国家能源局入编案例：北京世园会安置房（博园雅居）中深层地热热泵供暖项目

国家能源局入编案例

北京世园会安置房（博园雅居）

中深层地热热泵供暖项目

一、项目基本情况

项目名称：北京世园会安置房（博园雅居）中深层地热热泵供暖项目；

项目类型：可再生能源供暖（制冷）项目；

建设规模：28.1万㎡；

建设单位：北京华清荣昊新能源开发有限责任公司；

总投资：4267万元；

建成运行时间：2017年建成，已有6个供暖季；

所在地能源供应消纳条件：中深层地热、天然气；

群众收入水平：2022年全年全区居民人均可支配收入41206元；其中，城镇居民人均可支配收入55451元；

可再生能源资源条件：地热井深在1880-2463m之间，单井最大出水量4800m3/d，地热水出水温度58℃，地热水回灌温度25℃；

项目区生态环境敏感因素：可现实100%的回灌要求，对生态环境无任何负面影响。

图1  项目区块总平面图

二、技术路线及工艺流程

1. 负荷情况

负荷情况：设计供暖热负荷10.13MW，折合单位㎡用热负荷为36W/㎡。

用能场景：居民冬季供热，末端系统为地板辅射供暖。

用能需求：每年11月5日至次年3月25日，全天24h供热。

2. 技术路线

技术思路：采用“地热+热泵+燃气锅炉调峰（备用）”的复合式供热系统，方案遵循技术安全可靠、投资运行经济合理的原则进行设计。建设1个集中的中心热泵机房系统，地热水统一输送到中心热泵机房，通过梯级利用和热泵方式，逐级降低地热水的温度，换热后地热尾水通过回灌井回灌到同一热储层中。地热+热泵即可满足供暖需求，此外按照总热负荷需求配置一套燃气锅炉系统，作为本项目调峰（备用）热源，提高系统的安全性。

图2  系统流程图

技术特点：本项目采用地热水以灌定采的利用原则，设置5眼地热井，2抽3灌。根据2018年3月27日至2018年3月30日进行的抽灌试验，两口抽水井最大出水量合计400m3/h，三口回灌井最大回灌量合计399 m3/h。当前实际使用的最大出水量325 m3/h,可实现地热水100%回灌利用。

通过板式换热器及高效热泵机组，实现地热水梯级利用；配置调峰（备用）热源，实现多能互补，同时提高系统安全稳定性；搭建智慧能源管控平台，实现全过程数字化管理（包括地热水水量、温度、压力；一次管网供回水温度、压力；室内温度、室外环境温度等），通过监测数据，指导现场人员实时调整运行策略。

技术适应性：

国外利用现状。国际上地热应用规模大，应用程度高的国家有美国、冰岛、意大利、新西兰等。其中尤以冰岛地热利用比例最高，15世纪开始，冰岛人就懂得利用地热资源为生产生活服务。进入20世纪以来，开始大规模地利用地热资源供热和发电。目前，全冰岛87%的家庭实现了地热供暖，首都雷克雅未克市被誉为“无烟城”。地热在法国是继水力、生物质能、城市固体垃圾之后的第四位可再生能源，占总能源的比例为0.44%，居世界第10位，目前地热能已用于20万个住宅的供暖及热水供应。尤其是法国巴黎的热储层与北京的相似，具有很好的参考意义。

国内利用现状。近40年来我国在北京、天津、河北、西安、大庆、华北油田等地区，开展了不同规模、不同用途的地热应用实践，用于城市供暖、发展温泉洗浴、温泉宾馆等特色休闲产业、以及温室大棚种植特色养殖等，同样取得了较好的效果和较多的应用经验。目前，北京地区已钻地热井400多个，实现供暖面积超1000万㎡，其中：

2003年，全国最大地热供暖项目－北苑家园项目投入使用，该项目钻凿3眼3600m深的地热井，采用地热+热泵的地热水梯级利用技术为40.6万㎡的建筑提供冬季供暖，已成功运行12年，运行效果良好；

2005年，延庆监狱地热供暖项目整体完工，项目钻2眼2000m左右的地热井，利用地热水进行供暖及洗浴，已成功运行10多年，效果良好；

2008年，延庆三里河燃煤锅炉改造项目采用进行供暖，钻凿2眼地热井，满足17.1万㎡建筑供暖需求，已成功运行7年，效果良好；

2012年，格兰山水二期项目，设计采用5眼地热井为40万㎡的建筑提供供暖，目前已有约28万㎡的建筑已投入使用4年，运行效果良好。

综上所述，地热供暖在国外、国内以及北京和延庆等均有成功应用，是一项非常成熟的地热利用技术。

3. 系统配置

地热井及配套工程：5眼地热井、5个地热井井室、5套地热井口装置；地热井与建筑物同寿命。

中心热泵机房：包含热泵机组、燃气锅炉、循环水泵、板式换热器等设备及管线阀门、配电控制系统等的采购安装。

地热水输送管网：5眼地热井到中心热泵机房的地热水输送管网约2.5km（管线的地面距离）。

一次供热输送管网：中心热泵机房到各建筑地块的一次供热输水管网约3.0km（管线的地面距离）。

4. 运行情况

能源消耗种类和数量：本项目能源消耗主要为电力及自来水，2022－2023年供暖运行消耗总电量996370kWh，总自来水量2835t（电费按照大工业电价标准结算，水费按照一般工商业水费标准结算）。

