王玉哲
哈尔滨市华能集中供热有限公司 黑龙江 哈尔滨 150076
摘要：我国有着较为广泛分布的地热资源，与此同时还有着良好的开采条件，但是在进行开发利用的过程中仍存在技术方面的局限性，所以导致我国广泛面临着地热资源浪费严重的现象。基于此，有必要强化开展对于地热梯级利用供热系统优化运行策略的深入分析，进而切实保障工程对于地热资源的利用效率，真正落实可持续发展的目标。
关键词：地热能；梯级利用；供热系统
引言：本文从控制方案以及优化策略两方面内容着手，对基于地热梯级利用供热系统运行的优化途径进行了详细分析，旨在为相关人员提供参考，进而促进后续相关工程的持续平稳进行。
1地热能源开发利用过程中引发的环境问题
1.1地面沉降
从地质角度而言，能够引起地面沉降的原因有多种，其一是在自然重力的影响下，地表上的松散地层会由于重力变为更加紧密、密度更高的坚硬地层，而由于密度增高的原因，整个地层的厚度自然就变薄，从而就会导致地面沉降；其二就是由于地震等地壳运动导致地面沉降；其三就是地质的构造作用引起地面沉降[1]。而如今，由于人类大量、无序开采地下能源等行为，间接引发了地面的沉降，这对地球环境会造成很大危害。当人们过度地开采地热水后，地下水位下降，于是地层的平衡就会因水位下降的原因而遭到破坏，从而使得地层的有效应力增加，进而导致地面沉降的情况发生。如今随着我国大力开采地热能源，我国多地均出现了地面沉降的情况，所以相关部门在开采时应尽量节制，并且相处更合适的开采方法。
1.2热污染
在如今我国对地热能源的利用不充分的情况下，在环境中极易产生热污染，而热污染就是地热能源在被利用时会向周围的环境释放许多的热量，而这些热量则会严重影响到环境。目前我国对地热能源的利用仍然十分单一，对地热能源的利用率仍然不高，这不仅会造成资源的浪费，而且还会造成大程度的热污染。而热污染对环境的危害又十分巨大，由于地热水的温度过高，很多水生物的生存就会受到影响；除此之外，地热水中矿物质含量过高，若是直接排入水体，则会造成水体的富营养化，对水体环境也会造成不小危害；不仅如此，由于地热水的高温影响，空气中水蒸气的对流速度也会提高，从而使得地面大气中水蒸气散失过快，进而导致土地失水。
1.3引发地震
虽然地热能源在生活中十分重要，但其本身除了是可再生能源外，还是地壳的重要组成部分，它的存在有助于维持地层的稳定。若是人类过度的开采地热水，那么地下深层的结构平衡就会受到破坏，从而容易引发浅源地震，这对人类的正常生活会产生很大影响。而如今在我国西安等地，自从大力开采地热水能源之后，西安等地的地震活动就更加频繁，而这就代表着开采地热能源与地震的活动性有着紧密联系。虽然如今因为开采地热能源而引发的地震并不多，并且震感也并不强烈，但相关部门仍不能放松警惕，必须更加严格地进行监督与防范。
2基于地热梯级利用供热系统运行的优化途径
2.1控制原则
因为地热梯级利用供热系统本身具有一定的复杂性，所以为了能够切实保障其平稳运行，务必要严格遵循以下几方面的控制原则：首先，应当在现有的基础上尽可能提高地热资源的利用效率，并最大限度实现对于辅助加热系统能量的节约。当热负荷变小的时候，需要降低当前的辅助加热量。而当出现热负荷大幅度降低的情况之后，工作人员需要对热泵机组进行逐级关停，并逐渐减小地热水的流量。若是将热泵机组关停之后，地热水难以同供热负荷需求相符合的时候，工作人员要开展对于热泵机组开启以及辅助加热系统之间经济性的对比工作，进而实现对于最佳运行模式的确定。其次，应当确保热泵机组有着最佳的工作效率，结合热泵机组运行的实际特性以及热负荷需求等多方面影响因素，对机组开启的运行策略进行明确。
最后，应当注重使用质量并调的调节方式，在系统调节的基础上进一步降低输配能耗，主要是通过对于地热潜水泵以及各级循环水泵等变频控制，在负荷与位数排放条件的基础上针对水泵进行变频，再经过多方程的联合运算，得到最优流量。
