长三角地区地热利用创新技术应用进展 科技导报

  介绍了含水层储能技术、江水源热泵技术、冰源热泵技术、浅层渗滤海水源热泵技术、地源热泵综合能源技术和地热综合梯级利用技术等浅层地热和中深层地热利用创新技术的基本工作原理。通过调研这些技术在长三角地区的应用案例，分析了其技术先进性、经济性以及要解决的主要问题。

  长江三角洲地区位于中国长江的下游地区，濒临黄海与东海，区域内河川纵横，湖荡棋布，是中国河网密度最高的区域。长三角的亚热带气候特征使其既有夏天的制冷需求，也有冬天的供暖需求，但冬天供暖强度低于严寒和寒冷地区，夏天的制冷强度又低于夏热冬暖地区。正是由于看似需求并不强烈，中国长久以来并没有将集中供暖系统作为必要市政设施在长三角地区来投资建设。相对于北方，长三角地区的湿度较大，在相同气温下，冬季体感温度较低，觉得“湿冷”，夏季体感温度比较高，觉得“闷热”。所以，随人民群众生活水平的逐步的提升，长三角地区对集中供暖和制冷的需求日益强烈。在中国追求尽快实现“碳达峰、碳中和”目标的背景下，长三角地区作为中国经济最发达、环保意识最强、创新水平最高的区域之一，扩大利用清洁的可再次生产的能源为建筑供暖制冷是必然选择。

  目前，可利用的可再次生产的能源主要有风能、太阳能、水能、生物质能、海洋能、地热能等非化石能源。其中，风能、水能、生物质能、海洋能大多数都用在发电，而直接用于供暖或制冷的一般以太阳能、地热能为主。相对于太阳能天然的不稳定性，地热能依靠其庞大的地下热储能轻松实现在一定条件下的热能稳定输出，其稳定性使得地热利用设备工作效率和投资回报都能够获得保证。另外，地热空调设备一般只有热传递或冷热转换过程，其能量转化效率远大于新能源发电装置。中国的地热直接利用规模早已居世界首位，称得上世界地热利用大国。2020年，全国地热供暖面积大致在14亿m2，其中水热型中深层供暖面积为5.8亿m2、浅层供暖面积为8.2亿m2。按相关规划，到2035年，地热供暖（制冷）面积将达到42亿m2。虽然中国地热供暖规模庞大，但大多数集中于北方地区，处于东南部的长三角地区最近几年才开始加大地热利用的推广力度。尽管起步较晚，但在技术上长三角地区却有后发优势，目前中国在地热开发上的创新技术大多在该地区首先得到推广应用。

  地下储能分为含水层储能（ATES）和钻孔式储能（BTES）。前者主要是利用地下水作为储热媒介，而后者主要是利用土壤作为储热媒介。因为水的热容量远大于土壤，所以ATES单位储热量的成本最低，最有经济性。与已广泛推广应用的BTES技术相比，中国的ATES技术刚刚才开始起步，目前全国只有不超过10个应用案例。长三角地区是中国地下水资源最为丰富的地域之一，具有实施含水层储能技术的天然优势。

  含水层常指土壤通气层以下的饱和层，其介质孔隙完全充满水分。根据距离地表深度不同，处于近地表含水层为潜水含水层，处于地下深处含水层为承压含水层。承压含水层的水温几乎不受外因的影响，是一个恒温带，具备比较好的储能效果。因此，含水层储能主要是指承压含水层的蓄冷蓄热。含水层储能的原理如图1所示。在供暖季，从“热井”抽出高温地下水经过热泵蒸发器，被热泵工质吸取热量后温度降低，并回灌至“冷井”。在整个供暖季，“热井”周边的热水体由大变小，而“冷井”周边的冷水体由小变大。而到了空调季，从“冷井”抽出冷的地下水（供暖季回灌至“冷井”的冷水），经过换热器或制冷机组向建筑供冷，释放冷量（吸热）后的地下水升温并回灌至“热井”。在空调季，“冷井”周边的冷水体由大变小，而“热井”周边的热水体由小变大。全年来看，含水层的地下水放热、吸热过程周而复始，实现了“冬冷夏用”“夏热冬用”的跨季节储能。地下储能的冷热水体温度场变动情况如图2所示。

