地热资源信息化管理课件

地热资源信息化管理地热资源信息化管理信息化管理

用现代信息技术对信息资源进行采集、整理、分析、传输、存储和利用，力求资源有效配置，共享管理，协调运作，以最少的消耗，创造最大的利润

信息化管理信息：数据信息化：大数据信息技术：大数据技术

信息：数据大数据一种规模大到在获取、存储、管理、分析等方面大大超出了传统数据软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征

大数据大数据：不再抽样计算机、存储器、传感器等硬件性能软件技术云计算互联网、移动互联网

大数据：不再抽样不在于数据本身，也不在于数据多少与大小，而在于通过专业化的处理得到事物的内在规律。大数据是一种新的思维方式大数据是实现人工智能的基础大数据擅长挖掘复杂的看似不相关的规律大数据可以让人成为预知未来的大师大数据是财富玩好大数据，其乐无穷。

大数据的意义不在于数据本身，也不在于数据多少与大小，而在于通过专业化的处大数据方法数据的采集、传输、分析和应用采集是基础

大数据方法传感器的布置与校核位置、分布设备的精度。设备的矫正：专业实验室矫正、物理方式测量，现场的数据勘察、取样。数据的过滤

传感器的布置与校核地热资源信息化管理课件新思路：大数据地热井的变化趋势地热资源的分布规律

高效用能

地热资源信息化新思路：大数据地热资源信息化地热资源的类型蒸汽型热水型地压型岩浆型干热岩型

地热资源的类型地热资源的分布规律海量数据，多多益善与大地热流的关系与地质结构的关系与地理位置的关系与温度梯度的关系与土壤岩石导热率的关系

地热资源的分布规律地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件地热井的变化趋势

水量、水温、水质维护、寿命、运行成本

地热井的变化趋势高效用能：大数据与智慧能源准确知道能源需求的数量和时间最小代价生产和输送所需要的能量

高效用能：大数据与智慧能源建筑能源需求的预测准确计算建筑冷热负荷的难度大室外天气室内使用情况建筑自身的传热特性按需供能的难度更大

建筑能源需求的预测地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件系统能耗分为总输入能量和末端系统的输入能量：系统总输入能量即系统总能耗（包括主机和水泵等），可以通过统计系统总耗电量和总耗气量获得；末端系统输入的能量需要借助于热量计来测量。末端系统输入的能量与总输入能量的比值正是系统的总能效比；数据采集系统能耗分为总输入能量和末端系统的输入能量：数据采集影响建筑负荷的各个参数：如系统能耗、室内温度、室外温度、室外风速风向、光照等。室内温度：采集的温度要有足够的代表性，包含底层、顶层、阳面、阴面、东侧、西侧、内区等等；室外温度：自测：测点要有代表性，地面、楼顶、阳面、阴面、东侧、西侧等等；利用气象局的实测和预测温度。风速风向光照：光照强度和角度数据采集影响建筑负荷的各个参数：如系统能耗、室内温度、室外温度、室建筑负荷建筑热容建筑热惯性建筑所需能量建筑需能的时间分布水泵与主机的最佳配比数据分析建筑负荷数据分析传统控制（T外，q日，q内）→T内→T供/T回→q入→T内室内温度控制（T外，q日，q内）→T内→q入→T内室外参数控制（温度补偿）（T外，q日，q内）→q入→T内预报参数控制（T外，q日，q内）预测值→预报q入→T内

（c）：

（a）（b）控制模式控制模式节能减排的必要性第二部分节能减排的必要性第二部分能源种类化石能源（传统能源）

煤炭，石油，天然气可再生能源：

太阳能，地热能，水能，风能，生物质能，海洋能核能：

核裂变（15%），核聚变（能量更大，无辐射）新能源：

可再生能源+核能

能源种类化石能源（传统能源）能源消耗2015年能源消费总量43亿吨标准煤

煤炭64%，石油18%，水、风、核、气18%

1995年13万吨，2005年23万吨用途：

我国：建筑25%，工业65%，交通10%发达国家：各三分之一

能源消耗能源危机资源危机化石能源自1973年以来，共采800亿吨，占当时储量85%，现有储量1370亿吨，每年约30亿吨，40-50年环境危机

排放：污染物和碳，温室效应煤天然气新能源能源互联网

能源危机✪雾霾的出现，使得能源与环境危机已经看得见、摸得着，实实在在影响了我们每个人✪化石能源燃烧是产生雾霾的主因✪煤炭燃烧产生大量烟尘，同时还增加了煤、灰、渣等的运输量，造成运输车辆的二次污染✪天然气不仅价格贵，而且燃烧产生Nox也是PM2.5的主要成分

沈阳、长春、哈尔滨等北方主要城市均在供暖初期出现严重雾霾天气双重危机环境污染能源短缺蓝天不再湛蓝空气不再清新非再生矿物能源资源逐渐枯竭双重危机环境污染能源短缺蓝天不再湛蓝非再生矿物能源利用能源的方式加热：各种锅炉，各种工业炉、窑炉做功：蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、热泵

