王社教 康潤林 馮學(xué)坤 王凱鴻 方朝合 曹 倩 崔梓賢

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 恒泰艾普（北京）云技術(shù)有限公司 3. 中國石油遼河油田公司供水公司

4. 國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司 5. 中國石化新星石油新能源研究院

0 引言

我國地?zé)豳Y源豐富[1]，根據(jù)地?zé)豳Y源的性質(zhì)和賦存狀態(tài)可以分為水熱型、地壓型、干熱巖型和巖漿型4種類型[2]，其中前者因分布廣、易開發(fā)等特性成為目前開發(fā)利用的主要類型，地?zé)峁┡情_發(fā)該類地?zé)豳Y源最有效的方式之一。較之于傳統(tǒng)的燃煤鍋爐、燃氣鍋爐供熱系統(tǒng)，水熱型地?zé)豳Y源的供暖系統(tǒng)增加了地?zé)崴难h(huán)，增加了采灌井、熱泵調(diào)峰等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對該類供暖系統(tǒng)進行采暖方案設(shè)計時，確定最優(yōu)采灌井數(shù)、最優(yōu)熱泵調(diào)峰比例至關(guān)重要。

目前地?zé)峁┡椖康慕?jīng)濟評價[3-5]主要是依據(jù)設(shè)計方案、常規(guī)現(xiàn)金流模型，考慮地?zé)峁┡椖拷ㄔO(shè)投資、年度生產(chǎn)成本以及當前供暖價格、稅收等參數(shù)，計算預(yù)期效益的內(nèi)部收益率和凈現(xiàn)值，實現(xiàn)對地?zé)峁┡椖康念A(yù)期經(jīng)濟效益評價。現(xiàn)有的評價方法忽略了熱泵調(diào)峰占比對建設(shè)投資、生產(chǎn)成本、經(jīng)濟指標的影響，未建立熱泵調(diào)峰占比與這些參數(shù)的關(guān)系，從而無法確定經(jīng)濟性的熱泵調(diào)峰占比值，也無法對地?zé)犴椖拷ㄔO(shè)投資的合理性以及生產(chǎn)成本預(yù)測的可靠性進行評價，導(dǎo)致其評價結(jié)果不能有效指導(dǎo)地?zé)峁┡椖糠桨冈O(shè)計的優(yōu)化。為此，筆者以中深層水熱型地?zé)峁┡椖繛槔?，基于最?jīng)濟、有效的評價思路，系統(tǒng)分析了項目的供暖系統(tǒng)，研究了不同熱泵調(diào)峰占比對采灌井數(shù)、項目投資、運行成本以及經(jīng)濟效益的影響，由此建立了基于經(jīng)濟評價的地?zé)峁┡療岜谜{(diào)峰占比優(yōu)化方法，以期為地?zé)峁┡椖康姆桨冈O(shè)計和投資決策提供依據(jù)。

1 地?zé)峁┡啗r

我國能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占比過高，以煤為主的能源消費帶來了嚴重的環(huán)境污染問題[6]，特別是在采暖季，大量燃煤排放的二氧化碳嚴重污染了環(huán)境。為了改善大氣質(zhì)量、治理霧霾，近年來我國大力推廣“煤改電”“煤改氣”以及“地?zé)峁┡钡惹鍧嵅膳こ?，清潔采暖面積迅速增加，環(huán)境治理取得了明顯的成就。以北京市為例，近5年來該市空氣質(zhì)量逐漸變好（圖1），2020年北京市空氣優(yōu)良天數(shù)達276 d，比2015年多90 d。2020年北京市PM 2.5年均濃度為 38 μg/m3，比 2015 年減少 43 μg/m3。重度污染天數(shù)2020年首次降到0，而2015年重度污染天數(shù)為46 d。截至2019年底，我國北方地區(qū)供暖總面積為211×108m2[7]，清潔供暖面積116×108m2，清潔供暖率達55%，其中天然氣采暖面積為28×108m2（年用氣量248×108m3），地?zé)峁┡娣e達11.23×108m2。