  含水层储能技术起步于中国。1966年，上海就已经通过回灌来进行地下水位下降的控制和改善，134口井同时回灌使地下水位升高10m。欧洲最先开始大规模应用实施含水层储能，其中荷兰是推广得最为成功的国家。近几十年来，该技术已应用到荷兰的农业、房地产开发、公共建筑等诸多领域。最近几年，含水层储能技术在中国再次得到重视。据不完全统计，2013—2022年，该技术已成功地应用于上海、襄阳、西安、涿州、南通等5个城市的12个工程建设项目中。2013年，在上海的国家设施农业工程技术研究中心崇明农业示范基地开展了含水层储能技术的实施。该项目是国内首个将含水层储能技术国产化的成功案例，并且在荷兰含水层储能实施经验基础上有了新的技术突破，为该技术在国内的推广提供了理论和实践依据。该项目总系统包括含水层储能系统（热水井和冷水井配对使用）、地下水换热系统（高效板式换热器）、热泵机组、末端系统（温室加热管道和空气处理机组）和蓄能系统（蓄热罐和蓄冷罐配对使用）。蓄冷罐温度为热泵机组蒸发端运行温度，蓄热罐温度为热泵机组冷凝端运行温度。含水层储能热泵系统可连续满负荷运行，功率不因温室冷热负荷的变化而变化，能效系数（COP）可维持在4.5左右。上海第二含水层地下水初始温度为20℃，通过提取热水井的热量，将蓄冷罐中5℃的冷水加热到16℃。通过一个冬季的运行，冷水井温度可从19℃降为10℃。夏季则相反，在取用冷水的同时，热水被回灌到热水井中，使热水井温度达到23℃。夏季可直接取用10℃冷水进行温室降温，冬季因热水温度提高而提高了热泵效率，并通过变频技术节约运行电耗成本，系统实景如图3所示。

  该系统在2014年上半年进行了运行测试。2014年1月23日至5月21日，热泵机组产热量573218kWh，制冷量442438kWh，加热工况COP平均为4.25，制冷工况COP平均为3.28。热水井抽水流量为80m3/h，共抽水24850.8m3，100%实现回灌。抽水温度在20℃左右，回灌温度在7℃左右。整个热泵系统（含各种泵）共用电146055kWh，按综合电价0.633元/kWh计算，电费总计92453元。该储能系统的能源成本分别为燃煤、燃气、燃油的94%、38%和25%。

  为了防止地面沉降和减少地下水资源浪费，地下水完全回灌是含水层储能技术应用的前提。这需要在工程地质方面有先进合理的技术保障。例如，同层抽灌可以有效的预防浅层地下水的污染向深层扩散。对于采用多层含水层的同井抽灌系统，一定要进行严格的水文化学分析。在地下水全面回灌和系统密封情况下，地面污染物难以侵入地下，而且地下水处于厌氧状态，当地下水回灌温度不高于25℃时，对地质环境的影响是轻微的。高温含水层储能对提高供热能效具备极其重大意义。

  近年来，中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和团队在深层含水层地下储热技术探讨研究方面取得了重大进展，已从理论模型研究进入到研发技术阶段。目前，该团队利用雄安新区容城县领秀城供热站地热井，已完成不同储热、供暖运行模式的长、短周期现场试验。实验结果为，该井的储热效率＞80%，可为28万m2民用建筑提供100%可再次生产的能源供暖。

  江水源热泵是一种利用江水为冷热源的地表水源热泵形式。 与空气温度相比，江水温度一年四季的波动不大，相对来说比较稳定。夏季时，江水温度不高于空气温度，而冬季时江水温度则高于空气温度。因此，利用江水作为冷热源的热泵可以在夏季制冷、冬季供暖时获得较高的能效比。江水源热泵工艺流程如图4所示。取水口在上游放置，排水口在下游放置，两者间隔尽量长的距离，并有一定深度差。 经过一定的水处理后，取水泵站将江水引入热泵机组。在夏天空调季时，江水与热泵冷凝器换热，带走热量后升温，并通过排水口排入江河。在冬天供 暖季时，江水与热泵蒸发器换热，输出热量后降温并排出。中国长江中下游地区江水资源丰富，沿江城市经济发达，空调负荷大、增长速度快，推广江水源热泵潜力巨大。

