引言近几年，城市大气污染问题日益凸显，冬季燃煤供热产生的污染成为污染源之一。2021年，我国国家能源局进一步规范地热能的开发利用和管理，推动地热能产业持续高质量发展。绿色、低碳供热是实现高质量发展的重要支撑部分，中深层地热是集中供热的理想热源。在山东部分区域，地热能是一种储量丰富、稳定可靠的可再生能源[1]。目前，中深层地热供暖主要以水热型为主，通过板式换热器、开采井与回灌井实现取热不取水，但大部分地热供暖系统未采用热泵进行深度余热回收利用。2022年，我国住房和城乡建设部发布的《供热工程项目规范》[2]中提出：采用地热能供热时，不应破坏地下水资源和环境，且地热尾水排放温度不应大于20 ℃。因此，以中深层地热+热泵调峰供热系统为研究对象，分析供热系统的组成部分、不同变量对热价的敏感性影响及系统的热价影响因素，并对实际工程案例的应用进行探讨，为实际应用该系统提供参考。1中深层地热+热泵调峰供热系统中深层地热+热泵调峰系统是通过水源热泵机组对地热水进行二级余热利用的一类供热系统[3-4]。中深层地热利用一级换热器作为供热系统的基础负荷，严寒期开启二级换热器，利用热泵机组作为调峰热源，该系统可以充分降低系统初期的运行成本，增加单井供热能力。供热系统流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.06.011.F001图1供热系统流程地热水出水温度为60 ℃，地热尾水温度假定为t ℃，其值大小直接影响热泵所占供热系统比例，间接影响到系统的出厂热价，能源站的设计温度45 ℃/35 ℃。热负荷延续时间[5]：Qn=Q'n                            n≤5(1-β0Rbn)Q'n      5n≤Nh (1)β0=(5-t'w)/(tn-t'w) (2)式中：Qn——热负荷，kW；β0——供热初末期负荷系数；tw——某一室外温度，℃；t'w——室外计算温度，℃；Q'n——供暖设计负荷，MW；Rn——无因次延续天数；b——Rn的指数值。根据式(1)和式(2)，绘制中深层地热+热泵调峰复合热源[6]的延续时间。热负荷延续时间曲线如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.06.011.F002图2热负荷延续时间曲线采暖季一级地热负荷比（一级地热负荷占总负荷比）与一级地热能耗比（一级地热能耗占总能耗比）的关系如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.06.011.F003图3一级地热负荷比与能耗比关系曲线通过曲线拟合，得到一级地热的负荷比与能耗比的关系为：y=-2.850 1x2+5.086 4x-1.237 4 (3)式中：x——一级地热负荷比；y——一级地热能耗比。一级地热负荷比与地热尾水温度关系为：x=t1-t2t1-t (4)式中：t1——地热水出水温度，60 ℃；t2——一级换热器出水温度，37 ℃；t——地热尾水温度，℃。2热价敏感性分析影响中深层地热+热泵调峰供热系统出厂热价的主要因素包括：地热尾水温度、电价格、热泵能效（制热量与输入电量比值）。出厂热价计算公式为：f=(t, m, n)(5)式中：f——热价，元/GJ；t——地热尾水温度，℃；m——电的价格，元/kWh；n——热泵能效，%。各因素的稳态热价数据如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.06.011.T001表1各因素的稳态热价数据地热尾水温度/℃一级地热能耗比电价格/(元/kWh)热泵能效热价/(元/GJ)160.710.62510.1190.750.6258.7220.800.6257.1250.850.6255.5280.890.6253.8310.940.6252.2340.980.6250.8371.000.6250.2项目敏感性分析[7]是指通过分析地热尾水温度、电价格、热泵能效发生增减变化时，对出厂热价的影响，敏感度系数SAF计算公式为：SAF=(ΔA/A)/(ΔF/F)(6)式中：ΔF/F——不确定因素F的变化率；ΔA/A——不确定因素F发生ΔF变化时，评价指标A的相应变化率。当不确定因素的取值范围为-30%~30%时，分析出厂热价的变化趋势，热价影响因素敏感趋势如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.06.011.F004图4热价影响因素敏感趋势由图4可知：（1）地热尾水温度、电价格、热泵能效与出厂热价均呈负相关；（2）热价对地热尾水温度敏感性强，敏感度系数-2.84；对热泵能效敏感性最低，敏感度系数为-0.74；对电价格敏感度系数为-2.44；（3）当不确定因素在-10%~10%范围时，热价对地热尾水温度、电价格的相同敏感度系数基本相同。3案例分析以某地供热项目为例，该地区供热初期室外计算温度为8 ℃，供暖120 d，室内设计温度22 ℃，冬季室外计算温度-5 ℃，该地规划供热面积处于动态变化。当地热尾水温度越低时，能源站供热面积越大。地热尾水温度为16~27 ℃时，单井出水量为80 m3/h，热泵能效为5.0，供热指标为40 W/m2，测算该系统供热面积为5.3~11.5 万m2，出厂热价为0.2~10.1 元/GJ。当供热面积越大时，出厂热价越高，项目整体经济效益较高；当地热尾水温度为25 ℃，热泵能效为5.0，该系统供热面积为8.8 万m2，电价格在0.434~0.806 元/kWh变化，出厂热价为3.9~7.1 元/GJ。当电价格越大时，出厂热价越高；当地热尾水温度为25 ℃，电价格0.62 元/kWh，热泵能效在3.5~6.5变化，该系统供热面积为9.3~15.5 万m2，出厂热价为7.8~4.2 元/GJ。当热泵能效越大时，出厂热价越低。该工况下，与传统化石能源集中供热系统相比，水源热泵梯级利用系统可提供的供热负荷为2 139.9 kW，每年可节约热量2.21 万GJ，折合标准煤为754.1 t，减排CO2 1 877.6吨标准煤，SO2 56.6吨标准煤，NOx 28.3吨标准煤，粉尘512.8吨标准煤[8]，节能环保效益显著，最大限度地利用地热能中温泉水的余热资源，实现区域以“电代煤”的清洁取暖，一定程度上减少了化石能源的消耗，缓解了环境的污染空间。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.06.011.F005