天然氣作為高效、清潔、低碳的化石能源[8-10]，在清潔能源發(fā)展中扮演了重要角色。過去幾年，國家實施的“煤改氣”采暖計劃，加快推動了清潔采暖的發(fā)展。但由于我國天然氣產(chǎn)量不足[11-12]，40%需依賴進口，大量的燃氣采暖，造成了區(qū)域性“氣荒”[13]，嚴重威脅我國能源供應(yīng)安全，引起社會各界的廣泛關(guān)注。每到冬季，國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司（以下簡稱國家管網(wǎng)）的天然氣保供壓力劇增。同時，天然氣也是化石能源，天然氣燃燒也會排放二氧化碳等污染物。因此，零碳排放的地?zé)峁┡蔀椴膳袠I(yè)關(guān)注的重點。

地?zé)嶙鳛橐环N清潔環(huán)保、用途廣泛、穩(wěn)定性好、可循環(huán)利用的可再生能源[14]，展現(xiàn)出良好的發(fā)展?jié)摿Α５責(zé)峁┡呀?jīng)成為我國目前供熱面積最大、效果最好的可再生能源供暖形式之一。如中石化打造的“雄縣模式”[15-16]，得到了國家能源局的認可。

較之于天然氣采暖，地?zé)峁┡哂懈玫慕?jīng)濟和環(huán)保優(yōu)勢[17]。大力發(fā)展地?zé)崆鍧嵅膳瑢τ诰徑馓烊粴夤?yīng)壓力、保障國家能源供應(yīng)安全和促進地方經(jīng)濟發(fā)展都具有重要作用。此外，我國地?zé)豳Y源十分豐富，水熱型地?zé)豳Y源年可采量超過19×108t標準煤[18]，可以有力支撐大規(guī)模的地?zé)衢_發(fā)利用。

2 地?zé)峁┡椖拷?jīng)濟評價

2.1 中深層水熱型地?zé)峁┡椖?/h3>

利用不同類型的地?zé)豳Y源進行供暖方式有多種，既有淺層地源熱泵供暖，也有中深層水熱型供暖，還有深井直接換熱供暖。本文討論的是中深層水熱型地?zé)峁┡?，即把地?zé)崴畯牡叵虏沙鲋恋孛妫崛∷袩崮転橛脩艄┡?，換熱后的尾水再回灌到地下[19-20]，確保整個采暖系統(tǒng)只取熱不取水。該類地?zé)峁┡到y(tǒng)包含地?zé)岵晒嘞到y(tǒng)和供暖熱水循環(huán)系統(tǒng)。

地?zé)豳Y源開發(fā)利用是系統(tǒng)工程，涉及地面工程、地?zé)岬刭|(zhì)、開發(fā)、利用、管理等多個環(huán)節(jié)。地?zé)峁┡こ虅t是根據(jù)供暖面積、供給熱能以及地?zé)崽锟碧介_發(fā)等基礎(chǔ)條件，依據(jù)采灌井數(shù)、調(diào)峰熱能進行相關(guān)配套設(shè)施設(shè)計的系統(tǒng)工程。

地?zé)峁┡椖可婕坝脩舨膳凸醿蓚€系統(tǒng)，項目運營受供熱需求約束，不同地區(qū)供暖期和室外溫度存在較大差異，供暖目標的熱耗指標、供暖溫度也不相同，因此應(yīng)按照保障適宜居住條件、節(jié)約地?zé)豳Y源的供暖原則，依據(jù)室外溫度和供暖需求進行采熱方案設(shè)計。

2.2 項目方案設(shè)計與經(jīng)濟評價

在進行地?zé)峁┡椖糠桨冈O(shè)計和經(jīng)濟評價時，應(yīng)重點關(guān)注采暖負荷大小、單井采熱量、采水井數(shù)、回灌井數(shù)、熱泵功率等關(guān)鍵參數(shù)。

2.2.1 采暖熱負荷

熱負荷是決定項目規(guī)模的關(guān)鍵參數(shù)，筆者以供暖期室外月平均溫度和最低室外溫度為依據(jù)，測算熱負荷及供暖期每個月的供給熱能。依據(jù)熱平衡原理，采暖熱負荷等于供給熱能，受室外溫度變化的影響，供暖期每天晝夜的耗熱量不同，供給熱能也不同。因此，在實際供暖期，應(yīng)按照每天晝夜室外溫度的變化進行供給熱能控制，這樣可以實現(xiàn)地?zé)崂米罟?jié)能、地?zé)徇\行最經(jīng)濟有效。