  由于江水源热泵在长江流域越来越受重视，近年来，沿江城市建设了很多江水源热泵项目，其中，比较有代表性的是南京鼓楼高新技术产业园区区域供冷供热项目。该项目规划服务南京鼓楼高新技术产业园区面积为8.75km2，可为1500万m2建筑提供空调与供暖，计划共建设7座能源站和1座江水取水泵站。项目全部建成后，其经济社会效益显著。

  目前，项目6号能源站和7号能源站一期工程已经投运，新区市民中心、服贸大厦2处已率先使用江水源热泵。6号能源站为地下结构，地下一层，局部夹层，占地面积约5830m2，总建筑面积约7200m2，最大供冷能力122MW。数据统计显示，采用江水源热泵的新区市民中心，从2020年开始使用至2022年6月底，比常规空调节约用电量58.8万kWh，累计节约标煤455t，减少二氧化碳排放1376t，新区市民中心慢慢的变成了南京应用可再次生产的能源的绿色建筑典范工程。

  在环保方面，因为江水在该水域流量较大，空调排热量可以被大量江水迅速带走，对江水温度的影响很小。而且江水源热泵一般都深取浅排，鱼类的自由游动使其对温排水造成的羽状热流有很强的回避能力，因此江水源热泵导致的有限温升对水生生态环境的影响可以忽略。

  与其他以水为冷热源的热泵相比，江水源热泵具有水源热泵的一般特征，其技术难点同样在于水温、水质、水量以及运行管理上。因此，建设江水源热泵工程首先要满足以下3个前提：（1）获得江（河）水务管理部门的用水、排水许可；（2）设计和建造专用的取水排水设施（实施江水源热泵通常用开式系统）；（3）水处理代价及环境影响在可接受范围内。

  冰源热泵系统是以水的凝固热为主要低温热源的热泵系统。具体来说，它是利用过冷水技术使部分低温水源水在冰水混合制备蒸发器中结冰，提取过冷水结冰的相变潜热作为热泵热源。冰源热泵大致上可以分为冰水侧循环、低温工质循环和供热水循环。主要设备及部件包括：过滤设备、冰水侧循环泵、换热器、水槽、冰水分离设备、冰源热泵机组、工质循环泵、热水侧循环泵、冷却塔、室内末端等。其基本工作原理是：由热泵机组蒸发器制出的-3℃左右的低温工质（如乙二醇溶液）与0℃的水在换热器中换热，0℃的水失去热量成为-2℃的过冷水。非稳态的过冷水进入水槽释冷结冰，变成冰水混合物，也称为冰浆。冰浆在冰水分离器中完成冰水分离，水再次进入换热器循环，冰被排放。因此，水的相变潜热通过水槽和换热器传递给了热泵工质，完成了冰源热泵的吸热过程。冰源热泵系统组成如图5所示。长三角地区属于亚热带季风气候，夏热冬冷，冬天零度以下的气温很常见，江河湖泊也会结冰，这样的气候特征就给实施冰源热泵创造了很好的天气条件。

  2016年，南京银杏山庄采用冰源热泵对原有地源热泵系统来进行了改造。该改造项目增加了模块化动态制冰机组、滤冰槽、乙二醇循环泵、过冷水循环泵等设备，利用-1℃的过冷水变成0℃冰释放的相变潜热，给热泵机组提供低品位热源进行制热。冰源热泵主机（原地源热泵主机）和模块化动态制冰机组的参数如表1所示。

  经过一段时间的试运行后，冰源热泵系统运行的真实的情况有以下特点：（1）当冰源热泵系统和地源热泵系统联合供热时，冰源热泵主机为基载主机，地源热泵主机进行调峰；（2）过冷水入口温度受系统补水、室外气温等因素共同作用，有0.3℃温度波动，约15min为一个周期；（3）冰源热泵系统小时耗水量为2t/h，小于制冰机组理论值，主要为室外气温偏高蓄冰槽吸热融冰；（4）冰源热泵系统24h重启次数为1~2次（主要为过量冰屑进入系统），系统恢复重启时间约10min，不过这对系统供水温度影响很小。