运行时间：每年11月5日至次年3月25日。

综合能耗：2022-2023年总供暖面积264500 ㎡，总供热量19526770kWh，折合供热能耗73.8kWh/㎡。热泵机组单台制热量3062kW，单台制热功率596kW，热泵机组能效5.14。

当前系统地热水一级换热可满足大部分热负荷需求（约78%），极端天气条件时开启高效热泵机组。2022－2023年供暖季综合能效为19.6（总供热/总电量）。

三、经营模式

投资方式：本项目采用BOO能源投资方式。

价格政策：参照北京市（延庆区）供暖收费标准（30元/㎡/供暖季）。

收费模式：按供暖建筑面积收取。

交易模式：供暖前一次性缴纳。

经营方式：由能源公司负责投资建设运营热源系统，负责冬季供暖的运行和维修维护，为居民供热，每年向居民收取冬季供暖使用费。

四、效益分析

1. 经济效益

2022-2023年冬季供暖综合成本折合11.55元/㎡（包含电费、水费、水资源税、人工及维护成本等），项目静态收益率8.2%，12.1年收回成本。较传统燃气锅炉供暖，直接能源运行费用可实现大幅度减低，每年可节省约489万元。

2. 环保效益

地热热泵供暖社会效益显著。根据2022-2023实际运行数据测算，和采用燃气锅炉供暖相比，一个供暖季可减排二氧化碳（CO2）6993t、碳氢化合物（CnHm）1.27t、氮氧化物（NOx）10.25t，二氧化硫（SO2）56.6t，粉尘28.3t。环保效益显著。

3. 社会效益

本项目的建设不仅能够有效节约能源，改善环境质量，美化城市面貌，而且符合建设延庆生态县的文明称号。本项目属于节能环保工程，项目旨在引领区、县节能减排，符合市政府及地区经济发展要求，符合社会进步发展趋势。

五、突出亮点

1. 技术路线、系统集成、管理水平

以灌定采，采灌均衡、水热均衡、取热不耗水、水质不污染、地热水100%回灌；项目实现地热水的梯级利用，满足了小区的冬季供暖，结合高效热泵回收地热尾水热能；降低了地热水回灌温度；燃气锅炉作为调峰（备用）热源，多能互补，提高系统安全保障性；搭建智慧能源管控平台，实现了数字化管理全过程。

2. 建设模式、利用方式、开发效果

本项目采用BOO能源投资模式建设地热+热泵+燃气锅炉调峰（备用）的复合式供热系统，实现了北京世园会安置房（博园雅居）28.1万㎡冬季供热，2017年投入运行，目前已完整运行6个供暖季，居民用户满意度高。

3. 经济效益、环境效益、社会效益

“双碳”战略是解决我国资源环境约束突出问题、实现可持续、高质量发展的重大战略部署。目前我国“双碳”目标实现的关键是能源结构转型，即通过建设互补高效的能源生态网，打造双碳经济新的增长。而地热能就是这种具备极大开发潜力的综合性清洁能源。因此合理利用能源、节约能源显得尤为重要。

延庆区依托“世园会和2022冬奥会”两大引擎确定建设国际一流的生态文明示范区，大力发展旅游产业，推动经济发展的目标，其中，防治大气污染，让区域空气更加清洁是实现目标的重要组成部分。本项目利用的是清洁的可再生能源的一种技术，项目运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，换热介质依靠管道循环泵封闭流动，不与地下水混合接触。因此，本系统不需要抽取和回灌地下水，对地下水资源没有任何影响，也不会对周围土壤环境造成任何影响。对环境非常友好，是理想的绿色环保产品，并具有可持续发展性。

因此，“地热能+热泵”供暖系统对环境是非常友好的，是理想的绿色环保产品，是改善城市空气质量的有效措施，是实现生态规划建设的有力保障，是推动“世园会及冬季奥运会“成功举办的强劲助力。综合效益明显。

六、问题和建议

为了加快开发利用地热能这一清洁能源，中国对这一产业给予了大力支持。国家发展和改革委员会等8个部门联合印发《关于促进地热能开发利用的若干意见》，提出到2025年，地热能供暖和制冷面积要比2020年增加50%，到2035年，地热能供暖和制冷面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。

要实现上述目标，须破解中深层地热能发展的瓶颈，当前还存在以下问题及建议：

1. 采矿权办理周期较长。在地热井采矿权办理过程中，往往审批时间在一年以上，加上地热井施工工期较长，因此很难保证建设项目在投入使用时能取得合法手续，在一定程度上阻碍了中深层地热能的推广，望简化或缩短采矿权的办理时间。

2. 矿产资源出让费和水资源使用税成本较高。在国家大力发展新能源，努力现实双碳目标的大背景下，中深层地热能在使用过程中仅取热不取水，属于完完全全的可再生能源；然而在办理采矿权时需要缴纳矿产资源出让费，使用过程中还需缴纳水资源使用税，这无疑增加了前期投入和后期使用成本，一定程度上阻碍了中深层地热能的发展，望能降低矿产资源出让费和减免水资源使用税。

3. 中深层地热能在使用时取水量偏保守。国内很多地区对中深层地热能使用时的单井取水量都有严格控制，表面上看这是对地热资源的保护，但实则影响了中深层地热能的开发价值；在国外，比如与我国地热资源较为相似的法国，均采用大降深的抽水理念，这种方式既增加了取水量也有助于地热水的回灌。因此希望支持中深层地热能新技术的应用，鼓励创新，积极推动中深层地热能的发展。