利用能源的方式热能做功的能力热能做功的能力㶲和火无根据能量的做功能力可以将它分为三种类型：（1）可以完全转化为功的能量，如机械能、电能等，这些能量理论上可以百分之百地转化为功或其他形式的能量，其品位是最高的。（2）可部分转化为功的能量，如热能、煤及天然气等化石燃料所拥有的化学能，这些能量只能部分转化为功或其他形式的能量。（3）不能转化为功的能量，如大气环境温度状态下的热能以及上述电厂产生的乏汽中的热能，这种能量只有量，没有质，不能做任何功。能量中可转化为功的部分就是有用能，热力学中称为“㶲”，能量中不能转化为功的部分就是无用能，称为“火无”。㶲和火无根据能量的做功能力可以将它分为三种类型：能量贬值原理设备散热设备生热设备排热能量品位下降（1）热量从高温传向低温，直至接近环境温度。（2）液体从压力高处流向压力低处，直至接近与环境相平衡的压力。（3）物质从浓度高处扩散转移到浓度低处，直至接近与环境相平衡的浓度。（4）物体从高的位置降落到稳定的位置。（5）电荷从高电位迁移到接近于环境的电位。能量贬值原理设备散热（1）热量从高温传向低温，直至接近环境温能量不仅有数量多少的不同，还有品位高低的差异

节约能源，不仅节约量，还要节约质需求低的，尽量用低品位高品位应先用其做功

关于节能关于节能热泵技术第三部分热泵技术第三部分热泵的概念热泵是一种能量品位的提升装置，它可以把温度较低的热能提升为温度较高的热能，使之变成可以利用的能源。它的作用与水泵有着相似之处：水泵通过消耗机械能把水由低处送到高处，提高水的势能；热泵则是消耗一定的高品位能量（如电能），将热能由低温处送到高温处。