  1） 冰源热泵+低温地表水。在中国的夏热冬冷地区，如长江三角洲地区，水系分布纵横交错，流域内湖泊众多，是中国水资源分布最集中、水量最丰富的地区，冬季最低水温一般在3~4℃。此温度接近冰点，易于生成过冷水，为冰源热泵的实施创造了很好的温度条件。冰源热泵通过水资源显热和潜热同时利用，在获得热量的同时也大幅度减少了水资源的需求总量。

  2） 冰源热泵+地埋管。适用于某些地源热泵系统有问题的项目改造，例如项目埋管数量偏少或经过多年运行土壤换热器出现冷堆积。能大大的提升土壤取热温差，加大取热量，同时还可解决土壤换热器添加乙二醇降低冰点造成的污染问题。

  3） 生鲜冷藏冷冻。禽畜宰杀后，需要热水进行清理洗涤，然后预冷排酸，急冻，继而在-18℃以下储存。冰源热泵机组可以同时提供清洗热水和0℃的保鲜冰水，实现了低品位可再生资源减量、高效、循环利用。

  4） 制冰（雪）供暖。冰源热泵制冰系统能在制热工况运行制出冰，经过干燥处理从而代替人工造雪，同时能给冰雪运动场馆室内提供采暖需求，实现系统安全、节能运行。

  冰源热泵系统对热源品位要求更低，扩大了地热能可利用的区域和总量，热源可包括所有近冰点的低温地表水资源（直接水源）和地热能资源（间接水源）。另外，冰源热泵同时利用水的显热和固化潜热，大幅度减少了地表水用量，用水量仅为常规水源热泵的1/20。冬季制热时进行冷回收，跨季节蓄冷还可提高全年综合能效。

  海水源热泵也是热泵的一种，基础原理也是遵循逆卡诺循环。 它将海水中存在的大量低位能收集起来，借助压缩机系统，通过消耗少量电能，在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来，给建筑物供热；夏季则把建筑物内的热量“取”出来释放到海水中。海水源热泵虽然以海水为“源体”，但不消耗海水，也不对海水造成污染，而且具有较高的热效率。按与海水的换热方式来进行分类，主要有“取热不取水”和“取水取热”2种海水源热泵类型（图6）。前者是将净水作为换热媒介，净水在循环水泵的驱动下，在蒸发器和海水内的盘管换热器中循环流动，将海水热量带到蒸发器中；后者是直接抽取海水进入机组换热。

  因为海水本身有腐蚀性，而且存在各种海生物和泥沙，所以海水源热泵一个主要的技术难点是海水水质对于换热器不太“友好”。虽然防腐蚀、防海生物附着和除砂过滤等技术已相对成熟，但其建设成本和维护成本都较高。针对这类问题，目前发展出一种新的海水源热泵形式——浅层渗滤海水源热泵。

  浅层渗滤海水源热泵技术是利用海水通过透水层过滤后到海岸井中为热泵机组提供冷热源，既利用海水热能，又利用浅层地热能。由于渗滤取水技术要受到水文地质条件的限制，不同的工程地点渗滤取水得到的渗流海水流量和温度是不一样的，但是有个共同点就是经过土壤过滤后水质得到一定的改善，无需进行防海生物附着处理，且在供冷（供暖）季的一段时间内，海岸井供水水温低于（高于）地表海水温度。海水通过与土壤换热后作为热泵系统的冷热源，不仅优于直接采用地表海水作为冷热源的海水源热泵空调系统方案，还优于传统的冷水机组+城市热网系统方案。所以，如果工程地点地质条件允许，将渗滤取水技术用于海水源热泵系统，系统经济性将会显著提高。

  渗滤取水是地表水取水技术中的一种，在国内外均有应用实例。 海水在渗流过程中经过岩土体过滤，水质提高；海岸井设计时要离海尽量近，保证海水为井水的唯一直接补给水源。采用渗滤取水技术的浅层渗滤海水源热泵系统冬季供暖原理如图7所示。

