地热资源信息化管理概述

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：数据信息化：大数据信息技术：大数据技术

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：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

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。

大数据的意义大数据方法数据的采集、传输、分析和应用采集是基础

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

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

地热资源信息化地热资资源的的类型型蒸汽型型热水型型地压型型岩浆型型干热岩岩型地热资资源的的分布布规律律海量数数据，，多多多益善善与大地地热流流的关关系与地质质结构构的关关系与地理理位置置的关关系与温度度梯度度的关关系与土壤壤岩石石导热热率的的关系系地热井井的变变化趋趋势水量、、水温温、水水质维护、寿命命、运行成成本高效用能：：大数据与智智慧能源准确知道能能源需求的的数量和时时间最小代价生生产和输送送所需要的的能量建筑能源需需求的预测测准确计算建建筑冷热负负荷的难度度大室外天气室内使用情情况建筑自身的的传热特性性按需供能的的难度更大大系统能耗分分为总输入入能量和末末端系统的的输入能量量：系统总输入入能量即系系统总能耗耗（包括主主机和水泵泵等），可可以通过统统计系统总总耗电量和和总耗气量量获得；末端系统统输入的的能量需需要借助助于热量量计来测测量。末端系统统输入的的能量与与总输入入能量的的比值正正是系统统的总能能效比；；数据采集集影响建筑筑负荷的的各个参参数：如如系统能能耗、室室内温度度、室外外温度、、室外风风速风向向、光照照等。室内温度度：采集的温温度要有有足够的的代表性性，包含含底层、、顶层、、阳面、、阴面、、东侧、、西侧、、内区等等等；室外温度度：自测：测测点要有有代表性性，地面面、楼顶顶、阳面面、阴面面、东侧侧、西侧侧等等；；利用气气象局的的实测和和预测温温度。风速风向向光照：光照强度度和角度度数据采集集建筑负荷荷建筑热容容建筑热惯惯性建筑所需需能量建筑需能的时时间分布水泵与主机的的最佳配比数据分析传统控制（T外，q日，q内）→T内→T供/T回→q入→T内室内温度控制制（T外，q日，q内）→T内→q入→T内室外参数控制制（温度补偿））（T外，q日，q内）→q入→T内预报参数控制制（T外，q日，q内）预测值→→预报q入→T内（c）：（a）（b）控制模式节能减排的必必要性第二部分能源种类化石能源（传传统能源）煤炭，石油，，天然气可再生能源：：太阳能，地热热能，水能，，风能，生物物质能，海洋洋能核能：核裂变（15%），核聚变（（能量更大，，无辐射）新能源：可再生能源+核能能源消耗2015年能源消费总总量43亿吨标准煤煤炭64%，石油18%，水、风、核核、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：各各三分之一能源危机资源危机化化石能源自1973年以来，共采采800亿吨，占当时时储量85%，现有储量1370亿吨，每年约约30亿吨，40-50年环境危机排放：污染物物和碳，温室室效应煤天然气新能源能能源互联网✪雾霾的出现，，使得能源与与环境危机已已经看得见、、摸得着，实实实在在影响响了我们每个个人✪化石石能能源源燃燃烧烧是是产产生生雾霾霾的主主因因✪煤炭炭燃燃烧烧产产生生大大量量烟烟尘尘，，同同时时还还增增加加了了煤煤、、灰灰、、渣渣等等的的运运输输量量，，造造成成运运输输车车辆辆的的二二次次污污染染✪天然然气气不不仅仅价价格格贵贵，，而而且且燃燃烧烧产产生生