热泵的概念热泵是一种能量品位的提升装置，它可以把温度较低的热热泵基本原理

热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。

热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。热泵基本原理热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动压缩式热泵原理蒸气压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热冷凝、节流和吸热蒸发四个主要热力过程，从而在蒸发器中吸收低温热源的热量，以实现供热为目的的热泵循环。压缩式热泵原理蒸气压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷第一类吸收式热泵第一类蒸汽型吸收式热泵的基本原理如图所示，发生器吸收高温热源的热量，生成高温浓溶液和高压水蒸汽，高温浓溶液进入吸收器；发生器生成的高压水蒸气进入冷凝器释放热量供给用户，凝结的高压液态水通过节流阀后变成低压的气液混合物，进入蒸发器吸收低温热源的热量，蒸发生成低压水蒸气，进入吸收器被高温浓溶液吸收，释放热量供给用户；吸收器中的稀溶液温度降低，由溶液循环泵加压输送至发生器，完成发生器和吸收器之间的溶液交换；进入发生器的低温稀溶液通过热交换器与进入吸收器的高温浓溶液换热，进而降低吸收器的冷却负荷，同时减少发生器所需耗热量。第一类吸收式热泵第一类蒸汽型吸收式热泵的基本原理如图所示，发第二类吸收式热泵在吸收器中，溴化锂溶液吸收水蒸汽后浓度变稀，该稀溶液从吸收器出来后经溶液换热器与浓溶液换热，然后进入发生器由中温余热加热，溶液蒸发浓缩，蒸发出来的水蒸汽进入冷凝器冷凝。冷凝器由冷却水塔冷却，冷却水的温度接近环境温度，进入冷凝器的水蒸汽在稍高于冷却水的温度下冷凝，其压力为水在冷凝温度下的饱和蒸汽压力。由于此压力很低，且冷凝器与发生器直接连通，两者压力基本相等，所以发生器中的压力也很低，稀溶液即使由温度较低的中温余热加热也同样能够蒸发出水蒸汽并使溶液浓缩，浓缩后的溶液由溶液泵加压送到吸收器吸收放热，从而完成溶液循环。在冷凝器中冷凝下来的水经水泵加压送入蒸发器由余热加热蒸发为水蒸汽，然后进入吸收器被溶液吸收，同时释放出较高温度的热量。A．吸收器；E．蒸发器；G．发生器；C．冷凝器；SHX．溶液换热器；QA．发生过程放出的热量；QS．外部热源的热量。第二类吸收式热泵在吸收器中，溴化锂溶液吸收水蒸汽后引射式热泵喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力，高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入设备，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位，然后通过混合室进行良好混合，混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力，达到要求的蒸汽压力后供给热用户使用。引射式热泵喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力热泵与锅炉能量来源效率热泵与锅炉能量来源供热能耗供热能耗制冷能耗制冷能耗深部地热能第三部分深部地热能第三部分来源海洋地壳（厚度3～15km）大陆地壳（厚度20～70km）厚2900km厚度2200km内核（固态）外核（液态）地幔地球可看做平均半径6371km的实心球体，主要由三部分组成：地壳、地幔和地核。地壳的温度一般随深度的增加而逐步升高，平均深度每增加100m温度升高3℃左右。地核中心压力可达350万atm，温度可达6000-7000℃。地幔是介于地表和地核之间的中间层，地幔顶部存在一个温度很高的软流层，大致在1000℃以上，有些地方可达2000-3000℃。来源海洋地壳（厚度3～15km）大陆地壳厚2900km厚度2特点深部地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途广，是一种情结的可再生资源。地热能对于人类未来的重要性和现实性将大于其他可再生资源，其主要特点如下：存储量大。据估算，存储于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.7亿倍，全球可采地热资源量为每年500×109GJ，超过当今全球年均一次能源消耗总量。可以高效、稳定、连续地供应。热能平均能源利用效率高达73%，是风电的3-4倍，太阳能的4-5倍，生物质能的1.5倍。地热资源不受外界环境条件的影响，地热发电不仅可以长期稳定地运行，而且可以实现调峰。运行费用低。地热电站的建设与运行费用不仅与风电和太阳能发电相比具有优势，与传统火力发电相比也同样具有竞争力，其发电所需一次能源的成本几乎为零。注：目前整个社会对于深部地热能的优点和作用认识不足，对其开发利用的重视不够，对替代化石能源这一对人类和地球的长期生存至关重要的工作是十分不利的。特点深部地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途存在形式地热资源在地下储存的形式有：蒸汽型热水型地压型干热岩型岩浆型存在形式地热资源在地下储存的形式有：利用深部地热能的应用可分为地热发电和直接利用两大类。高温地热资源通常用于地热发电；而中低温地热资源（主要是地热水）通常用于建筑物供暖、洗浴、医疗、工业品烘干、制冷、农业育秧、温室种植、水产养殖等方面。深部地热能利用的具体形式地热发电工业加热、采暖、制冷和空调用于农业和水产养殖业用于洗浴、医疗和保健利用深部地热能的应用可分为地热发电和直接利用两大类需解决问题深部地热能在应用过程中，还存在一些难点问题需要加以重视和解决：1.高温钻井技术。超高的地层温度以及地层可能大量产水给钻井技术带来了许多挑战，因此，高温井控、高温固井与成井等难题必须解决。2.回灌技术。由于地下热水的开采导致地下水位的严重下降，水位埋深增大，甚至出现地面沉降问题，严重地影响了地热资源的可持续发展。因此，加强回灌是地热可持续发展的根本。目前，部分工程为了减少投资，不对地热水进行回灌，而是直接排放到地表，这样不仅造成资源的大量浪费，而且由于地热水中含有大量的杂质，会污染地表环境，严重时甚至会造成环境灾难。3.杂质问题。地热水和地热蒸汽中通常会有较多腐蚀性物质，如硫酸和铵、铁、铝等硫酸盐；有时还有盐酸、硅酸、硼酸等，在有的热水中还含有二氧化硫、盐酸气等，从而使地热水有一定的腐蚀性，对于金属的取暖器材和管道有很大的腐蚀，导致管材的利用时间严重减少。除此之外，无论热水或蒸汽，都还经常挟带泥砂等固体异物。这些杂质会对地热的利用产生严重的不良影响，必须妥善处理。需解决问题深部地热能在应用过程中，还存在一些难点问题需要加以浅层地热能第四部分浅层地热能第四部分来源—形成过程

地热能来源的三种说法：（1）主要来自大地热流即地球内部；（2）主要来自太阳能；（3）是大地热流和太阳能共同作用的结果。来源—形成过程地热能来源的三种说法：来源—浅层地热的存在形式

地下水、地表水、地下土壤来源—浅层地热的存在形式

地下水、地表水、地下土壤优势分布广泛：浅层地热能在地球表层以下接近均匀分布，到处都有，从地下水、地下土壤和江河湖海等地表水中都能采集到浅层地热能，可以根据项目的条件在周边就近提取和利用，不需要大规模的集中开采和远距离输送，不需要大规模一次性投资建设。储量巨大：据测算，我国近百米内的土壤每年可采集的浅层地热能是我国目前发电装机容量4×108kW的3750倍，而百米以内地下水每年可采集的浅层地热能也有2×108kW。稳定持续：浅层地热能是一种温差势能，其温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。清洁环保：浅层地热能作为一种清洁的可再生能源，主要通过热泵技术进行采集利用。优势分布广泛：缺点1）浅层地热能是一种品位很低的能源，不能作为独立的能源使用，必须借助热泵才能利用，运行时需要消耗一部分高品位能源，主要是电能。如果应用条件不合适、设计施工不合理、产品性能不合格或者运行管理不到位，都有可能造成投资过大或者运行成本过高，不利于浅层地热能的推广应用。2）浅层地热能的采集受所在地水文地质条件的影响较大。尽管浅层地热能理论上均匀分布于地球表层以下，存在于地下水、地下土壤和江河湖海等地表水中。但实际应用中，在不同的水文地质条件下利用浅层地热能的成本差异是相当大的。3）浅层地热能的采集受到场地的限制。采集浅层地热能最常用的方式是地下水井方式和地埋管方式，这两种方式都需要较大的场地。现在城市中建筑的密度越来越大，建筑周边的空地越来越少，这使得利用地下水方式或地埋管方式采集浅层地热能变得十分困难，尤其是地埋管方式，在城市中心地区已经很难实施。缺点1）浅层地热能是一种品位很低的能源，不能作为独立的能源应用意义