2.2.2 熱泵調(diào)峰

由于地?zé)豳Y源品位的不同，在進行地?zé)峁┡瘯r，常常使用熱泵調(diào)峰對熱源進行補充[21-22]。即使地?zé)豳Y源較好，能滿足正常的采暖需求，也常常把熱泵調(diào)峰作為供暖項目的重要內(nèi)容，這是由于調(diào)峰不僅可以保證在極端天氣下滿足用戶的采暖需求，更重要的是可以降低項目的投資，提高項目的經(jīng)濟性。

鉆井是地?zé)犴椖客顿Y最大的組成部分[23-24]，約占總投資的2/3，尤其是水熱型地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，在尾水必須進行回灌的情況下，需要鉆探更多的采灌井，成本更大。為充分利用采出的地?zé)崴疅崮?，在直接換熱后的尾水回灌到地下之前，可以采用熱泵技術(shù)再提取一部分熱能?？紤]到熱泵需要更多的電力成本，合理的調(diào)峰比例設(shè)計是決定地?zé)犴椖拷?jīng)濟性的關(guān)鍵。

調(diào)峰占比即熱泵調(diào)劑熱能占總采暖供給熱能的百分比，與熱泵調(diào)峰后回灌水溫度的關(guān)系見式（1）。在地下水出口溫度和直接熱交換后地?zé)崴疁囟却_定的條件下，熱泵調(diào)節(jié)后回灌水溫度（TTH）越低，調(diào)峰占比越大。在采熱方案設(shè)計中，可以通過TTH來測算采灌井的數(shù)量和調(diào)峰熱能。

式中RTB表示熱泵調(diào)峰占比；TH表示直接換熱后地?zé)崴疁囟?，℃；TTH表示熱泵調(diào)節(jié)后回灌水溫度，℃；TD表示地下水出口溫度，℃。

調(diào)峰熱泵負荷依據(jù)最大調(diào)峰熱能進行設(shè)計，即在供暖期取熱水井（采水井）達到最大開井數(shù)時計算的負荷，計算公式為：

式中QRmax表示熱泵負荷設(shè)計值，kW；HCkmax表示采水井最大開井數(shù)設(shè)計值，口；QC表示采水井日產(chǎn)水量，m3；CW表示水的比熱容，J/(kg·℃)。

實際上，調(diào)峰熱泵的運行應(yīng)依據(jù)室外溫度變化引起的熱負荷變化隨時進行調(diào)整，即在供暖期間調(diào)峰熱泵不需要進行滿負荷運轉(zhuǎn)，這樣可以大大減少項目的運行成本。

3 熱泵調(diào)峰占比優(yōu)化方法

在供暖面積確定的條件下，從節(jié)能與保障適宜室內(nèi)溫度的角度，應(yīng)合理利用已開發(fā)出的地?zé)豳Y源，實現(xiàn)對地?zé)豳Y源的有效利用。由于供給熱量受室外溫度的約束，因此采熱水量和熱泵調(diào)節(jié)受控于室外溫度的變化。在供暖初期和末期，由于室外溫度較高，通常不需要進行熱泵調(diào)峰，直接熱交換的熱能就能夠滿足采暖的需求。只有當室外溫度降低到一定程度時，才需要采用熱泵調(diào)峰方式保障供暖。

由于采灌井數(shù)是地?zé)峁┡椖客顿Y最大的主體工程，采出熱量、調(diào)節(jié)熱量占比的優(yōu)化，對主體工程的投資規(guī)模和經(jīng)濟效益將產(chǎn)生直接影響。工程建設(shè)最優(yōu)方案實際就是確定最優(yōu)調(diào)峰占比條件下的地?zé)峁┡椖客顿Y建設(shè)方案。在不同調(diào)峰占比的投資方案中，確定最優(yōu)熱泵調(diào)峰占比實際上是要確定地?zé)峁┡椖孔畲笫找媛剩‵IRRmax）和最小LCOE（平準化度電成本，Levelized Cost of Energy）指標。