Nox也是是PM2.5的主主要要成成分分沈阳阳、、长长春春、、哈哈尔尔滨滨等等北北方方主主要要城城市市均在在供供暖暖初初期期出出现现严严重重雾雾霾霾天天气气双重重危危机机环境境污污染染能源源短短缺缺蓝天天不不再再湛湛蓝蓝空气气不不再再清清新新非再再生生矿矿物物能能源源资源源逐逐渐渐枯枯竭竭利用用能能源源的的方方式式加热热：：各种种锅锅炉炉，，各各种种工工业业炉炉、、窑窑炉炉做功功：：蒸汽汽轮轮机机、、燃燃气气轮轮机机、、内内燃燃机机、、热热泵泵热能能做做功功的的能能力力㶲和火火无无根据据能能量量的的做做功功能能力力可可以以将将它它分分为为三三种种类类型型：：（1）可可以以完完全全转转化化为为功功的的能能量量，，如如机机械械能能、、电电能能等等，，这这些些能能量量理理论论上上可可以以百百分分之之百百地地转转化化为为功功或或其其他他形形式式的的能能量量，，其其品品位位是是最最高高的的。。（2）可可部部分分转转化化为为功功的的能能量量，，如如热热能能、、煤煤及及天天然然气气等等化化石石燃燃料料所所拥拥有有的的化化学学能能，，这这些些能能量量只只能能部部分分转转化化为为功功或或其其他他形形式式的的能能量量。。（3）不不能能转转化化为为功功的的能能量量，，如如大大气气环环境境温温度度状状态态下下的的热热能能以以及及上上述述电电厂厂产产生生的的乏乏汽汽中中的的热热能能，，这这种种能能量量只只有有量量，，没没有有质质，，不不能能做做任任何何功功。。能量量中中可可转转化化为为功功的的部部分分就就是是有有用用能能，，热热力力学学中中称称为为““㶲㶲”，能量量中不不能转转化为为功的的部分分就是是无用用能，，称为为“火无”。能量贬贬值原原理设备散散热设备生生热设备排排热能量品品位下下降（1）热量量从高高温传传向低低温，，直至至接近近环境境温度度。（2）液体体从压压力高高处流流向压压力低低处，，直至至接近近与环环境相相平衡衡的压压力。。（3）物质质从浓浓度高高处扩扩散转转移到到浓度度低处处，直直至接接近与与环境境相平平衡的的浓度度。（4）物体体从高高的位位置降降落到到稳定定的位位置。。（5）电荷荷从高高电位位迁移移到接接近于于环境境的电电位。。能量不不仅有有数量量多少少的不不同，，还有品品位高高低的的差异异节约能能源，，不仅仅节约约量，，还要要节约约质需求低低的，，尽量量用低低品位位高品位位应先先用其其做功功关于节节能热泵技技术第三部部分热泵的的概念念热泵是是一种种能量量品位位的提提升装装置，，它可可以把把温度度较低低的热热能提提升为为温度度较高高的热热能，，使之之变成成可以以利用用的能能源。。它的作作用与与水泵泵有着着相似似之处处：水水泵通通过消消耗机机械能能把水水由低低处送送到高高处，，提高高水的的势能能；热热泵则则是消消耗一一定的的高品品位能能量（（如电电能）），将将热能能由低低温处处送到到高温温处。。热泵基基本原原理热泵系系统包包括低低温热热源、、高温温热源源、驱驱动源源和装装置本本身四四个组组成部部分。。热泵系系统包包括低低温热热源、、高温温热源源、驱驱动源源和装装置本本身四四个组组成部部分。。压缩式式热泵泵原理理蒸气压压缩式式热泵泵的工工作原原理是是使制制冷剂剂在压压缩机机、冷冷凝器器、膨膨胀阀阀和蒸蒸发器器等热热力设设备中中进行行压缩缩、放放热冷冷凝、、节流流和吸吸热蒸蒸发四四个主主要热热力过过程，，从而而在蒸蒸发器器中吸吸收低低温热热源的的热量量，以以实现现供热热为目目的的的热泵泵循环环。第一类类吸收收式热热泵第一类类蒸汽汽型吸吸收式式热泵泵的基基本原原理如如图所所示，，发生生器吸吸收高高温热热源的的热量量，生生成高高温浓浓溶液液和高高压水水蒸汽汽，高高温浓浓溶液液进入入吸收收器；；发生生器生生成的的高压压水蒸蒸气进进入冷冷凝器器释放放热量量供给给用户户，凝凝结的的高压压液态态水通通过节节流阀阀后变变成低低压的的气液液混合合物，，进入入蒸发发器吸吸收低低温热热源的的热量量，蒸蒸发生生成低低压水水蒸气气，进进入吸吸收器器被高高温浓浓溶液液吸收收，释释放热热量供供给用用户；；吸收收器中中的稀稀溶液液温度度降低低，由由溶液液循环环泵加加压输输送至至发生生器，，完成成发生生器和和吸收收器之之间的的溶液液交换换；进进入发发生器器的低低温稀稀溶液液通过过热交交换器器与进进入吸吸收器器的高高温浓浓溶液液换热热，进进而降降低吸吸收器器的冷冷却负负荷，，同时时减少少发生生器所所需耗耗热量量。