浅层地热能属于一种可再生的清洁能源，分布广泛，获取方便，利用热泵技术只需要消耗少量的电，就可以为建筑提供供热和制冷。利用它可以避免远距离输送和管网的建设，可以迅速有效地解决城市周边郊区县、新城区和开发区等热网尚未覆盖地区的建筑供热问题，还可以解决大型公用建筑的冬季供热和夏季制冷问题，可以成为城市集中供热的重要补充。利用浅层地热能可以为各地区的城镇化发展提供能源保证，并进一步推动和促进我国的节能减排和环境保护工作。应用意义需要特别注意的问题地下水源：（1）地下水量的稳定性（2）地下水的回灌（3）地下水的腐蚀和结垢（4）地下水含沙（5）地下水温度平衡土壤源：（1）场地问题（2）造价问题（3）热平衡（4）回填质量需要特别注意的问题地下水源：土壤源：东北大学游泳馆东北大学游泳馆生活余热能第五部分生活余热能第五部分介绍城市每天都会产生大量的污废水，随着城市规模的不断扩大，城市人口的不断增多，城市污水量也越来越多。城市污水的温度一年四季比较稳定，冬季在严寒地区也能保持10℃以上，高于大气环境温度，是热泵比较理想的低温热源介绍城市每天都会产生大量的污废水，随着城市规模的不断温度城市污水温度与地域及季节有关东北地区的长春、沈阳、哈尔滨三个城市的污水处理厂排出的污水冬季最低温度为10℃左右；夏季最高温度为22℃左右。华北地区城市污水水温，冬季一般不低于10℃，夏季不超过30℃。北京高碑店污水处理厂的长期监测结果显示，城市污水水温冬季为13.5~16.5℃，夏季为22~25℃。地处西南的重庆地区，冬季城市生活污水水温一般为15℃，最低不低于13℃，夏季污水温度一般为25~28℃，最高不超过30℃。温度城市污水温度与地域及季节有关资源量根据有关部门的统计数字，2008年全国废水排放总量571.7亿吨，比上年增加2.7%。其中，工业废水排放量241.7亿吨，占废水排放总量的42.3%，比上年减少2.0%；城镇生活污水排放量330.0亿吨，占废水排放总量的57.7%，比上年增加6.4%。根据2006年我国各地区城市污水排放及处量情况有关统计数据，全国31个地区及城市的污水厂中排放的二级水，赋存的热量为1871~71365GJ/d，赋存的冷量为2835~108129GJ/d，这个数字还在逐年递增。资源量根据有关部门的统计数字，2008年全国废水排放特点（1）丰富、稳定，而且逐年增加。在污水处理厂或城市主排水管线附近采用污水源热泵技术，比地下水源热泵技术和土壤源热泵技术投资更低。由于水文地质条件的动态变化会对地下水源热泵和土壤源热泵的应用产生不确定性的影响，因此应用污水源热泵风险更小。（2）城市污水的温度虽然随季节和气候变化，但也相对稳定。其水温的稳定性相较地下水和地下土壤差，但较地表水好得多。（3）城市污水中热能的回收利用属于循环经济的范畴，限制性因素较少。而地下水、地下土壤和地表水在使用过程中需要充分考虑对自然环境与周边建筑的影响。特点（1）丰富、稳定，而且逐年增加。在污水处理厂或城市主排水类型1.原生污水（1）含有较多污杂物，需要解决堵塞问题。（2）含有腐蚀性物质，需要解决设备的防腐问题。（3）只有在城市主排水管线周边的建筑可以利用。（4）水温具有波动性。尤其在雨水和污水管线没有分离的城市，雪后污水温度偏低，影响热泵系统的效率。2.再生水3.可局部循环利用的特殊污水类型1.原生污水应用随着城镇化的发展，城市生活废水量不算增加，可利用的城市与热源也在不断增加。应用热泵技术将余热提取出来应用到生活中是资源节约最直接、最有效的方式。例如，用生活余热加热洗浴热水、工业生产工程中的低温预热过程等。应用随着城镇化的发展，城市生活废水量不算增加，可利阳光一百阳光一百工业余热能第六部分工业余热能第六部分工业余热工业余热工业余热—介绍

1）我国工业能源消耗现状1．数量巨大，我国能源消费总量已位居世界第一位，并且还在持续强劲增长。2．利用效率低，能源综合利用率只有33%左右。3．能源供应结构以煤炭为主。工业余热—介绍1）我国工业能源消耗现状工业余热—介绍