在不同的地?zé)峁┡椖吭O(shè)計方案中，當?shù)責(zé)峁┡椖渴找媛蕿樽畲螅‵IRRmax）或平準化度電成本為最?。↙COEmin）時的設(shè)計方案，可將其熱泵調(diào)峰占比確定為最優(yōu)值，即RTB最優(yōu)。

3.1 調(diào)峰熱量占比優(yōu)化

調(diào)峰熱量占比是熱泵提供熱量占總供熱量（供暖地區(qū)月平均最低室外溫度時的最大供熱量）的比例。調(diào)峰熱量與熱泵能效系數(shù)（COP）、熱泵總功率呈正相關(guān)。在COP一定的條件下，熱泵總功率越大，調(diào)峰熱量占比越大。從回灌溫度角度，熱泵調(diào)節(jié)后回灌水溫度越低，提取熱量越大，調(diào)節(jié)能力越強。熱泵調(diào)峰占比優(yōu)化，首先要明確采灌井數(shù)、采出熱能、直接換熱量、熱泵調(diào)峰熱能的關(guān)系。室外溫度最低時的采水井開井數(shù)、回灌井開井數(shù)計算見式（3）、（4）。

式中HCmax表示室外溫度最低時的采水井開井數(shù)，口；S表示供暖面積，m2；Tmin表示月最低溫度，℃；表示環(huán)保要求年平均溫度條件下的單位面積耗熱量，W/m2；WTF表示熱泵調(diào)峰熱能，kW，其值取決于直接換熱后的溫度和回灌水的溫度；表示環(huán)保要求耗熱量的年平均溫度，℃；HGmax表示室外溫度最低時的回灌井開井數(shù)，口；HC表示采水井數(shù)，口；α表示地?zé)崴毓嗦?；QG表示回灌井日注水量，m3。

基于上述關(guān)系式，可以明確熱泵調(diào)峰熱能與采水井和回灌井呈負相關(guān)，即熱泵占比越大，采灌井數(shù)越少。要確定最佳調(diào)峰熱泵占比，僅靠該關(guān)系式難以確定，需進行不同熱泵占比情景下的項目經(jīng)濟評價，尋求在確保收益率條件下的最佳方案。

3.2 調(diào)峰占比與投資

地?zé)峁┡椖客顿Y（ID）由采灌工程建設(shè)投資（IC）、供暖工程建設(shè)投資（IG）、基建工建設(shè)程投資（IJ）、其他費用（IQ）、項目建設(shè)預(yù)備費用（IY）構(gòu)成，其中供暖工程建設(shè)投資屬固定投資。采灌工程建設(shè)投資、基建工程建設(shè)投資以及項目建設(shè)預(yù)備費用，隨采灌井數(shù)與熱泵調(diào)節(jié)能力（熱泵總功率）結(jié)構(gòu)的調(diào)整發(fā)生變化。因此，確定合理的熱泵調(diào)峰占比是優(yōu)化采灌井數(shù)以及降低工程建設(shè)投資的關(guān)鍵。

依據(jù)采灌井數(shù)與調(diào)峰熱能的關(guān)系，調(diào)峰熱能占比越大，調(diào)峰熱能（WTF）越大，在供暖需求確定的條件下，提升熱泵調(diào)峰占比，須增加調(diào)峰熱泵功率，隨之增加熱泵費用，減少新鉆采灌井投資、電潛泵購置費用、板式換熱器的購置費用。

采灌工程建設(shè)投資（IC）是地?zé)峁┡椖客顿Y的主體，主要包括老井轉(zhuǎn)采/轉(zhuǎn)注費用（即廢棄井改造為采灌井的費用）、新鉆采灌井費用、電潛泵購置費用和熱泵費用，計算見式（5）。