第二类吸吸收式热热泵在吸收器器中，溴溴化锂溶溶液吸收收水蒸汽汽后浓度度变稀，，该稀溶溶液从吸吸收器出出来后经经溶液换换热器与与浓溶液液换热，，然后进进入发生生器由中中温余热热加热，，溶液蒸蒸发浓缩缩，蒸发发出来的的水蒸汽汽进入冷冷凝器冷冷凝。冷冷凝器由由冷却水水塔冷却却，冷却却水的温温度接近近环境温温度，进进入冷凝凝器的水水蒸汽在在稍高于于冷却水水的温度度下冷凝凝，其压压力为水水在冷凝凝温度下下的饱和和蒸汽压压力。由由于此压压力很低低，且冷冷凝器与与发生器器直接连连通，两两者压力力基本相相等，所所以发生生器中的的压力也也很低，，稀溶液液即使由由温度较较低的中中温余热热加热也也同样能能够蒸发发出水蒸蒸汽并使使溶液浓浓缩，浓浓缩后的的溶液由由溶液泵泵加压送送到吸收收器吸收收放热，，从而完完成溶液液循环。。在冷凝凝器中冷冷凝下来来的水经经水泵加加压送入入蒸发器器由余热热加热蒸蒸发为水水蒸汽，，然后进进入吸收收器被溶溶液吸收收，同时时释放出出较高温温度的热热量。A．吸收器；；E．蒸发器；；G．发生器；；C．冷凝器；；SHX．溶液换热热器；QA．发生过程程放出的热热量；QS．外部热源源的热量。。引射式热泵泵喷射式热泵泵的工作原原理是以蒸蒸汽减压前前后的能量量差为动力力，高压蒸蒸汽通过喷喷嘴时产生生高速气流流，在喷嘴嘴出口处产产生低压区区，在此区区域将低压压蒸汽吸入入设备，高高压蒸汽在在膨胀的同同时压缩低低压蒸汽，，用高压蒸蒸汽的裕压压提高低压压蒸汽的品品位，然后后通过混合合室进行良良好混合，，混合后的的蒸汽再通通过扩压室室恢复部分分压力，达达到要求的的蒸汽压力力后供给热热用户使用用。热泵与锅炉炉能量来源效率供热能耗制冷能耗深部地热能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（液态态）地幔地球可看做做平均半径径6371km的实实心球体，，主要由三三部分组成成：地壳、、地幔和地地核。地壳的温度度一般随深深度的增加加而逐步升升高，平均均深度每增增加100m温度升升高3℃左左右。地核中心压压力可达350万atm，温温度可达6000-7000℃。地幔是介于于地表和地地核之间的的中间层，，地幔顶部部存在一个个温度很高高的软流层层，大致在在1000℃以上，，有些地方方可达2000-3000℃℃。特点深部地热能能是一种特特殊的矿产产资源，其其功能多，，用途广，，是一种情情结的可再再生资源。。地热能对对于人类未未来的重要要性和现实实性将大于于其他可再再生资源，，其主要特特点如下：：存储量大。。据估算，，存储于地地球内部的的热量约为为全球煤炭炭储量的1.7亿倍倍，全球可可采地热资资源量为每每年500×109GJ，超过过当今全球球年均一次次能源消耗耗总量。可以高效、、稳定、连连续地供应应。热能平平均能源利利用效率高高达73%，是风电电的3-4倍，太阳阳能的4-5倍，生生物质能的的1.5倍倍。地热资资源不受外外界环境条条件的影响响，地热发发电不仅可可以长期稳稳定地运行行，而且可可以实现调调峰。运行费用低低。地热电电站的建设设与运行费费用不仅与与风电和太太阳能发电电相比具有有优势，与与传统火力力发电相比比也同样具具有竞争力力，其发电电所需一次次能源的成成本几乎为为零。注：目前整整个社会对对于深部地地热能的优优点和作用用认识不足足，对其开开发利用的的重视不够够，对替代代化石能源源这一对人人类和地球球的长期生生存至关重重要的工作作是十分不不利的。