  目前在中国青岛即墨蓝色硅谷核心区规划建设一个浅层渗滤海水源热泵系统，已完成现场渗流抽水测试。

  场地临近大海，地势平坦，属于海滩回填区域。勘察场区原为滨海滩涂，地面标高一般为3.34～4.27m。本场区地下渗透海水主要赋存于沙层中，即第1层填土、第5层粉细砂，属于潜水。渗透海水位较为稳定，低潮时水位较低，高潮时水位较高，水位随海水的涨落潮而波动。勘察井共有2个，分别是1号井和2号井。钻孔直径80mm，成井直径250mm，含水层深29m。在每口井测试水量过程中通过出水端温度计直接测试渗流水温，环境和温度和海水水温利用温度计现场实测，测试结果如表2所示。对1、2号井井水以及就近海水取样，通过专业检验测试机构对水质进行测试化验，1、2号井所出水均为海水，和就近海水水质比较如表3所示。勘察与水质分析结果为，测试井抽水动水位稳定在海平面以下15m左右，抽水扬程不高；渗透海水水温不受环境和温度变化影响，水温常年稳定在16~17℃，和青岛岩土原始温度基本一致，利用浅层渗透海水作为制冷、供热系统的冷热源具有非常好的水文条件；通过对水质进行化验，相比原生海水，井水氯离子含量大幅度减少；通过沙土层过滤，基本不存在藻类等微生物对设备和管道的腐蚀，但相对于原生海水，含沙量比较大，因此浅层渗透海水源热泵系统宜采用板式换热器进行换热。

  长三角地区的江苏、上海和浙江都是沿海省市，海水资源丰富，有长达上千公里的海岸线。沿海有很多度假酒店和居民小区能够最终靠海水源热泵集中制冷供热，这样不仅充分的利用了就近的清洁能源，还能够更好的降低能源消费成本，社会和经济的效果与利益显著。

  综合能源系统是在一定空间范围内将先进的管理模式与迭代更新的信息技术高度融合，基于单一或多目标整合区域内各类可用能源（包括常规石化能源和可再生新能源），达到多能系统之间布局合理、优势互补，管理高效以及节能减排的目的。综合能源系统不仅要满足系统内多元化用能需求，而且要有效地提升能源利用效率，最大限度减少能源利用对周围环境的负面影响。总体来说，它是一种满足可持续发展要求的新型一体化能源系统。显然，地源热泵综合能源系统就是以浅层地热能为主，辅以电能、化石能源或其他可再次生产的能源，通过高效能源技术而建立的能源供应系统。以合肥滨湖科学城区域能源项目为例。该项目是安徽首例、全国首批“地热+”多能互补区域能源项目，规划供能建筑面积500万m2，目前签约面积已达200万m2。项目采用地源热泵、污水源热泵、水蓄能、冰蓄冷、天然气三联供等多种互补的能源供应形式，规划建设3个供冷供热能源站，互为补充、互为保障，增强能源供应的稳定性；3个能源站通过室外区域环网互相连通，合理高效地为用户更好的提供能源。各能源站的能源组成与性能参数见表4。

  2019年滨湖科学城区域能源站建成投运，统计结果为，2020—2021年度能源站全年用电量达到891.5万kWh，其中高峰用电量、平段用电量、低谷用电量分别占9.79%、19.33%、70.88%，项目运行时绝大部分用电量产生在低谷阶段，有效控制了用电成本。项目运行前期受到各类坏因影响出现了较大损耗，运行策略虽然无法切实降低系统损耗，但却显著减少了用电成本，提升了经济效益。随着项目用户的增加，用能负荷增大，且项目能源站与功能模块建设完工，此时多能互补模式优势逐渐显现，并可借助3个能源站就近响应用户用能需求，缩减输送距离，减少系统损耗，能效比提升。

  该项目的成功运行说明，多种互补的能源供应形式优化了能源配置，提升了能源结构，最大化地利用了可再次生产的能源或清洁能源。经估算，项目全部建成之后，每年能节约标煤6.5万t，减少二氧化碳排放16.9万t，减少二氧化硫排放4800t，减少氮氧化物排放2400t，是实现碳达峰、碳中和双碳目标的坚实助力。