式中Hlcg表示老井轉(zhuǎn)采灌井數(shù)量，口；Hxcg表示新鉆采灌井數(shù)量，口；HCG表示采灌井數(shù)量，口；QRmax表示設(shè)計熱泵調(diào)節(jié)熱能，kW；Pzcg表示老井轉(zhuǎn)采灌井投資定額，萬元/口；Pxz表示新鉆采灌井投資定額，萬元/口；Pdqb表示電潛泵單價，萬元/臺；PRB表示熱泵單價，萬元/kW。

供暖工程建設(shè)投資（IG）由供暖循環(huán)泵、供暖補水泵、中間循環(huán)泵、板式換熱器、定壓控制設(shè)備、過濾系統(tǒng)等設(shè)備的購置費用構(gòu)成。其中板式換熱器受調(diào)峰熱能約束，調(diào)峰熱能增大，需要的板式換熱器面積減少[式（6）]，相應(yīng)減少了供暖工程建設(shè)投資（IG）。

式中SBHR表示板式換熱器面積，m2；qhTmax表示最大換熱量，W/m2；TGH表示供暖端回水溫度，℃；TG表示供暖熱水溫度，℃；κ表示傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；Rc表示熱傳導(dǎo)率。

板式換熱器購置費用計算見式（7）：

式中IBHR表示板式換熱器購置費用，萬元；SBHR表示板式換熱器面積，m2；PBHR表示板式換熱器單價，萬元/m2。

在熱泵能效系數(shù)（COP）確定的條件下，隨著調(diào)峰熱能的增減，地?zé)峁┡こ滩晒嗑當?shù)隨之改變，變化結(jié)果如圖2所示。在采水井產(chǎn)能確定的條件下，熱泵調(diào)節(jié)比例越高，采灌井數(shù)越少。圖3為熱泵調(diào)峰占比與建設(shè)投資和成本的關(guān)系，隨著熱泵調(diào)峰占比的增加，地?zé)峁┡椖拷ㄔO(shè)投資呈下降趨勢，操作成本則呈上升趨勢。這是因為建設(shè)投資的很大部分來自鉆井費用，熱泵比例增加，采灌井數(shù)減少，投資規(guī)模則下降。另外，由于熱泵的運行要耗電，熱泵比例增大，則電費增加很大，操作成本顯著上升。

3.3 調(diào)峰占比與運營成本、水費

運行成本、水費也是影響調(diào)峰占比的關(guān)鍵因素。地?zé)峁┡椖康倪\行成本主要包括人員費、維護費、管理費、水費、動力費等，其中水費和動力費用屬于變動成本，隨采灌井數(shù)與熱泵調(diào)節(jié)能力（熱泵總功率）結(jié)構(gòu)的調(diào)整發(fā)生變化。

水費（Cs）包括排污費、熱水處理費、地下水資源稅。調(diào)峰熱能占比增加，采出熱水量減少，相應(yīng)水費減少。

動力費包括調(diào)峰熱泵、采水井電潛泵、供暖循環(huán)泵、供暖補水泵、中間循環(huán)泵、回灌水泵站等設(shè)備運行需要的電費支出。調(diào)峰熱泵動力費、采水井動力費、中間循環(huán)泵為主要變動成本費用，與調(diào)峰熱能緊密相關(guān)。調(diào)峰熱能占比增加，采水井動力費、中間循環(huán)泵費用減少，但調(diào)峰熱泵動力費增加。

3.4 項目經(jīng)濟評價及調(diào)峰占比確定

項目經(jīng)濟評價方法：①采用折現(xiàn)現(xiàn)金流模型計算不同調(diào)峰占比下項目方案設(shè)計的內(nèi)部收益率和凈現(xiàn)值；②引用LCOE評價指標評價項目方案設(shè)計的經(jīng)濟性，即把單位面積的供暖成本折成電價進行項目全周期的經(jīng)濟評價，該結(jié)果便于與風(fēng)能、太陽能等其他可再生能源項目的經(jīng)濟性進行對比。

3.4.1 經(jīng)濟效益指標測算

經(jīng)濟效益指標測算是在確定調(diào)峰占比條件下，通過測算地?zé)峁┡椖客顿Y、生產(chǎn)運營成本，基于現(xiàn)金流模型測算財務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值。