存在形式地热资源在在地下储存存的形式有有：蒸汽型热水型地压型干热岩型岩浆型利用深部地热能能的应用可可分为地热热发电和直直接利用两两大类。高高温地热资资源通常用用于地热发发电；而中中低温地热热资源（主主要是地热热水）通常常用于建筑筑物供暖、、洗浴、医医疗、工业业品烘干、、制冷、农农业育秧、、温室种植植、水产养养殖等方面面。深部地热能能利用的具具体形式地热发电工业加热、、采暖、制制冷和空调调用于农业和和水产养殖殖业用于洗浴、、医疗和保保健需解决问题题深部地热能能在应用过过程中，还还存在一些些难点问题题需要加以以重视和解解决：1.高温钻井技技术。超高的地层层温度以及及地层可能能大量产水水给钻井技技术带来了了许多挑战战，因此，，高温井控控、高温固固井与成井井等难题必必须解决。。2.回灌技术。。由于地下热热水的开采采导致地下下水位的严严重下降，，水位埋深深增大，甚甚至出现地地面沉降问问题，严重重地影响了了地热资源源的可持续续发展。因因此，加强强回灌是地地热可持续续发展的根根本。目前前，部分工工程为了减减少投资，，不对地热热水进行回回灌，而是是直接排放放到地表，，这样不仅仅造成资源源的大量浪浪费，而且且由于地热热水中含有有大量的杂杂质，会污污染地表环环境，严重重时甚至会会造成环境境灾难。3.杂质问题。。地热水和地地热蒸汽中中通常会有有较多腐蚀蚀性物质，，如硫酸和和铵、铁、、铝等硫酸酸盐；有时时还有盐酸酸、硅酸、、硼酸等，，在有的热热水中还含含有二氧化化硫、盐酸酸气等，从从而使地热热水有一定定的腐蚀性性，对于金金属的取暖暖器材和管管道有很大大的腐蚀，，导致管材材的利用时时间严重减减少。除此此之外，无无论热水或或蒸汽，都都还经常挟挟带泥砂等等固体异物物。这些杂杂质会对地地热的利用用产生严重重的不良影影响，必须须妥善处理理。浅层地热能能第四部分来源—形成过程地热能来源源的三种说说法：（1）主要来自自大地热流流即地球内内部；（2）主要来自自太阳能；；（3）是大地热热流和太阳阳能共同作作用的结果果。来源—浅层地热的的存在形式式地下水、地地表水、地地下土壤优势分布广泛：浅层地热能能在地球表表层以下接接近均匀分分布，到处处都有，从从地下水、、地下土壤壤和江河湖湖海等地表表水中都能能采集到浅浅层地热能能，可以根根据项目的的条件在周周边就近提提取和利用用，不需要要大规模的的集中开采采和远距离离输送，不不需要大规规模一次性性投资建设设。储量巨大：据测算，我国国近百米内的的土壤每年可可采集的浅层层地热能是我我国目前发电电装机容量4×108kW的3750倍，而百米以以内地下水每每年可采集的的浅层地热能能也有2×108kW。稳定持续：浅层地热能是是一种温差势势能，其温度度一年四季相相对稳定，冬冬季比环境空空气温度高，，夏季比环境境空气温度低低，是很好的的热泵热源和和空调冷源。。清洁环保：浅层地热能作作为一种清洁洁的可再生能能源，主要通通过热泵技术术进行采集利利用。缺点1）浅层地热能能是一种品位位很低的能源源，不能作为为独立的能源源使用，必须须借助热泵才才能利用，运运行时需要消消耗一部分高高品位能源，，主要是电能能。如果应用条件件不合适、设设计施工不合合理、产品性性能不合格或或者运行管理理不到位，都都有可能造成成投资过大或或者运行成本本过高，不利利于浅层地热热能的推广应应用。2）浅层地热能能的采集受所所在地水文地地质条件的影影响较大。尽管浅层地热热能理论上均均匀分布于地地球表层以下下，存在于地地下水、地下下土壤和江河河湖海等地表表水中。但实实际应用中，，在不同的水水文地质条件件下利用浅层层地热能的成成本差异是相相当大的。3）浅层地热能能的采集受到到场地的限制制。采集浅层地热热能最常用的的方式是地下下水井方式和和地埋管方式式，这两种方方式都需要较较大的场地。。现在城市中中建筑的密度度越来越大，，建筑周边的的空地越来越越少，这使得得利用地下水水方式或地埋埋管方式采集集浅层地热能能变得十分困困难，尤其是是地埋管方式式，在城市中中心地区已经经很难实施。。