1.按照形态分类

可燃性余热载热性余热有压性余热2.按照温度分类

高温余热（＞600℃）中温余热（300—600℃）低温余热（＜300℃）温度的分类，忽略了低于100℃余热资源，主要是注重较高品味的余热。余热回收的重点应该是低温余热的回收利用，尤其是100℃以下的低温余热。这些余热虽然品位很低，但数量巨大，对其进行回收利用有着巨大的潜力和经济、社会价值。2）工业余热资源的分类工业余热—介绍2.按照温度分类温度的分类，忽略了低工业余热—介绍3）工业余热的特点：1）热量不稳定。不稳定是由工艺生产过程决定的。2）烟气中含尘量大。3）热源有腐蚀性。4）受安装场地和工艺条件的限制。工业余热—介绍3）工业余热的特点：工业余热—利用技术1）工业余热利用技术分类：热交换技术热交换技术所利用的主要设备有各种传统的换热器，以及热管换热器和余热锅炉等热功转换技术热功转换设备目前主要有蒸汽轮机和螺杆膨胀机两大类热泵技术1．压缩式热泵技术2．吸收式和吸附式热泵技术工业余热—利用技术1）工业余热利用技术分类：工业余热1）预热空气2）预热给水3）干燥4）生产热水和蒸汽5）发电6）制冷7）供热热泵技术在工业余热中的应用工业余热1）预热空气热泵技术在工业余热中的应用空气能适用范围更广：不受水文地质条件限制，不过多占用场地；不需打井、埋管，不破坏地下环境；系统造价更低：120元/㎡→66元/㎡适合新农村建设和京、津、冀地区煤改电可广泛适用于工业和民用建筑，如学校、酒店、办公大楼、医院、购物商场、影院、体育馆及住宅等空气源热泵拥有更为广阔的市场前景空气能适用范围更广：不受水文地质条件限制，不过多占用场地；华誉空气能热泵专为北方地区供热开发的大功率热泵；适应极低环境温度（-25℃）；解决了结霜、除霜的难题；通过补气增焓等方式提高了效率，能效较普通机组提高23%。已经在北京、石家庄等地区成功应用，取得很好的效果。华誉空气能热泵专为北方地区供热开发的大功率热泵；空气能空气能利用大数据技术，通过对与建筑供热空调等相关数据的采集、分析，挖掘建筑热特性规律，实现能量按需供给，为客户提供精准化的供热、制冷服务。大数据与能源互联网技术的结合，实现精准供热可随时通过手机或电脑监控智慧能源利用大数据技术，通过对与建筑供热空调等相关数据的采集、分析，地热资源信息化管理地热资源信息化管理信息化管理

用现代信息技术对信息资源进行采集、整理、分析、传输、存储和利用，力求资源有效配置，共享管理，协调运作，以最少的消耗，创造最大的利润

信息化管理信息：数据信息化：大数据信息技术：大数据技术

信息：数据大数据一种规模大到在获取、存储、管理、分析等方面大大超出了传统数据软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征

大数据大数据：不再抽样计算机、存储器、传感器等硬件性能软件技术云计算互联网、移动互联网

大数据：不再抽样不在于数据本身，也不在于数据多少与大小，而在于通过专业化的处理得到事物的内在规律。大数据是一种新的思维方式大数据是实现人工智能的基础大数据擅长挖掘复杂的看似不相关的规律大数据可以让人成为预知未来的大师大数据是财富玩好大数据，其乐无穷。

