低入住率地热供暖投资运营策略及经济性分析

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低入住率地热供暖投资运营策略

及经济性分析

王培浩，田 鹏

（中国石化集团新星石油有限责任公司，北京100083）

收稿日期：2018–06–08。

作者简介：王培浩，硕士，工程师，主要从事地热开发及利用、热能工程、海洋工程等研究。

摘 要：针对目前供暖行业普遍存在的入住率低导致经济效益较差的情况，详细分析了低入住

率住宅小区供暖系统设计思路，并进行优化方案比选，分析低入住率情况下，居民住宅小区的供暖投资运营策略。分析可知，针对地热资源禀赋一般（低于60℃），人口外流情况明显，小区平均入住率低于50%的县域地区，新建住宅项目供暖负荷可按总负荷的50%~70%建设，若每年入住率增幅低于5%则可按总负荷的50%建设。

关键词：入住率 地热供暖 热泵 经济性

北方地区清洁取暖[1]日益得到国家的高度重视，地热资源作为一种现实并可靠的清洁能源能够极大地解决这一问题[2-5]，但因其初始投资较高制约了其快速发展。同时，由于我国房地产业的迅猛发展，导致部分区域尤其是县级地区出现住宅小区空置率、入住率较低的情况，对供暖行业尤其是地热供暖的运营效益造成较大影响[6]。因此，急需解决低入住率情况下，地热供暖项目如何盈利问题。本文结合已实施的地热供暖项目，针对不同入住率情况开展投资、运行策略研究，分析各种方案的经济性，对低入住率地区地热资源开发有一定的指导意义。1 项目概况1.1 项目介绍

河南省新乡市某居民小区地热供暖项目总建筑面积11.8万m 2，于2013年建成入住，末端采用地板辐射采暖，供暖时间当年11月15日至次年3月15日。项目所在区域平均入住率为54%，其中交房3年以内居民小区入住率约为30%，交房5年内居民小区入住率约为45%，交房8年内居民小

区入住率约为70%。本项目2013年交房首年，入住率仅为25%，至2017年年底入住率约为45%，入住率较低，采用常规供暖设计对项目运行成本和经济效益有极大影响。1.2 热负荷

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》给出新乡市的设计用室外气象参数，见表1。

该项目建筑为按照节能建筑规范要求建设的节能建筑，根据新乡市室外设计参数及建筑使用功能，冬季热负荷指标取为40 W/m 2，总热负荷为4 720 kW ，设计末端供回水温度为45/35℃。1.3 深层地热资源条件

地热井深约1 300 m ，单井出水量80 m 3/h ，出水温度50℃。静水位35 m ，动水位70 m 。深层地热水水质优良，回灌条件好，1采1灌可实现地热资源的采灌均衡，可持续利用。

PETROLEUM & PETROCHEMICAL TODAY

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2 方案比选及系统设计

2.1 方案一：按全负荷设计供暖系统

为满足所有建筑全部用热负荷，充分利用深层地热水，采用板式换热器加两级热泵机组并联梯级换热的方式。地热水经一级板式换热器，温度由50℃降为37℃，单井可提供的热量为Q 1。

Q 1＝k ×G ×∆t ＝1.163×80×（50–37） ＝1 209.52 kW

项目总热负荷为4 720 kW ，若按照1采1灌设置2口地热井，不足热负荷3 510.48 kW 由两级热泵机组串联提取地热尾水热量提供。热泵机组COP 为4.5，尾水回灌温度约7.66℃，热泵总输入功率为780 kW 。尾水经过回灌设备处理后进行自然回灌。一级板换二次侧循环水直接进入用户末端供热，满足小区住宅的部分热负荷，供、回水温度分别为45/35℃（地板辐射采暖）；二级板换热进水源热泵保障热泵正常运行供暖。系统流程 见图1。

