地热资源信息化管理

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232425262728293010:0010:1510:3010:4511:0011:1512:1512:3013:3013:4514:0014:1514:3014:4515:0015:1515:3015:4516:00水银温度计大连鸿志温度计诚信拓达温度计航天明大温度计新思路：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源的类型蒸汽型热水型地压型岩浆型干热岩型地热资源的分布规律海量数据，多多益善与大地热流的关系与地质结构的关系与地理位置的关系与温度梯度的关系与土壤岩石导热率的关系 地热井的变化趋势水量、水温、水质维护、寿命、运行成本高效用能：大数据与智慧能源准确知道能源需求的数量和时间最小代价生产和输送所需要的能量建筑能源需求的预测准确计算建筑冷热负荷的难度大室外天气室内使用情况建筑自身的传热特性按需供能的难度更大系统能耗分为总输入能量和末端系统的输入能量：系统总输入能量即系统总能耗（包括主机和水泵等），可以通过统计系统总耗电量和总耗气量获得；末端系统输入的能量需要借助于热量计来测量。末端系统输入的能量与总输入能量的比值正是系统的总能效比；数据采集影响建筑负荷的各个参数：如系统能耗、室内温度、室外温度、室外风速风向、光照等。室内温度：采集的温度要有足够的代表性，包含底层、顶层、阳面、阴面、东侧、西侧、内区等等；室外温度：自测：测点要有代表性，地面、楼顶、阳面、阴面、东侧、西侧等等；利用气象局的实测和预测温度。风速风向光照：光照强度和角度数据采集建筑负荷建筑热容建筑热惯性建筑所需能量建筑需能的时间分布水泵与主机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（T外，q日，q内）→T内→q入→T内室外参数控制（温度补偿）（T外，q日，q内）→q入→T内预报参数控制（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要性第二部分能源种类化石能源（传统能源）煤炭，石油，天然气可再生能源：太阳能，地热能，水能，风能，生物质能，海洋能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年能源消费总量43亿吨标准煤煤炭64%，石油18%，水、风、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：各三分之一能源危机资源危机化石能源自1973年以来，共采800亿吨，占当时储量85%，现有储量1370亿吨，每年约30亿吨，40-50年环境危机排放：污染物和碳，温室效应煤天然气新能源能源互联网✪雾霾的出现，使得能源与环境危机已经看得见、摸得着，实实在在影响了我们每个人✪化石能源燃烧是产生雾霾的主因✪煤炭燃烧产生大量烟尘，同时还增加了煤、灰、渣等的运输量，造成运输车辆的二次污染✪天然气不仅价格贵，而且燃烧产生Nox也是PM2.5的主要成分沈阳、长春、哈尔滨等北方主要城市均在供暖初期出现严重雾霾天气双重危机环境污染能源短缺蓝天不再湛蓝空气不再清新非再生矿物能源资源逐渐枯竭利用能源的方式加热：各种锅炉，各种工业炉、窑炉做功：蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、热泵热能做功的能力 㶲和火无根据能量的做功能力可以将它分为三种类型：（1）可以完全转化为功的能量，如机械能、电能等，这些能量理论上可以百分之百地转化为功或其他形式的能量，其品位是最高的。（2）可部分转化为功的能量，如热能、煤及天然气等化石燃料所拥有的化学能，这些能量只能部分转化为功或其他形式的能量。（3）不能转化为功的能量，如大气环境温度状态下的热能以及上述电厂产生的乏汽中的热能，这种能量只有量，没有质，不能做任何功。能量中可转化为功的部分就是有用能，热力学中称为“㶲”，能量中不能转化为功的部分就是无用能，称为“火无”。能量贬值原理设备散热设备生热设备排热能量品位下降（1）热量从高温传向低温，直至接近环境温度。（2）液体从压力高处流向压力低处，直至接近与环境相平衡的压力。（3）物质从浓度高处扩散转移到浓度低处，直至接近与环境相平衡的浓度。（4）物体从高的位置降落到稳定的位置。（5）电荷从高电位迁移到接近于环境的电位。能量不仅有数量多少的不同，还有品位高低的差异节约能源，不仅节约量，还要节约质需求低的，尽量用低品位高品位应先用其做功关于节能热泵技术第三部分热泵的概念热泵是一种能量品位的提升装置，它可以把温度较低的热能提升为温度较高的热能，使之变成可以利用的能源。它的作用与水泵有着相似之处：水泵通过消耗机械能把水由低处送到高处，提高水的势能；热泵则是消耗一定的高品位能量（如电能），将热能由低温处送到高温处。热泵基本原理热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。热泵系统包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。压缩式热泵原理蒸气压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热冷凝、节流和吸热蒸发四个主要热力过程，从而在蒸发器中吸收低温热源的热量，以实现供热为目的的热泵循环。