  所谓的地热资源综合梯级利用就是分批次，按照各种用途的水温要求，由高到低、依次利用，以求最大限度地提高地下热水的有效利用温差，进而达到地热能的高效利用。地热梯级利用没有标准的模式，必须依据当地的客观需求而确定。一般来说，中高温地热能（≥90℃）可以直接用来发电，中低温地热能（70~90℃）能够最终靠吸收式制冷机组进行制冷或供暖、干燥，较低的低温地热能（≤70℃）能够适用于生活用水、洗浴医疗、水产养殖、农业温室等。具体采用何种梯级利用模式，要考虑当地的实际的需求，环境条件、投资规模、政策法规等客观条件进行论证后确定。

  中国对地热梯级利用的认识较早，漳州于20世纪90年代初建立了一个地热梯级利用工程。由于当时的技术条件不具备，只进行了低温段的两级梯级利用。广东省丰顺县于2014年建成了一套地热综合梯级利用系统。该系统来进行了地热发电、地热制冷、地热烘干、温泉洗浴与热泵供热等五级梯级利用，地热资源利用率达到了80%以上，具体流程和各级利用温差见图8。

  江苏如东小洋口地区大地热流强，地温梯度高，是江苏省中低温地热资源最有潜力的地区之一，初步推测异常区面积超过16km2，有望形成大型中低温地热田；预测地热资源量达3.62×1014kJ，地热流体储存量5.08×108m3，可采地热水1.55×104m3/d，可开采热量3.95×109kJ/d。目前，江苏小洋口温泉旅游度假区已经建设完成1套四级地热综合梯级利用系统，并且正在规划建设1套五级地热综合梯级利用系统。

  小洋口温泉展示中心地热井出水温度74℃，地热水日可采量2544m3/d。根据地热水的温度和稳定流量，该地热井设计了地热干燥+地热供暖+地热温室+地热洗浴的四级地热梯级利用系统。第一级利用为地热干燥，利用温差为74℃~65℃。第二级利用为地热供暖，利用温差为65℃~61℃。第三级利用为地热温室，利用温差为61℃~40℃。第四级利用为休闲洗浴，利用温差为40℃~30℃。该系统最大地热水利用温差为44℃，达到了地热能最大化利用与多元化利用的目的。该地热梯级利用系统外部实景见图9，数据监控系统见图10。

  地热干燥装置的最大供热量为100kW，采用整体拼装式全金属结构干燥室，金属结构的壳体内外板为不锈钢板面，边框为铝合金，中间为保温层，整体厚度为75mm。干燥室换热器安装于干燥室前后两端的顶部，前后两端的底部为气流通道。干燥室的其中一侧面安装中空保温玻璃，以便展示功能的实现。顶置式强制循环通风系统采用大风量、耐高温高湿、双向效率相等的轴流通风机。导风天花将干燥室内分隔成上下2部分，导风天花中间安装可调节气流分布的导流板。气流通过干燥室内两侧的加热器加热，加热器内流体流量的大小由控制主机自动调节，以使温度稳定于设定值附近。轴流风机由控制主机自动换向控制，风机可双向循环，干燥均匀。控制管理系统配置变频调速器，可根据干燥的不同阶段人工调节不同的风速。干燥室的进排湿口位于顶部，进气口和排气口受室内风机换向而功能互换。地热干燥房的结构尺寸如图11所示。

  地热供暖系统最重要的包含地热水过滤装置、爆氧装置、换热装置、水循环系统和控制管理系统。地热水从地热井泵出后依次通过旋流除砂器（最大处理量为40m3/h，尺寸为Φ800mm×1600mm）、爆氧装置（最大处理量为30m3/h，尺寸为DN80mm×600mm）、铁锰砂过滤器、活性炭过滤器（最大处理量均为30m3/h，尺寸均为Φ2000mm×2600mm）、板式换热器（换热量56kW，尺寸为500mm×500mm×800mm）等水处理和换热设备。水循环系统主要由热水泵（2.2kW，变频）、阀（调节阀、截止阀、排气阀、平衡阀等）和管道（DN125）组成。控制管理系统由电磁流量计、铂电阻温度传感器、压力传感器和显示屏等组成。