应用意义浅层地热能属属于一种可再再生的清洁能能源，分布广广泛，获取方方便，利用热热泵技术只需需要消耗少量量的电，就可可以为建筑提提供供热和制制冷。利用它它可以避免远远距离输送和和管网的建设设，可以迅速速有效地解决决城市周边郊郊区县、新城城区和开发区区等热网尚未未覆盖地区的的建筑供热问问题，还可以以解决大型公公用建筑的冬冬季供热和夏夏季制冷问题题，可以成为为城市集中供供热的重要补补充。利用浅浅层地热能可可以为各地区区的城镇化发发展提供能源源保证，并进进一步推动和和促进我国的的节能减排和和环境保护工工作。需要特别注意意的问题地下水源：（1）地下水量的的稳定性（2）地下水的回回灌（3）地下水的腐腐蚀和结垢（4）地下水含沙沙（5）地下水温度度平衡土壤源：（1）场地问题（2）造价问题（3）热平衡（4）回填质量东北大学游泳泳馆生活余热能第五部分介绍城市每天都会会产生大量的的污废水，随随着城市规模模的不断扩大大，城市人口口的不断增多多，城市污水水量也越来越越多。城市污污水的温度一一年四季比较较稳定，冬季季在严寒地区区也能保持10℃以上，高于大大气环境温度度，是热泵比比较理想的低低温热源温度城市污水温度度与地域及季季节有关东北地区的长长春、沈阳、、哈尔滨三个个城市的污水水处理厂排出出的污水冬季季最低温度为为10℃左右；夏季最最高温度为22℃左右。华北地区城市市污水水温，，冬季一般不不低于10℃，夏季不超过过30℃。北京高碑店污污水处理厂的的长期监测结结果显示，城城市污水水温温冬季为13.5~16.5℃，夏季为22~25℃℃。地处西南的重重庆地区，冬冬季城市生活活污水水温一一般为15℃，最低不低于于13℃，夏季污水温温度一般为25~28℃℃，最高不超过过30℃。资源量根据有关部门门的统计数字字，2008年全国废水排排放总量571.7亿吨，比上年年增加2.7%。其中，工业业废水排放量量241.7亿吨，占废水水排放总量的的42.3%，比上年减少少2.0%；城镇生活污污水排放量330.0亿吨，占废水水排放总量的的57.7%，比上年增加加6.4%。根据2006年我国各地区区城市污水排排放及处量情情况有关统计计数据，全国国31个地区及城市市的污水厂中中排放的二级级水，赋存的的热量为1871~71365GJ/d，赋存的冷量量为2835~108129GJ/d，这个数字还还在逐年递增增。特点（1）丰富、稳定定，而且逐年年增加。在污污水处理厂或或城市主排水水管线附近采采用污水源热热泵技术，比比地下水源热热泵技术和土土壤源热泵技技术投资更低低。由于水文文地质条件的的动态变化会会对地下水源源热泵和土壤壤源热泵的应应用产生不确确定性的影响响，因此应用用污水源热泵泵风险更小。。（2）城市污水的的温度虽然随随季节和气候候变化，但也也相对稳定。。其水温的稳稳定性相较地地下水和地下下土壤差，但但较地表水好好得多。（3）城市污水中中热能的回收收利用属于循循环经济的范范畴，限制性性因素较少。。而地下水、、地下土壤和和地表水在使使用过程中需需要充分考虑虑对自然环境境与周边建筑筑的影响。类型1.原生污水（1）含有较多污污杂物，需要要解决堵塞问问题。（2）含有腐蚀蚀性物质，，需要解决决设备的防防腐问题。。（3）只有在城城市主排水水管线周边边的建筑可可以利用。。（4）水温具有有波动性。。尤其在雨雨水和污水水管线没有有分离的城城市，雪后后污水温度度偏低，影影响热泵系系统的效率率。2.再生水3.可局部循环环利用的特特殊污水应用随着城镇化化的发展，，城市生活活废水量不不算增加，，可利用的的城市与热热源也在不不断增加。。应用热泵泵技术将余余热提取出出来应用到到生活中是是资源节约约最直接、、最有效的的方式。例例如，用生生活余热加加热洗浴热热水、工业业生产工程程中的低温温预热过程程等。阳光一百工业余热能能第六部分工业余热工业余热——介绍1）我国工工业能源消消耗现状1．数量巨大大，我国能源源消费总量量已位居世世界第一位位，并且还还在持续强强劲增长。。2．利用效率率低，能源综合合利用率只