大数据的意义不在于数据本身，也不在于数据多少与大小，而在于通过专业化的处大数据方法数据的采集、传输、分析和应用采集是基础

大数据方法传感器的布置与校核位置、分布设备的精度。设备的矫正：专业实验室矫正、物理方式测量，现场的数据勘察、取样。数据的过滤

传感器的布置与校核地热资源信息化管理课件新思路：大数据地热井的变化趋势地热资源的分布规律

高效用能

地热资源信息化新思路：大数据地热资源信息化地热资源的类型蒸汽型热水型地压型岩浆型干热岩型

地热资源的类型地热资源的分布规律海量数据，多多益善与大地热流的关系与地质结构的关系与地理位置的关系与温度梯度的关系与土壤岩石导热率的关系

地热资源的分布规律地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件地热井的变化趋势

水量、水温、水质维护、寿命、运行成本

地热井的变化趋势高效用能：大数据与智慧能源准确知道能源需求的数量和时间最小代价生产和输送所需要的能量

高效用能：大数据与智慧能源建筑能源需求的预测准确计算建筑冷热负荷的难度大室外天气室内使用情况建筑自身的传热特性按需供能的难度更大

建筑能源需求的预测地热资源信息化管理课件地热资源信息化管理课件系统能耗分为总输入能量和末端系统的输入能量：系统总输入能量即系统总能耗（包括主机和水泵等），可以通过统计系统总耗电量和总耗气量获得；末端系统输入的能量需要借助于热量计来测量。末端系统输入的能量与总输入能量的比值正是系统的总能效比；数据采集系统能耗分为总输入能量和末端系统的输入能量：数据采集影响建筑负荷的各个参数：如系统能耗、室内温度、室外温度、室外风速风向、光照等。室内温度：采集的温度要有足够的代表性，包含底层、顶层、阳面、阴面、东侧、西侧、内区等等；室外温度：自测：测点要有代表性，地面、楼顶、阳面、阴面、东侧、西侧等等；利用气象局的实测和预测温度。风速风向光照：光照强度和角度数据采集影响建筑负荷的各个参数：如系统能耗、室内温度、室外温度、室建筑负荷建筑热容建筑热惯性建筑所需能量建筑需能的时间分布水泵与主机的最佳配比数据分析建筑负荷数据分析传统控制（T外，q日，q内）→T内→T供/T回→q入→T内室内温度控制（T外，q日，q内）→T内→q入→T内室外参数控制（温度补偿）（T外，q日，q内）→q入→T内预报参数控制（T外，q日，q内）预测值→预报q入→T内

（c）：

（a）（b）控制模式控制模式节能减排的必要性第二部分节能减排的必要性第二部分能源种类化石能源（传统能源）

煤炭，石油，天然气可再生能源：

太阳能，地热能，水能，风能，生物质能，海洋能核能：

核裂变（15%），核聚变（能量更大，无辐射）新能源：

可再生能源+核能

能源种类化石能源（传统能源）能源消耗2015年能源消费总量43亿吨标准煤

煤炭64%，石油18%，水、风、核、气18%

1995年13万吨，2005年23万吨用途：

我国：建筑25%，工业65%，交通10%发达国家：各三分之一

能源消耗能源危机资源危机化石能源自1973年以来，共采800亿吨，占当时储量85%，现有储量1370亿吨，每年约30亿吨，40-50年环境危机

排放：污染物和碳，温室效应煤天然气新能源能源互联网

能源危机✪雾霾的出现，使得能源与环境危机已经看得见、摸得着，实实在在影响了我们每个人✪化石能源燃烧是产生雾霾的主因✪煤炭燃烧产生大量烟尘，同时还增加了煤、灰、渣等的运输量，造成运输车辆的二次污染✪天然气不仅价格贵，而且燃烧产生Nox也是PM2.5的主要成分

沈阳、长春、哈尔滨等北方主要城市均在供暖初期出现严重雾霾天气双重危机环境污染能源短缺蓝天不再湛蓝空气不再清新非再生矿物能源资源逐渐枯竭双重危机环境污染能源短缺蓝天不再湛蓝非再生矿物能源利用能源的方式加热：各种锅炉，各种工业炉、窑炉做功：蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、热泵

利用能源的方式热能做功的能力热能做功的能力㶲和火无根据能量的做功能力可以将它分为三种类型：（1）可以完全转化为功的能量，如机械能、电能等，这些能量理论上可以百分之百地转化为功或其他形式的能量，其品位是最高的。（2）可部分转化为功的能量，如热能、煤及天然气等化石燃料所拥有的化学能，这些能量只能部分转化为功或其他形式的能量。（3）不能转化为功的能量，如大气环境温度状态下的热能以及上述电厂产生的乏汽中的热能，这种能量只有量，没有质，不能做任何功。能量中可转化为功的部分就是有用能，热力学中称为“㶲”，能量中不能转化为功的部分就是无用能，称为“火无”。㶲和火无根据能量的做功能力可以将它分为三种类型：能量贬值原理设备散热设备生热设备排热能量品位下降（1）热量从高温传向低温，直至接近环境温度。（2）液体从压力高处流向压力低处，直至接近与环境相平衡的压力。（3）物质从浓度高处扩散转移到浓度低处，直至接近与环境相平衡的浓度。（4）物体从高的位置降落到稳定的位置。（5）电荷从高电位迁移到接近于环境的电位。能量贬值原理设备散热（1）热量从高温传向低温，直至接近环境温能量不仅有数量多少的不同，还有品位高低的差异

节约能源，不仅节约量，还要节约质需求低的，尽量用低品位高品位应先用其做功

关于节能关于节能热泵技术第三部分热泵技术第三部分热泵的概念热泵是一种能量品位的提升装置，它可以把温度较低的热能提升为温度较高的热能，使之变成可以利用的能源。它的作用与水泵有着相似之处：水泵通过消耗机械能把水由低处送到高处，提高水的势能；热泵则是消耗一定的高品位能量（如电能），将热能由低温处送到高温处。