第一类吸收式热泵发生器吸收器冷凝器蒸发器热交换器吸收高温热量QG供给用户热量QA提取低温余热QE供给用户热量QC第一类蒸汽型吸收式热泵的基本原理如图所示，发生器吸收高温热源的热量，生成高温浓溶液和高压水蒸汽，高温浓溶液进入吸收器；发生器生成的高压水蒸气进入冷凝器释放热量供给用户，凝结的高压液态水通过节流阀后变成低压的气液混合物，进入蒸发器吸收低温热源的热量，蒸发生成低压水蒸气，进入吸收器被高温浓溶液吸收，释放热量供给用户；吸收器中的稀溶液温度降低，由溶液循环泵加压输送至发生器，完成发生器和吸收器之间的溶液交换；进入发生器的低温稀溶液通过热交换器与进入吸收器的高温浓溶液换热，进而降低吸收器的冷却负荷，同时减少发生器所需耗热量。第二类吸收式热泵在吸收器中，溴化锂溶液吸收水蒸汽后浓度变稀，该稀溶液从吸收器出来后经溶液换热器与浓溶液换热，然后进入发生器由中温余热加热，溶液蒸发浓缩，蒸发出来的水蒸汽进入冷凝器冷凝。冷凝器由冷却水塔冷却，冷却水的温度接近环境温度，进入冷凝器的水蒸汽在稍高于冷却水的温度下冷凝，其压力为水在冷凝温度下的饱和蒸汽压力。由于此压力很低，且冷凝器与发生器直接连通，两者压力基本相等，所以发生器中的压力也很低，稀溶液即使由温度较低的中温余热加热也同样能够蒸发出水蒸汽并使溶液浓缩，浓缩后的溶液由溶液泵加压送到吸收器吸收放热，从而完成溶液循环。在冷凝器中冷凝下来的水经水泵加压送入蒸发器由余热加热蒸发为水蒸汽，然后进入吸收器被溶液吸收，同时释放出较高温度的热量。A．吸收器；E．蒸发器；G．发生器；C．冷凝器；SHX．溶液换热器；QA．发生过程放出的热量；QS．外部热源的热量。引射式热泵喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力，高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入设备，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位，然后通过混合室进行良好混合，混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力，达到要求的蒸汽压力后供给热用户使用。热泵与锅炉能量来源效率供热能耗制冷能耗深部地热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）地幔地球可看做平均半径6371km的实心球体，主要由三部分组成：地壳、地幔和地核。地壳的温度一般随深度的增加而逐步升高，平均深度每增加100m温度升高3℃左右。地核中心压力可达350万atm，温度可达6000-7000℃。地幔是介于地表和地核之间的中间层，地幔顶部存在一个温度很高的软流层，大致在1000℃以上，有些地方可达2000-3000℃。特点深部地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途广，是一种情结的可再生资源。地热能对于人类未来的重要性和现实性将大于其他可再生资源，其主要特点如下：存储量大。据估算，存储于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.7亿倍，全球可采地热资源量为每年500×109GJ，超过当今全球年均一次能源消耗总量。可以高效、稳定、连续地供应。热能平均能源利用效率高达73%，是风电的3-4倍，太阳能的4-5倍，生物质能的1.5倍。地热资源不受外界环境条件的影响，地热发电不仅可以长期稳定地运行，而且可以实现调峰。运行费用低。地热电站的建设与运行费用不仅与风电和太阳能发电相比具有优势，与传统火力发电相比也同样具有竞争力，其发电所需一次能源的成本几乎为零。注：目前整个社会对于深部地热能的优点和作用认识不足，对其开发利用的重视不够，对替代化石能源这一对人类和地球的长期生存至关重要的工作是十分不利的。存在形式地热资源在地下储存的形式有：蒸汽型热水型地压型干热岩型岩浆型 利用深部地热能的应用可分为地热发电和直接利用两大类。高温地热资源通常用于地热发电；而中低温地热资源（主要是地热水）通常用于建筑物供暖、洗浴、医疗、工业品烘干、制冷、农业育秧、温室种植、水产养殖等方面。深部地热能利用的具体形式地热发电工业加热、采暖、制冷和空调用于农业和水产养殖业用于洗浴、医疗和保健需解决问题深部地热能在应用过程中，还存在一些难点问题需要加以重视和解决：1.高温钻井技术。超高的地层温度以及地层可能大量产水给钻井技术带来了许多挑战，因此，高温井控、高温固井与成井等难题必须解决。2.回灌技术。由于地下热水的开采导致地下水位的严重下降，水位埋深增大，甚至出现地面沉降问题，严重地影响了地热资源的可持续发展。因此，加强回灌是地热可持续发展的根本。目前，部分工程为了减少投资，不对地热水进行回灌，而是直接排放到地表，这样不仅造成资源的大量浪费，而且由于地热水中含有大量的杂质，会污染地表环境，严重时甚至会造成环境灾难。3.杂质问题。地热水和地热蒸汽中通常会有较多腐蚀性物质，如硫酸和铵、铁、铝等硫酸盐；有时还有盐酸、硅酸、硼酸等，在有的热水中还含有二氧化硫、盐酸气等，从而使地热水有一定的腐蚀性，对于金属的取暖器材和管道有很大的腐蚀，导致管材的利用时间严重减少。除此之外，无论热水或蒸汽，都还经常挟带泥砂等固体异物。这些杂质会对地热的利用产生严重的不良影响，必须妥善处理。浅层地热能第四部分来源—形成过程地热能来源的三种说法：（1）主要来自大地热流即地球内部；（2）主要来自太阳能；（3）是大地热流和太阳能共同作用的结果。来源—浅层地热的存在形式地下水、地表水、地下土壤优势分布广泛：浅层地热能在地球表层以下接近均匀分布，到处都有，从地下水、地下土壤和江河湖海等地表水中都能采集到浅层地热能，可以根据项目的条件在周边就近提取和利用，不需要大规模的集中开采和远距离输送，不需要大规模一次性投资建设。储量巨大：据测算，我国近百米内的土壤每年可采集