内换热供热系统综合供热能效6.04，热泵主机制热能效7.16。达到了国内先进水平。四、国内权威专家论证

天津卓朗科技园能源站是我国华北地区应用中深层地热井内换热供热技术的首个示范项目，得到了政府相关部门的高度重视。

2017年4月13日至4月14日，天津市国土资源和房屋管理局组织权威专家，对上海中金能源投资有限公司研发的“中深层地热井内换热供热技术”召开了专家论证会。专家组成员有：中国工程院院士、国家地热能中心主任曹耀峰（组长）；中国工程院院士多吉；国务院资深参事王秉忱；中国地调局地热中心副主任王贵玲；中国矿联地热专委会副主任宾德智、秘书长石小林；天津市地矿局发展处处长孙宝成；天津地热院长林黎；天津大学地热中心主任朱家玲；河北省煤田地质局水文地质队总工程师李学文。

同时参加专家论证会的还有天津市国土资源和房屋管理局副巡视员王德铭，天津市国土资源和房屋管理局督查室主任侯福志等领导。与会专家参观了能源站机房及热源井的现场，听取了全面细致的技术汇报，并经过充分的研讨交流，专家组评审意见如下：

1、该项技术采用了深井换热特性数值模拟、中深层岩层孔内强化换热、专用高温热泵系统，“取热不取水”原理及工艺可行，节能环保、可靠、应用灵活，具有创新性，具有一定的示范性。

2、天津卓朗科技园能源站作为华北地区首个成功应用中深层地热井内换热供热技术的项目，经过一个采暖季的实践检验，表明该项技术具有一定的可行性和推广性。运行效果经第三方机构现场实测后得出，中金能源所研发的“中深层地热井内换热供热技术”相关技术已在国内处于领先地位。

3、该技术在天津地区的创新性应用为北方清洁能源供热市场树立了一个很好的示范，在地热资源及政策条件适宜地区具备推广价值。