財務(wù)內(nèi)部收益率（FIRR）是指能使項目計算期內(nèi)凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值等于0時的折現(xiàn)率：

式中CI表示現(xiàn)金流入量，萬元；CO表示現(xiàn)金流出量，萬元；(CI－CO)t表示第t期的凈現(xiàn)金流量，萬元；n表示項目計算期，a。

當FIRR≥i0（基準收益率）時，項目方案在財務(wù)上可考慮接受。

財務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV）是指按設(shè)定的折現(xiàn)率（一般采用i0值）計算的項目計算期內(nèi)凈現(xiàn)金流量之和，即

式中i0表示設(shè)定的折現(xiàn)率（同基準收益率）。

在設(shè)定的折現(xiàn)率下計算的FNPV≥0（FNPV折現(xiàn)）時，項目方案在財務(wù)上可考慮接受。

3.4.2LCOE指標測算

LCOE指標的計算方法見式（10）：

式中LCOE表示國際通用的項目經(jīng)濟性評價指標，元/(kW·h)；RGt表示供暖項目年度供給熱能，kW·h。

3.4.3 基于經(jīng)濟評價的調(diào)峰占比確定

依據(jù)項目方案設(shè)計的不同調(diào)節(jié)熱量占比，測算地?zé)峁┡椖抗こ探ㄔO(shè)投資、運營成本，計算內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值、投資回收期和LCOE指標，可以建立熱泵調(diào)峰占比與經(jīng)濟效益的評價模板。

圖4是依據(jù)貼現(xiàn)現(xiàn)金流模型建立的不同熱泵調(diào)峰情景下的項目經(jīng)濟評價模板，隨著熱泵調(diào)峰占比的增加，內(nèi)部收益率出現(xiàn)先增后降的趨勢，內(nèi)部收益率存在最大值FIRRmax。當調(diào)峰占比（RTB）能夠獲取最大收益率時，調(diào)峰占比為最優(yōu)設(shè)計，此時地?zé)峁┡椖客顿Y科學(xué)、投入成本經(jīng)濟。

LCOE指標越小，項目方案設(shè)計供給的熱能成本越低，越具有經(jīng)濟性。隨著RTB的線性增長，圖4反映了LCOE指標先下降后增長的趨勢，LCOE指標存在最小值LCOEmin，即存在內(nèi)部收益率的最大值和LCOE最小值。當調(diào)峰占比（RTB）能夠獲取最小的LCOE指標時，調(diào)峰占比為最優(yōu)設(shè)計，此時地?zé)峁┡椖客顿Y科學(xué)、投入成本經(jīng)濟。

4 項目經(jīng)濟評價和風(fēng)險分析軟件開發(fā)

地?zé)豳Y源主要有地?zé)岚l(fā)電和直接利用兩種利用形式。我國地?zé)衢_發(fā)利用主要以中低溫地?zé)豳Y源為主，直接利用尤其是地?zé)峁┡瞧渲饕绞健?019年底，我國地?zé)峁┡娣e11.23×108m2（表1），其中淺層地?zé)豳Y源供暖面積8.41×108m2，中深層地?zé)豳Y源供暖面積2.82×108m2。地?zé)岚l(fā)電受資源、技術(shù)及經(jīng)濟的限制，長期停滯不前，發(fā)展規(guī)模小，裝機容量僅為27.8 MW。干熱巖開發(fā)仍處于探索階段，目前正在青海共和盆地和河北唐山馬頭營地區(qū)開展以壓裂方式提高發(fā)電效率（EGS）的干熱巖開發(fā)現(xiàn)場試驗。

表1 近5年我國地?zé)峁┡偷責(zé)岚l(fā)電情況簡表

隨著我國“雙碳”目標的提出，地?zé)嵩谇鍧嵐┡矫鎸a(chǎn)生重大作用。2021年4月14日，國家能源局綜合司發(fā)布《關(guān)于促進地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見（征求意見稿）》，提出“大力推進中深層地?zé)崮芄┡?，?025年，地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e將比2020年增加50%，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地?zé)崮馨l(fā)電示范項目；到2035年，地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e將比2025年翻一番。

