韩 云，孙春辉，翟晓莹，岳党教，赵 杨

（西安陕鼓动力股份有限公司，陕西 西安 710075）

随着各地区环保节能的压力越来越大，陆续出现了多种供热技术，而中深层地热技术无疑是众多技术当中发展最快、节能最有效的技术。特别是中国煤炭地质总局水文地质局发出“取热不取水”技术成果以后，彻底解决了多年以来由于开采地下水难以回灌带来的水位下降的顽疾，又为此项技术提供了新的发展动力和方向。为了解决每口地热井取热量偏低的问题，近年来又出现了U型地热对接井技术。而为了解决每口地热井流量受限问题，结合现有热泵技术的改进和改造，中深层地热深度利用技术也得到了广泛的普及。

1 U型地热对接井技术

近些年来，陕西部分专业地热公司在地热开发中做出了不可磨灭的贡献，也取得了很大的经济和节能减排效益，但是换热直井由于经济和技术所限，目前也存在套管的尺寸不能太大、换热管管径受限、热交换的水量较小等问题。陕煤地质集团公司改变了直井取热的方式，将直井与水平工程井进行对接，形成U型地热对接井（见图1）。这项技术不但大幅度增加了地下换热器的换热面积，还显著减少了打井数量，其社会效益尤为显著。

图1 U型对接井结构示意图

与传统直井（套管式）相比，U型对接井主要有如下特点：

（1）通过在钻孔中安装一种密闭的金属换热器（地下换热器采用耐高压、耐腐蚀、耐高温的特种钢材制造），并在内充满换热介质，能够通过换热器传导将地下深处的热能导出，并通过专用设备系统向地面建筑物供热。

（2）U型对接井包括直井段、对接井及水平段，水平段增大了地下换热面积，从而保证建筑的热需求。井口大小同套筒型地热井，井的口径约为200mm。

（3）由于存在转弯半径的问题，两井距离1km较佳，最小距离为200m，这为该技术在大面积、大项目的使用上提供了极大的可能性。从200m到数公里长的地下换热器下，能够有效保证换热效果，同时降低热衰减的发生可能性。

（4）该技术具有热源温度更高（地下2000m以下干热岩岩体热源可达80℃）且恒定，单个换热井具备换热面积大、运行成本低、节能环保性强等特点，可大规模用于商业建筑、民用住宅、政府学校等建筑，也可用于园区和区域供热规划。

（5）U型对接井的造价为两口套筒型井的造价之和略多一些，但综合性价比较高。

2 中深层地热深度利用技术

中深层地热供暖技术是指钻机向地下一定深处高温热储层钻孔，在钻孔中安装一种密闭的金属换热器（地下换热器采用耐高压、耐腐蚀、耐高温的特种钢材制造），在内充满换热介质，通过换热器传导将地下深处的热能导出，并通过专用设备系统向地面建筑物供热的新技术。

但是，由于受到地热井的管径和地下换热器面积限制，地热井在流量和温降上同样受到了很大的限制。目前比较多的厂家采用的直井流量约为120m³/h，而单台热泵机组本身蒸发器不可能做得巨大，一般单台非定制热泵源侧的水温差做到10℃是比较理想的状态，但带来的问题是单位流量的热源侧热量没有得到充分的利用。鉴于该现状，中深层地热的深度利用技术应运而生。地热深度利用技术是将地热水热量采取小温差多次提取，最大程度上获取地热能量，最终以较低的温度进入井侧换热。对于取水型地热的利用，国内已采用低温回灌的地热水梯级利用技术，该技术在实际项目中也得到了普遍应用。但为了区别，此次将地下换热器地热利用因采用低温回水的方式叫作“地热深度利用技术”。目前大多数工程对地热的利用仍然采取低温差形式，造成了很大的资源浪费。

地热深度利用技术是用多级热泵机组多次利用地热，一般设一级为离心高温热泵机组，二级为螺杆热泵机组。该技术系统可深度利用地热能，地热水供回水温度为5～45℃，供回水温差至少40℃，可将地热带上来的热量用尽。一方面，大温差可降低地热侧水流量需求，也可大幅度降低地热侧的输配能耗；另一方面，大温差可提高地下换热器的换热效率，一举两得。另外，一级供热热泵可采用高温型，供老旧小区采暖系统，其他可供空调采暖和地辐等低温用热系统。

3 U型地热对接井技术和地热深度利用技术的耦合

3.1 U型对接井的实用性

U型对接井主要的技术革新点在于大幅度增加了地下换热器的面积，但与此同时，U型井两井间的距离少则200m，多则几千米，同时也导致换热器的阻力成倍增加。目前，对接井技术还处于推广阶段，仍未进入“量产”阶段，因此其造价相对高昂，井数过多也非一般业主所能承受，其实用性不佳。U型对接井要在技术和管理上更上一个台阶，降低成本，才能够真正意义上提高其实用性，才能“接地气”。

3.2 多级热泵机组的实用性

由于取水回灌型地热系统的梯级利用技术已比较成熟和普及，虽然“取热不取水”套管型地热利用在热源水品质上相对较低，但对热泵来说却有很大的适应性。高温水进入蒸发器引起压缩系统超压报警的概率会显著降低，在地热水的深度利用方面有更高的实用性。多级热泵机组对中深层地热的深度利用上还需要有更好的控制逻辑，以提高各类热泵机组在不同蒸发温度和冷凝温度下的适应性。

3.3 U型对接井+多级热泵地热深度利用的实用性

中深层地热深度利用的条件在于有源源不断的源侧热能提供给热泵机组，而U型对接井的“超级”地下换热器就为地热能的深度利用提供了天然可靠、无缝耦合的条件。

中深层地热深度利用技术在系统控制上较为复杂，集成后的流程系统见图2。需要注意的是，虽然U型对接井可以显著减少用户打井数量，但因为井道半径和长距离换热通道的需要，该方案比较适用于区域供热、园区以及大型小区等大项目供热，其规模对其普及性有一定的影响，但就技术本身而言，可以为用户提供可靠的供热技术保障。

4 结束语

图2 U型对接井与地热深度利用技术耦合流程图

在套管型中深层地热深度利用的成熟基础之上，文章建议采用更为可靠的U型对接井+多级热泵地热深度利用的复合技术，这样可有效避免热平衡问题，也可以显著降低中深层地热系统供热的运行成本，这也是未来供热的一个重中之重的发展方向。