地熱供暖項目碳減排量影響因素分析

師振貴，孫 佳

（中國石化集團新星石油有限責任公司，北京 100083）

地熱能是蘊藏在地球內部的天然熱能，具有清潔、高效、穩定、安全等優勢，在治理霧霾、節能減排、調整能源結構等方面發揮著巨大作用，尤其在供暖領域，地熱能將成為未來主要的發展方向[1-2]。將地熱供暖項目開發為碳減排項目，不僅順應國家節能減排號召，還可以為企業帶來額外收益，具有較好的環境效益、經濟效益和社會效益。

清潔發展機制（CDM）方法學AM0072 就是核證自愿減排量（CCER）方法學CM-022-V01。截至目前，基于CDM 方法學AM0072[3]且供熱中使用地熱替代化石燃料而成功開發的地熱供暖減排項目共有4 個，其中，A 項目已簽發減排量2.8 萬t，簽發的減排量與項目設計預估減排量存在一定差異。本文將對A 項目進行分析，找出核查減排量與預估減排量存在差異的原因，提出項目減排量優化策略和具體實施方法。

1 案例實施現狀分析

根據核查數據的可得性，下面對已核查并簽發減排量的A 項目進行分析。A 項目供暖時間為每年的11月中旬到第二年的3月中旬，項目設計文件（PDD）中設定的供暖時間為2 880 h，所采用的技術和監測數據基本相同，可定性分析參數的敏感程度。

1.1 減排量對比

項目第一次監測期選取某年12月19日至次年3月15日，共計88 d，供暖小時數為2 112 h。減排量按2 880 h 計僅占PDD 的55%，第一次監測期實際減排量B和1年實際減排量C均遠小于PDD 估算值A，如表1所示。項目排放分別占減排量的6%～10%，且出入不大。主要差距在基準線排放的計算。一年實際減排量C=B/2 112×2 880，比例D=C/A。

表1 實際減排量與預估減排量對比

1.2 用于基準線排放計算的參數分析

雖然A 項目為設施擴建項目，但數據獲取方式是一樣的，項目實施前已存在的地熱井提供的熱量在PDD 和核查計算中均占的30%左右，項目實施前后所占比例均衡，在此次分析中對減排量計算的影響可忽略。基準線排放計算公式為：

式中：BEy為第y年的基準線排放，tCO2e/yr；為基準線情景下年度y采用供熱技術i時終端測量得到的凈熱產量，TJ/yr；為項目實施前地熱井已提供的供熱量，TJ；為基準線情景下供熱技術i使用的每單位燃料產生的CO2排放因子，tCO2/TJ；ηBL,y為基準線情景下的凈供熱效率。

基準線供熱系統應用技術i時，使用化石燃料的凈熱產量為：

地熱資源所提供的凈熱量HSy的計算為影響排放量的關鍵[4]，項目實施前后相差30%～40%。具體公式如下：

式中：HCAP為年度y內項目活動提供的凈熱供給量，TJ；為年度y內項目活動中地熱井估算的供熱量，TJ。

1.2.1 情況一

化石燃料鍋爐提供的熱量Hff僅占總熱量的1%～3%，影響不大。對于運行小時數，天數按供暖政策執行，時間按每天24 h 計算，不可優化。供暖面積為關鍵因素，但要考慮實際情況。當時，熱量計算雖與供熱面積無關，但會隨供暖面積增大而增大。年度y內項目活動提供的凈熱供給量為：

式中：Am為建筑物類型m的凈受熱面積；HIm為建筑物類型m的熱指數；Tj為地熱井j中熱量利用的小時數；CF為GW·h 到TJ 的轉換因子，取3.6；Hff為使用鍋爐來滿足熱量需求時由化石燃料鍋爐所提供的熱量。

1.2.2 情況二

本項目核查時的平均流速為PDD 中的2.5 倍，且管內流動基本無損失，換熱器出入口的溫差為PDD的1/4，故為影響減排量的關鍵因素。

式中：Qj,d,y為熱轉換器下游的供熱量（熱交換器上游連接地熱井的熱水管道）；Δtj,d,y為第y年分站的熱交換器下游的入口溫度和出口溫度的平均溫差；FRj,d,y為第y年熱交換器在下游的平均流速。

1.3 用于計算項目排放的參數分析

本項目排放主要包括用泵抽取地熱水所消耗的電量(PEEC,y)以及運行地熱設備所消耗的化石燃料(PEFF,y)，通過計算，項目排放占項目減排量的4%～6%，其中消耗電力產生的排放占項目總排放的65%～85%。

本項目計算消耗電力產生的排放時，線損（TDLj,y）采用的是默認保守數據20%，該數值大于實際線損，可以采用實際監測數據或者電力年鑒規定的該區域電網的平均線損，這樣可以減少項目排放，增大項目減排量[5]。

1.4 分析結果

經過以上分析，對項目減排量計算影響較敏感的監測參數有6 項：建筑面積（熱需求的關鍵因素）；熱交換器下游入口和出口處的溫差ΔT（若即為關鍵因素）；熱交換器下游的平均流速（若即為關鍵因素）；熱損耗用泵抽取地熱水所消耗的電量ECPJ,j,y；運行地熱設備所使用的化石燃料FCi,j,y。

一般情況下，HCAP為空間供熱設計的上限，由凈受熱面積、熱指數、使用熱量的建筑類型以及每個建筑類型在全年的使用時間決定，通常大于由分站熱交換器提供給需求方空間供熱設施的水的流速和溫度進行計算的。

2 優化方法

一是溫度監測位置優化。盡可能地將入口測量點安裝在管路溫度較高位置，以減少管路熱損失對溫度的影響，并將出口測量點安裝在管路出口溫度較低位置，以達到增大溫差的目的。二是提高管內液體的流速。由于流速受管路和終端用戶的使用溫度等的限制，可調整的余量可能不大，需要與相關技術人員討論。三是項目供熱面積。數據一般來自供熱協議，要進行現場調研，然后分析其優化可行性。四是損失與消耗。采用一定技術手段或措施，在不影響正常運行情況下盡可能減少供熱傳輸過程的熱損失，降低電量及化石燃料的消耗。五是數據采集與整理。要進行現場調研，并與現場人員溝通，搜集使用對減排量有利的數據。

3 結論

分析發現，影響項目減排量的主要因素為凈供熱量，其計算分為兩種情況。當時，最敏感參數為總供熱面積。要調研目前供需關系，確定熱需求是否飽和、供熱面積能否擴大。同時，要探討供熱面積和運行時間數據的采集，分析數據是否有變化，采用供熱面積及運行時間較大的數據來計算減排量。當（調整溫差最大后，供熱量上限即為HCAP）時，最敏感參數為換熱器下游出入口的溫差及流速（此為普遍情況）。經過現場調研，可從溫度計安裝位置和數據采集入手，盡可能增大換熱器下游出入口的溫差。要積極與項目現場技術人員探討，判斷管內流速是否變化，盡可能采用對減排量計算有利的管內流量數據。另外，在不影響正常運行的情況下，應盡量降低運行過程所消耗的電量和化石燃料及傳輸過程的熱損失，這對項目減排量計算有一定的積極影響。