热泵的概念热泵是一种能量品位的提升装置，它可以把温度较低的热热泵基本原理

热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。

热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。热泵基本原理热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动压缩式热泵原理蒸气压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热冷凝、节流和吸热蒸发四个主要热力过程，从而在蒸发器中吸收低温热源的热量，以实现供热为目的的热泵循环。压缩式热泵原理蒸气压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷第一类吸收式热泵第一类蒸汽型吸收式热泵的基本原理如图所示，发生器吸收高温热源的热量，生成高温浓溶液和高压水蒸汽，高温浓溶液进入吸收器；发生器生成的高压水蒸气进入冷凝器释放热量供给用户，凝结的高压液态水通过节流阀后变成低压的气液混合物，进入蒸发器吸收低温热源的热量，蒸发生成低压水蒸气，进入吸收器被高温浓溶液吸收，释放热量供给用户；吸收器中的稀溶液温度降低，由溶液循环泵加压输送至发生器，完成发生器和吸收器之间的溶液交换；进入发生器的低温稀溶液通过热交换器与进入吸收器的高温浓溶液换热，进而降低吸收器的冷却负荷，同时减少发生器所需耗热量。第一类吸收式热泵第一类蒸汽型吸收式热泵的基本原理如图所示，发第二类吸收式热泵在吸收器中，溴化锂溶液吸收水蒸汽后浓度变稀，该稀溶液从吸收器出来后经溶液换热器与浓溶液换热，然后进入发生器由中温余热加热，溶液蒸发浓缩，蒸发出来的水蒸汽进入冷凝器冷凝。冷凝器由冷却水塔冷却，冷却水的温度接近环境温度，进入冷凝器的水蒸汽在稍高于冷却水的温度下冷凝，其压力为水在冷凝温度下的饱和蒸汽压力。由于此压力很低，且冷凝器与发生器直接连通，两者压力基本相等，所以发生器中的压力也很低，稀溶液即使由温度较低的中温余热加热也同样能够蒸发出水蒸汽并使溶液浓缩，浓缩后的溶液由溶液泵加压送到吸收器吸收放热，从而完成溶液循环。在冷凝器中冷凝下来的水经水泵加压送入蒸发器由余热加热蒸发为水蒸汽，然后进入吸收器被溶液吸收，同时释放出较高温度的热量。A．吸收器；E．蒸发器；G．发生器；C．冷凝器；SHX．溶液换热器；QA．发生过程放出的热量；QS．外部热源的热量。第二类吸收式热泵在吸收器中，溴化锂溶液吸收水蒸汽后引射式热泵喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力，高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入设备，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位，然后通过混合室进行良好混合，混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力，达到要求的蒸汽压力后供给热用户使用。引射式热泵喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力热泵与锅炉能量来源效率热泵与锅炉能量来源供热能耗供热能耗制冷能耗制冷能耗深部地热能第三部分深部地热能第三部分来源海洋地壳（厚度3～15km）大陆地壳（厚度20～70km）厚2900km厚度2200km内核（固态）外核（液态）地幔地球可看做平均半径6371km的实心球体，主要由三部分组成：地壳、地幔和地核。地壳的温度一般随深度的增加而逐步升高，平均深度每增加100m温度升高3℃左右。地核中心压力可达350万atm，温度可达6000-7000℃。地幔是介于地表和地核之间的中间层，地幔顶部存在一个温度很高的软流层，大致在1000℃以上，有些地方可达2000-3000℃。来源海洋地壳（厚度3～15km）大陆地壳厚2900km厚度2特点深部地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途广，是一种情结的可再生资源。地热能对于人类未来的重要性和现实性将大于其他可再生资源，其主要特点如下：存储量大。据估算，存储于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.7亿倍，全球可采地热资源量为每年500×109GJ，超过当今全球年均一次能源消耗总量。可以高效、稳定、连续地供应。热能平均能源利用效率高达73%，是风电的3-4倍，太阳能的4-5倍，生物质能的1.5倍。地热资源不受外界环境条件的影响，地热发电不仅可以长期稳定地运行，而且可以实现调峰。运行费用低。地热电站的建设与运行费用不仅与风电和太阳能发电相比具有优势，与传统火力发电相比也同样具有竞争力，其发电所需一次能源的成本几乎为零。注：目前整个社会对于深部地热能的优点和作用认识不足，对其开发利用的重视不够，对替代化石能源这一对人类和地球的长期生存至关重要的工作是十分不利的。特点深部地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途存在形式地热资源在地下储存的形式有：蒸汽型热水型地压型干热岩型岩浆型存在形式地热资源在地下储存的形式有：利用深部地热能的应用可分为地热发电和直接利用两大类。高温地热资源通常用于地热发电；而中低温地热资源（主要是地热水）通常用于建筑物供暖、洗浴、医疗、工业品烘干、制冷、农业育秧、温室种植、水产养殖等方面。深部地热能利用的具体形式地热发电工业加热、采暖、制冷和空调用于农业和水产养殖业用于洗浴、医疗和保健利用深部地热能的应用可分为地热发电和直接利用两大类需解决问题深部地热能在应用过程中，还存在一些难点问题需要加以重视和解决：1.高温钻井技术。超高的地层温度以及地层可能大量产水给钻井技术带来了许多挑战，因此，高温井控、高温固井与成井等难题必须解决。2.回灌技术。由于地下热水的开采导致地下水位的严重下降，水位埋深增大，甚至出现地面沉降问题，严重地影响了地热资源的可持续发展。因此，加强回灌是地热可持续发展的根本。目前，部分工程为了减少投资，不对地热水进行回灌，而是直接排放到地表，这样不仅造成资源的大量浪费，而且由于地热水中含有大量的杂质，会污染地表环境，严重时甚至会造成环境灾难。3.杂质问题。地热水和地热蒸汽中通常会有较多腐蚀性物质，如硫酸和铵、铁、铝等硫酸盐；有时还有盐酸、硅酸、硼酸等，在有的热水中还含有二氧化硫、盐酸气等，从而使地热水有一定的腐蚀性，对于金属的取暖器材和管道有很大的腐蚀，导致管材的利用时间严重减少。除此之外，无论热水或蒸汽，都还经常挟带泥砂等固体异物。这些杂质会对地热的利用产生严重的不良影响，必须妥善处理。需解决问题深部地热能在应用过程中，还存在一些难点问题需要加以浅层地热能第四部分浅层地热能第四部分来源—形成过程

