温泉产业开发应用技术创新的探索与实践 中低温地热（温泉）资源——水冷热联供工艺
一、背景及产业工艺现状
随着经济社会的发展，以气候变化为核心的全球环境变化，正在广泛而深刻地影响着人类社会的方方面面。气候变化所导致的气温增高、海平面上升、极端天气与气候频发等，对自然生态系统和人来生存环境产生了严重影响。石油、煤炭和天然气等化石燃料燃烧是温室气体产生的主要来源。扩大能源来源、改善目前我国严重依赖煤炭和石油的能源结构，是减少温室气体排放量、解决全球气候变化问题的根本途径。而作为新型能源之一的地热资源的开发利用，越来越受到人们关注。它以低成本、可持续利用和环保而具有其他能源不可比拟的独特优点。大力推进地热资源开发利用，改善能源结构，对于解决日趋严重的全球环境问题具有重要的意义。
我国水热型地热资源非常丰富，出露温泉2334处，地热开采井5818眼。水热型地热资源量折合标准煤12500亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤18.65亿吨，有高温地热资源(≥150℃)，但以中温地热资源(90-150℃)和低温地热资源(<90℃)为主。其中，水热型低温地热资源量折合标准煤12300亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤18.5亿吨，发电潜力150万千瓦；水热型高温地热资源量折合标准煤141亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤0.18亿吨，发电潜力为846万千瓦。
我国现在对中深层水热型地热资源利用率较低，造成极大的浪费，特别是中低温的水热型地热资源的利用。因此水热型低温地热资源的合理开发利用已迫在眉睫。全国范围内从温泉开发角度研究资源利用工艺的技术服务单位为数极少，绝大部分是从给排水、温泉产品本身的表现形式出发进行研究，由此也导致对温泉资源“热、矿、水”三个特征进行综合利用的工艺缺失。
经过多年对水热型地热能应用技术的实际开发和研究，以绿色环保、节能降耗为指导思想；我们开发了一套针对“低温地热（温泉）”的切实可靠并经实际应用的高效综合梯级利用工艺技术，即“中低温地热（温泉）资源——水冷热联供工艺”。该工艺已成功申请国家实用新型专利，专利号：ZL 2019 2 0090695. 5。
二、研发目的
满足国家《地热能开发利用“十三五”规划》的要求，结合国家“地热能+”倡导，实现多种清洁能源深度融合，充分发挥中低温地热（温泉）资源“热、矿、水”三个特征的优势，因地制宜推进地热能由单一、粗放、低效的传统产业增长方式转变为多元、集约、高效的现代产业发展方式，提升中低温的水热型地热资源的利用率，实现“一水多用”、“一能多用”、“多能耦合”。
三、核心工艺及创新点
1、核心工艺
中低温地热（温泉）资源——水冷热联供工艺主要组件有：板式换热器、水源热泵、集热水箱、冷却水箱、溴化锂吸收式制冷机、温度传感器、液位传感器、管道、阀门、仪表等。
夏 季：
地热水和温泉尾水通过板换把热量置换给联供一次热媒水系统，高温水源热泵吸收一次热媒水热量，少量做工，产出二次热媒水（85℃-75℃）储存；
将二次热媒水供出至溴化锂吸收式机组，制取冷冻水（7℃-12℃），它以冷凝器排出的冷却水（38℃-32℃）可作为高温水源热泵的一次侧进水（一次热媒水）不停循环使用；
将二次热媒水供出至项目温泉循环功能机房，与温泉泡池板换进行热交换，为泡池恒温提供热量；
将二次热媒水供出至项目生活热水机房，与生活热水板换进行热交换，为生活热水升温、恒温提供热量。
冬 季：
地热水和温泉尾水通过板换把热量置换给联供一次热媒水系统，高温水源热泵吸收一次热媒水热量，少量做工，产出二次热媒水（75℃-55℃）储存；
将二次热媒水供出至项目建筑室内，为室内循环供暖提供热量；
将二次热媒水供出至项目温泉循环功能机房，与温泉泡池板换进行热交换，为泡池恒温提供热量；
将二次热媒水供出至项目生活热水机房，与生活热水板换进行热交换，为生活热水升温、恒温提供热量。
温泉水作为热源经两次换热后使原水温度≤ 50℃，适合用于温泉泡浴、室内外恒温泳池等；降温后的温泉水也是生产矿泉水的理想水源；经过转换温泉原水热量，高温水源热泵生产的高温热媒水经热交换产生项目需要的生活热水。
该工艺包括一套完善的智能化控制系统，智能化系统的结构流程是从低温地热（温泉）水冷热联供体系的机电设备信号进行采集、转换和处理开始，通过网络光纤实施远距离传输，实现远程通讯；最后在集控中心通过计算机对设备进行监控，通过互联网实现远程控制。
2、创新点
该工艺在冬季热需求大的时候采用能够提供稳定的供热、供暖热源以及生产生活热水，同时供暖降温后的地热（温泉）水客可用于温泉泡浴、康疗，温度更低的地热水还可生产成矿泉水。
该工艺夏季在热需求较少的时候采用可用稳定的中低温地热（温泉）水为制冷机提供热源，从而进行制冷。从最大层面消除了冬夏两季热需求的差异对系统的影响，能够稳定高效的利用中低温地热（温泉）水资源。工艺在制冷过程中，还充分利用了水源热泵对制冷机带出的热量进行热回收，摒弃了传统的冷却塔模式，减少了设备投入以及对环境的影响，最大化利用热量，从而节约了资源、降低了成本。
在中低温地热（温泉）资源不足以满足项目实际使用时，该工艺支持其他能源形式（太阳能、浅层地温能等）的耦合，满足国家“地热能+”的倡导，因地制宜实施多能协同发展。
本工艺从温泉原水开始，通过自动化、智能化的系统控制，将原水处理、热量（冷量）生产、热量储存、热量分配过程中的设备、设施以及工艺进行了科学有效的配置、设置、组合，实现了绿色环保、节能减排的目的。
四、实践与效果
中低温地热（温泉）资源——水冷热联供工艺已在河南九龙山地热（温泉）项目实际应用。该项目工艺系统主要由换热系统、产能系统、储能分配系统三部分组成，设备构成包括：带冷回收中温污水源热泵机组（4台400KW）、带热回收常温水源热泵机组（3台500KW、1台1000KW）、水箱、水泵、板式换热器、软化水装置，系统投资总造价约2000万元（不包含机房土建及照明、通风费用）。
该项目工艺系统日产热量5000万大卡，相当于7142Kg标准煤；能满足约42000㎡建筑室内的冬夏两季供暖、制冷以及生活热水的供应；建成后预计年产出1681万元-1771.4万元，年支出926.06—1060万元。