地?zé)峁┡椖康姆桨冈O(shè)計對項目的經(jīng)濟性影響很大，在以往的實際工作中，筆者通常采用手工計算，分析和測算不同調(diào)峰比例的地?zé)峁┡こ探ㄔO(shè)投資、生產(chǎn)運行成本和經(jīng)濟性，并從眾多的方案中優(yōu)選出最優(yōu)方案，其間的工作量很大。

基于上述研究成果，筆者編制了地?zé)犴椖拷?jīng)濟評價和風(fēng)險分析軟件（GEOS 1.0），該系統(tǒng)不但能夠評價地?zé)犴椖康慕?jīng)濟性，而且可以進行風(fēng)險評價，對眾多的地?zé)犴椖坎扇我蛩睾投嘁蛩貎?yōu)選排隊，從而優(yōu)選地?zé)犴椖?。更重要的是可以通過不同調(diào)峰占比的計算，快速確定項目的最佳方案，解決了以往方案設(shè)計時間長、效率低的問題。

一旦熱泵調(diào)峰最優(yōu)比確定，最優(yōu)地?zé)犴椖拷ㄔO(shè)方案就可以確定下來。這時的采水井數(shù)、回灌井數(shù)、熱泵功率等是確保歷史最低溫度下能滿足室內(nèi)采暖需求的最大數(shù)。在實際的采暖季，大多時期的室外溫度高于歷史最低溫度，供暖時并不需要啟動所有的采水井和熱泵系統(tǒng)，可以依據(jù)室外溫度的變化對開采井和熱泵調(diào)峰進行控制，從而降低運營成本。該軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)對每個月的開井數(shù)和熱泵功率的調(diào)整。河北某地區(qū)采暖項目的應(yīng)用案例如圖 5、6、7所示，該地區(qū)供暖期為5個月，從月平均溫度、供暖需求、熱泵調(diào)峰與采熱井關(guān)系看，只有在最冷的12月和1月，才需要啟動熱泵和全部啟用采水井。11月、2月和3月由于室外溫度相對較高，用熱需求少，不需要進行熱泵調(diào)峰，采熱井也分別啟用了37口、42口和34口。

5 結(jié)論

1）我國大力實施清潔采暖計劃，加大地?zé)崮艿拈_發(fā)利用，地?zé)峁┡焖僭鲩L，累計地?zé)峁┡娣e超過11.23×108m2。我國地?zé)豳Y源豐富，清潔供暖需求旺盛，發(fā)展地?zé)岙a(chǎn)業(yè)將助推環(huán)境治理和綠色低碳發(fā)展，并在碳達峰和碳中和中發(fā)揮重要作用。

2）基于地?zé)峁┡椖康娜^程分析和項目的經(jīng)濟評價，在預(yù)期收益率約束下的熱泵調(diào)峰占比優(yōu)化方法如下：①建立調(diào)峰熱能與采灌井數(shù)、板式換熱器面積的關(guān)系模型；②建立調(diào)峰熱能與變動成本的關(guān)系模型；③建立工程建設(shè)投資與生產(chǎn)運營成本測算模型；④基于現(xiàn)金流模型實現(xiàn)不同調(diào)峰占比條件下的內(nèi)部收益率和LCOE指標的快速測算，從而確定基于項目經(jīng)濟評價的最優(yōu)熱泵調(diào)峰占比。

3）基于最優(yōu)熱泵調(diào)峰占比研究研發(fā)形成的地?zé)峁┡?jīng)濟評價和風(fēng)險分析軟件，不但可以評價項目的經(jīng)濟性，快速確定最優(yōu)熱泵占比和地?zé)峁┡桨?，同時可以明確地?zé)峁┡椖窟\營過程中成本控制的關(guān)鍵要素，調(diào)整實際開井數(shù)和熱泵功率，降低運行成本。也可以進行地?zé)豳Y源、工程、商業(yè)風(fēng)險評價，對眾多地?zé)犴椖坎扇我蛩睾投嘁蛩貎?yōu)選排隊，從而優(yōu)選地?zé)犴椖?，解決了以往地?zé)峁┡椖吭O(shè)計方案時優(yōu)化工作量巨大的難題。