王 平 左麗明
(河北省水文工程地質(zhì)勘查院 石家莊 050021)
海水源熱泵技術(shù)是一種利用地球表面淺層水源(海水)吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源,并采用熱泵原理,通過少量的高位電能輸入,實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種清潔可再生能源技術(shù)。該技術(shù)的發(fā)展能夠為曹妃甸區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)。
通過對曹妃甸區(qū)海域海岸基礎(chǔ)條件的調(diào)查,曹妃甸區(qū)海域海岸線為淤泥質(zhì)海岸且大部分區(qū)域岸段的淤積情況較為嚴(yán)重,不具備建立海水源熱泵條件。曹妃甸工業(yè)區(qū)海域(港池)淤積情況較輕,初步具備建設(shè)海水源熱泵取水口的條件。通過對曹妃甸工業(yè)區(qū)海水溫度、海水水質(zhì)及海水深度等條件的進(jìn)一步分析,以證明其是否具備利用海水源熱泵的基礎(chǔ)條件。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合曹妃甸工業(yè)區(qū)目前發(fā)展規(guī)劃及海水源熱泵技術(shù)條件對其開發(fā)利用前景進(jìn)行了分析闡述。
(1)冬季溫度條件
根據(jù)已有資料,曹妃甸海域冬季海水平均溫度在1.5 ℃~2.5 ℃(最冷月),對于海水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)而言,由于冬季海水溫度較低,海水源熱泵應(yīng)用的COP(性能系數(shù):就是海水源熱泵的機(jī)組制冷量與機(jī)組能耗之比)會大大降低。另外,曹妃甸海域冬季結(jié)冰期(圖1)大約在85天左右,固定冰厚度在15~25 cm,其堆積厚度最大可達(dá)3.5 m,對管道設(shè)備具有較大的負(fù)面影響,甚至?xí)?dǎo)致取水口冰堵甚至凍結(jié)情況的發(fā)生。
圖1 曹妃甸海域冰情
(2)夏季溫度條件
根據(jù)調(diào)訪,曹妃甸區(qū)8月份為空調(diào)制冷的高峰期;已有資料顯示,8月份港區(qū)平均溫度在25 ℃~26 ℃。在曹妃甸港池內(nèi)選取7點位對其不同深度溫度情況進(jìn)行了測量,見圖2。就整體而言,曹妃甸港池內(nèi)各點位海水溫度差別較??;海水表層與底層溫度差較小,溫度由表層至底層整體呈遞減趨勢,平均深度每增加1 m,溫度減少0.05 ℃,見圖3。
為查明曹妃甸港區(qū)水質(zhì)狀況,共設(shè)計了4個水樣采集點,見圖2,分別對其采集兩個不同深度處水樣2件,共計采樣8件,其水質(zhì)檢測成果見表1。
圖2 曹妃甸區(qū)海水深度測量線
圖3 曹妃甸港區(qū)溫度隨海水深度變化曲線
樣品編號總硬度/(g/L)溶解性總固體(g/L)總堿度(mg/L)區(qū)域22-6m5.6038.12127.622-3m5.6029.68125.119-6m5.8030.79127.619-3m5.6030.84130.123-6m5.7030.41125.123-3m5.6530.75130.120-3m5.4530.51120.120-6m5.5530.48115.1曹妃甸港區(qū)備注水源熱泵水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):總硬度≤200mg/L;溶解性總固體<3g/L;總堿度≤500mg/L
對曹妃甸一號、二號港池分別進(jìn)行了海水深度測量,見圖2。測量結(jié)果顯示:1號測線測量區(qū)域(二號港池)海水平均深度在10 m以下,局部區(qū)域海水深度達(dá)到16 m;2號測線測量區(qū)域海水平均深度在18 m左右,其中在一號港池南部出口處海水平均深度在23 m左右;3號測線測量區(qū)域海水深度在18 m左右。
根據(jù)《唐山市曹妃甸區(qū)(曹妃甸新城)總體規(guī)劃》(2008-2020),曹妃甸工業(yè)區(qū)用地類型以工業(yè)用地為主、其次是商業(yè)金融用地、港池用地和倉儲用地。
我國第一個海水源熱泵項目于2004年在青島發(fā)電廠建成使用;2013年大連市星海假日酒店海水源熱泵中央空調(diào)工程正式啟動。另外國外亦有多個成功利用海水源熱泵的案例,如:20世紀(jì)70年代初建成的悉尼歌劇院;20世紀(jì)90年代初日本成的大阪南港宇宙廣場區(qū)域供熱供冷工程等等。
曹妃甸工業(yè)區(qū)海水深度均在5 m以上,其中大部分區(qū)域海水深度在10 m以上,能夠為熱泵管線布設(shè)提供較好的基礎(chǔ)條件;制冷期,海水25 ℃~26 ℃的溫度及其高效能的換熱率,使其可以作為較好的冷卻源;另外制冷期,相對于利用海水作冷卻源,較高的海水溫度亦可作為供熱源為夏季熱水(生活用水及洗浴)的供給提供熱量;供暖期,較低的海水溫度及海冰的出現(xiàn),使其不具備作為供熱源條件;海水水質(zhì)雖多項不達(dá)標(biāo),但可以通過換熱方式解決,但相應(yīng)的會降低機(jī)組效率、增加資金投入。
因此,綜合而言曹妃甸工業(yè)區(qū)具備夏季利用海水源熱泵(用作冷、熱源)的基礎(chǔ)條件;但其達(dá)到的經(jīng)濟(jì)和節(jié)能效益可能會受到可利用溫度差、海水輸送距離及工程的規(guī)模等因素的限制。
根據(jù)曹妃甸工業(yè)區(qū)規(guī)劃的用地類型中工廠的辦公樓及宿舍樓和商業(yè)金融區(qū)的辦公樓等,是制冷制熱的較大需求體。多年來國內(nèi)外多個成功的案例也證明,海水源熱泵技術(shù)條件正穩(wěn)步發(fā)展,并逐漸走向成熟。
曹妃甸工業(yè)區(qū)對制冷制熱的需求是海水源熱泵大力發(fā)展基礎(chǔ)背景,而海水源熱泵技術(shù)條件的成熟是其大力發(fā)展的保障。
(1)曹妃甸工業(yè)區(qū)夏季具備利用海水源熱泵的基礎(chǔ)條件:利用海水作冷源用于空調(diào)制冷;利用海水作熱源用于生活用水制熱。
(2)曹妃甸工業(yè)區(qū)政策規(guī)劃及海水源熱泵技術(shù)條件的日漸成熟,為其大力發(fā)展提供了基礎(chǔ)環(huán)境,其發(fā)展前景較為寬闊。
(3)具體利用工程的實施還應(yīng)對影響海水源熱泵功效及投入的各項因素進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性論證,以保證熱泵系統(tǒng)的使用能夠起到環(huán)保、節(jié)能的作用。
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