  地热温室大棚在地热供暖机房的上面，面积约为140m2，具体尺寸为15.7m×9m×4m，基本结构为铝合金框架+真空隔热玻璃。为防积雪，屋顶设计为尖顶。屋顶之上再设置电动遮阳布帘，可避免太阳暴晒导致温室内气温过高，不利于温室内植被生长。

  小洋口地热2号井出水温度高达92℃，可开采量1870m3/d。高温大流量的水热型地热资源很适合做综合梯级利用。为了最大限度地提高地下热水的有效利用率，并考虑到地热利用方式对温度的要求，可以将该井的地热梯级利用流程设计为：地热发电—地热制冷（地热供暖）—地热干燥—地热供热（洗浴休闲、地热温室、地热养鱼）—地热热泵。地热水温度从采出时的92℃降到回灌时的30℃，利用温差达到62℃，地热资源利用率可达85%以上。系统流程见图12。该流程根据季节的不同以及客观需要的变化，能够直接进行不同的排列组合，以此来实现资源效益和经济的效果与利益的最优化。

  长三角地区江、河、湖、海等地表水资源丰富，且四季分明，每年冷热负荷大致平衡。对于这种资源条件和气候特征，非常有利于地热资源的开发利用。通过上述对相关地热创新技术的介绍和案例分析，可以总结出以下几点结论或建议。

  1） 在浅层地热利用技术中，江水源热泵技术的经济效益最大，技术成熟度最好。目前，该技术已在长江中下游地区的大中城市得到了广泛应用。但是利用好江水源热泵必须处理好冷热负荷平衡的问题，不能对江河的水温水质造成负面影响。

  2） 以地热能为主要能源，并结合其他清洁能源的地源热泵综合能源技术能在区域供能系统中优化统筹各类能源，取长补短，从而获得更大的环境效益和经济的效果与利益。但是综合能源系统在供能侧投资较大，一定要考虑项目经济性。

  3） 含水层储能能解决能源和需求在时空上的错置问题，因此也是极具发展前途的技术。但含水层储能可能会造成地面沉降和地下水污染的问题，因此，含水层储能技术对密封循环和回灌的要求比较高，成功实施需要有先进合理的成井技术加以保障。

  4）浅层渗滤海水源热泵在应用的客观环境上有较多约束。它必须有适合的水文地质条件，海岸井接近海边，井水全部为海水且渗滤后水质良好。目前大范围推广难度较大。

  5） 冰源热泵的技术难点是冰浆制备与换热，目前过冷水法和刮剥法是最主要的2种冰浆制备技术，已经实现了工程化应用。通过大量实验获得的冰浆流动换热经验公式可为末端换热器设计和选型提供计算依据，基本能满足工程设计的精度要求。

  6） 地热综合梯级利用是中深层地热开发利用的发展趋势，但中高温地热资源与当地热需求必须相匹配，而且多级地热利用设施肯定会增加初始投资，因此，该技术的应用推广也要充分进行经济可行性论证。

  综合考虑，江水源热泵、地源热泵综合能源和地热综合梯级利用是目前最有推广价值的较为成熟的地热创新技术，含水层储能、浅层渗滤海水源热泵与冰源热泵都还存在一些技术可靠性或适用条件苛刻等问题有待解决。

  总之，包括长三角在内的中国地热资源丰富地区的开发利用总体原则是因地制宜，将地热禀赋、当地需求、适用技术和市场模式紧密结合。在技术层面，要集约、高效地利用宝贵的地热能。在政策层面，要鼓励不同市场主体热情参加建设环境不受污染、经济效益明显、人民群众受益的地热利用工程。

  作者简介：姚远，中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再次生产的能源重点实验室，广东省新能源和可再次生产的能源研究开发与应用重点实验室，高级工程师，研究方向为地热能发电与地热直接利用；龚宇烈（通信作者），中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再次生产的能源重点实验室，广东省新能源和可再次生产的能源研究开发与应用重点实验室，研究员，研究方向为低品位热能高效转化与利用。

  《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的成果报道、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会持续健康发展、完善科学技术管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科学技术创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、智库观点、科技评论、热点专题、综述、论文、学术聚焦、科学人文等。

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