地热能来源的三种说法：（1）主要来自大地热流即地球内部；（2）主要来自太阳能；（3）是大地热流和太阳能共同作用的结果。来源—形成过程地热能来源的三种说法：来源—浅层地热的存在形式

地下水、地表水、地下土壤来源—浅层地热的存在形式

地下水、地表水、地下土壤优势分布广泛：浅层地热能在地球表层以下接近均匀分布，到处都有，从地下水、地下土壤和江河湖海等地表水中都能采集到浅层地热能，可以根据项目的条件在周边就近提取和利用，不需要大规模的集中开采和远距离输送，不需要大规模一次性投资建设。储量巨大：据测算，我国近百米内的土壤每年可采集的浅层地热能是我国目前发电装机容量4×108kW的3750倍，而百米以内地下水每年可采集的浅层地热能也有2×108kW。稳定持续：浅层地热能是一种温差势能，其温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。清洁环保：浅层地热能作为一种清洁的可再生能源，主要通过热泵技术进行采集利用。优势分布广泛：缺点1）浅层地热能是一种品位很低的能源，不能作为独立的能源使用，必须借助热泵才能利用，运行时需要消耗一部分高品位能源，主要是电能。如果应用条件不合适、设计施工不合理、产品性能不合格或者运行管理不到位，都有可能造成投资过大或者运行成本过高，不利于浅层地热能的推广应用。2）浅层地热能的采集受所在地水文地质条件的影响较大。尽管浅层地热能理论上均匀分布于地球表层以下，存在于地下水、地下土壤和江河湖海等地表水中。但实际应用中，在不同的水文地质条件下利用浅层地热能的成本差异是相当大的。3）浅层地热能的采集受到场地的限制。采集浅层地热能最常用的方式是地下水井方式和地埋管方式，这两种方式都需要较大的场地。现在城市中建筑的密度越来越大，建筑周边的空地越来越少，这使得利用地下水方式或地埋管方式采集浅层地热能变得十分困难，尤其是地埋管方式，在城市中心地区已经很难实施。缺点1）浅层地热能是一种品位很低的能源，不能作为独立的能源应用意义

浅层地热能属于一种可再生的清洁能源，分布广泛，获取方便，利用热泵技术只需要消耗少量的电，就可以为建筑提供供热和制冷。利用它可以避免远距离输送和管网的建设，可以迅速有效地解决城市周边郊区县、新城区和开发区等热网尚未覆盖地区的建筑供热问题，还可以解决大型公用建筑的冬季供热和夏季制冷问题，可以成为城市集中供热的重要补充。利用浅层地热能可以为各地区的城镇化发展提供能源保证，并进一步推动和促进我国的节能减排和环境保护工作。应用意义需要特别注意的问题地下水源：（1）地下水量的稳定性（2）地下水的回灌（3）地下水的腐蚀和结垢（4）地下水含沙（5）地下水温度平衡土壤源：（1）场地问题（2）造价问题（3）热平衡（4）回填质量需要特别注意的问题地下水源：土壤源：东北大学游泳馆东北大学游泳馆生活余热能第五部分生活余热能第五部分介绍城市每天都会产生大量的污废水，随着城市规模的不断扩大，城市人口的不断增多，城市污水量也越来越多。城市污水的温度一年四季比较稳定，冬季在严寒地区也能保持10℃以上，高于大气环境温度，是热泵比较理想的低温热源介绍城市每天都会产生大量的污废水，随着城市规模的不断温度城市污水温度与地域及季节有关东北地区的长春、沈阳、哈尔滨三个城市的污水处理厂排出的污水冬季最低温度为10℃左右；夏季最高温度为22℃左右。华北地区城市污水水温，冬季一般不低于10℃，夏季不超过30℃。北京高碑店污水处理厂的长期监测结果显示，城市污水水温冬季为13.5~16.5℃，夏季为22~25℃。地处西南的重庆地区，冬季城市生活污水水温一般为15℃，最低不低于13℃，夏季污水温度一般为25~28℃，最高不超过30℃。温度城市污水温度与地域及季节有关资源量根据有关部门的统计数字，2008年全国废水排放总量571.7亿吨，比上年增加2.7%。其中，工业废水排放量241.7亿吨，占废水排放总量的42.3%，比上年减少2.0%；城镇生活污水排放量330.0亿吨，占