2.2优化策略
（1）散热器系统
散热器系统是地热梯级利用供热系统运行的重要基础部分，在进行优化的过程中应当严格从上文所述的控制原则出发，在保障其能够同热负荷需求相适应的同时，对板式换热器的一次侧和二次运行流量展开优化调节工作，进而高效达到降低系统输配能耗的效果，与此同时减少地热水原本的换热量。为了能够有效规避系统处在低负荷工况下产生“大流量，小温差”的问题，对板式换热器二次的水泵流量进行调节，结合系统水力平衡的相关要求来看，其最小流量应当在系统总流量的60%以上。因此，基于综合分析的相关结果，决定分别采用系统循环水量的60%、70%、80%、90%以及100%进行二次侧条件，并使用逐步增加的方式。当具体开展循环水量调节的过程中，结合系统的调节公式能够对板式换热器二次侧的供回水温度进行确定，然而对于系统水量的调节工作会在一定程度上对板式换热器的换热量造成影响，基于现有的供回水温度的约束条件以及板式换热器的热量平衡方程能够对其二级板换的循环水量进行确定，接下来再开展对于系统的热力计算，明确热水最小流量以及板式换热器一次侧的出水温度。
（2）地板辐射采暖系统
对于地板敷设采暖系统来说，其在供热方面主要是发挥两部分的作用，分别为来自二级板式换热器的换热，以及当换热量难以同负荷需求相适应的情况下，则会将燃气锅炉或者是热泵机组开启，以达到良好的供热效果，经过计算可以得出以下几方面的优化策略：当负荷仍处在相对较小情况的时候，将二级板式换热器开启进行换热，那么负荷侧循环水泵便会随着室外温度的变化，从60%处开始出现调节变化。当工作人员展开对于水源热泵以及地板敷设采暖系统板式换热器进行供热量计算的时候，应当结合室外温度具体的变化情况，对负荷侧循环数量展开优化调节工作，综合考虑能量守恒方程及其具体的约束条件，进而得出能够满足热负荷需求的最佳地热水循环水量。一旦在负荷不断增加过程中产生了板式换热器的换热量无法符合系统热负荷需求的时候，便应当第一时间将水源热泵机组开启。
工作人员在开启水源热泵机组的过程中应当对负荷侧进入板式换热器和水源热泵机组的水量进行优化调节，以保障其可以充分满足系统的热负荷需求。当处在负荷率在70%的条件下，对于一次侧的地热水来说，其流量主要是根据室外温度的变化情况而产生变化，而二次侧的流量则是设计流量的60%左右。当处在负荷率在70%-75%之间的条件下，那么一次侧的流量具体应当是设计流量的70%，接下来在二次侧开启一台热泵机组，为了切实提升板式换热器的换热质量以及效率，应当将板式换热器二次侧的流量设定为设计流量的70%，热泵机组的流量应当是设计流量的30%。若是室外温度在3℃以下，那么系统总的循环水量基本同设计循环水量相一致。与此同时，还要针对二级板换二次侧同热泵机组之间的循环数量比值进行调节，来达到保障供给热负荷的效果。
结束语：综上所述，优化提升地热梯级利用供热系统的运行效率，能够切实保障地热资源的利用效率，对于社会经济平稳运行以及可持续发展有着积极的促进作用。基于此，务必要优化应用地热梯级利用技术，最大限度减少环境污染以及资源浪费等问题，并达到资源的最优配置效果。
参考文献：
[1]孙晓程.探究我国地热资源与可持续开发利用[J].门窗,2019(18):254-255.
[2]吕沛志.无干扰地岩热能梯级利用系统的优化[D].西安石油大学,2019.
[3]江接波.无干扰地岩热能梯级利用工程监测系统研究[D].西安石油大学,2019.
[4]申超,姜磊,于晓菲,卢雄.西安市地热利用概况及对策建议[J].石化技术,2018,25(11):265-266.
[5]秦耀军,张平平.山东省砂岩热储地热资源开发利用模式探讨[J].山东国土资源,2018,34(10):93-98.
[6]别凡.地热发展要注重梯级利用[N].中国能源报,2018-07-09(004).