2.3 方案三：地热直供满足全部热负荷

不采用梯级利用方式全部利用地热一级板换二次侧循环水供暖，地热井单井直供热量为 1 209.52 kW ，满足全部用热负荷4 720 kW ，在满足回灌要求的情况下需钻井8口（4采4灌）。虽然可显著降低运行成本，但系统投资造价过高，全部采用地热直供不现实且不经济。基于入住率低的实际情况，考虑采用2采2灌方式。此时地热井可提供总热量为2 419.04 kW ，占总负荷的51%。系统流程见图3。

图2 满足70%~80%负荷

图1 满足全部负荷

图3 纯地热

2.2 方案二：按70%~80%负荷设计供暖系统

考虑当地居民小区入住率实际情况，按满足70%负荷设计供暖系统。此时项目最大热负荷可按照3 304 kW 设计，单井可提供直供热量仍为 1 209.52 kW ，不足热负荷2 094.48 kW 由2台热泵机组提供。热泵机组COP 为5，尾水回灌温度约为19℃。其余流程与方案1类似。系统流程见图2。

2.4 方案四：按实际入住率适时扩容

按照初始入住率30%配置1采1灌2口地热井，此后随着入住率的增加适时增配热泵机组。

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期王培浩等. 低入住率地热供暖投资运营策略及经济性分析

此种方式能够最大限度地节约投资，同时降低运行成本。但需要提前预留供热站空间和配电余量，以便开展后续设备的安装。系统流程见图4。

统运行效率最高，运行成本最低，因入住率有一定上升，热损较小。3.3 70%入住率

当小区入住率为70%时，针对方案1中所示系统，相对于50%入住率需开启二级热泵，此时

二级热泵出力为50%，运行效率一般；针对方案2中所示系统，为满负荷运行；方案3中系统不能满足70%负荷用暖需求，但可以通过站内改造安装热泵机组实现供暖，但此时改动较大，对站内安装空间要求较高。3.4 100%入住率

当小区入住率为100%时，仅方案1中系统可满足居民正常用暖需求，方案2、3所示系统均需实施站内改造才能正常供暖。根据目前统计数据来看，新乡市入住率达到100%的小区很少。4 系统经济性评估4.1 投资分析

基于上述4种建设方案，根据该项目实际投产时投资情况分别进行经济性比较，如表2所示。由表2可知，方案4投资最少但后续站内改造扩容工作量较多，要求运营公司具有较高的技术、管理和改造水平，同时需要较大的站房面积。方案3投资次之，且能够满足50%入住率，但钻井数量较多，需要落实合适的钻井井位。方案2能够满足70%负荷，具有较强的可操作性，若5年内入住率能够升高至50%~70%可采用方案2，若入住率增高幅度较慢建议选择方案4。方案5为项目实际投资，满足100%负荷，项目建设较早，方案未优化投资导致投资较高。

注：①为确保后续顺利扩容，方案4中已考虑配电系统投资；②投资中不含土建部分投资。

图4 适时扩容

3 系统运行策略3.1 30%入住率

当小区入住率为30%时，地热井1采1灌基本能够满足居民用热需求。此时仅开启地热井深井电潜泵、一级板换二次侧循环泵、补水泵，系统运行效率最高，运行成本最低，但因入住率低导致热损严重，能耗较大。3.2 50%入住率

当小区入住率为50%时，针对方案1中所示系统，地热井直供可承担基础热负荷，其余热负荷由一级热泵机组承担。此时需开启地热井深井潜水泵、一级板换二次侧循环泵、补水泵、二级板换热泵循环泵、一级热泵、热泵补水泵等设备。此时，因一级热泵机组基本处于满负荷运行，运行效率仍较高。针对方案2中所示系统，地热井直供承担基础热负荷，其余热负荷由热泵机组承担，此时系统开启与方案1类似，但因热泵机组处于部分负荷运行，运行效率一般。针对方案3中所示系统，地热井2采2灌能够满足50%热负荷，此时，系统开启与30%入住率类似。此时系

4.2 运行成本分析

结合系统运行策略，分析不同入住率时运行

成本见表3。由表3可知，入住率较低时运行成本也较低，但因存在较大热损导致单位供暖面积成