中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法与流程

本发明属于地热能，涉及供热系统经济性评价领域，特别涉及一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法。

背景技术：

1、城市用清洁能源中，地热能具有稳定、连续和高效性的优点；随着化石能源的日益紧缺，地热能得到全球范围内广泛的关注。

2、中深层地热供热技术是利用中深层地热井提取地热能为建筑供热的技术，其通过钻机向地下钻井并在井内安装一种密闭的金属同轴套管换热器，向换热器不断通入循环流体，实现与周围岩土的换热，是未来清洁供热技术发展的重要推动力量。

3、对于中深层同轴套管式地埋管供热系统的经济性，不能使用传统的静态评估方法进行评估计算；考虑到长期运行的情况下中深层同轴套管式地埋管取热是一个变化波动的动态过程，必须进行全生命周期的性能评估，才可准确评价系统取热性能和经济潜力，为工程设计和技术优化提供参考建议。综上所述，鉴于现有静态评估方法不适用于中深层同轴套管式地埋管供热系统经济性评价的技术缺陷，亟需一种新的中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的方法，可对中深层同轴套管式地埋管供热系统进行全生命周期经济性评价，能够为实际工程提供理论指导。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，包括以下步骤：

4、获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的地埋管全生命周期取热潜力；基于获取的地埋管全生命周期取热潜力，获取全生命周期平均能源成本；

5、获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的净现值；

6、基于获取的全生命周期平均能源成本和净现值，实现中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价。

7、本发明的进一步改进在于，所述获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的地埋管全生命周期取热潜力的步骤包括：

8、获取地埋管循环流体参数，计算获得短期中深层地埋管极限取热能力；

9、基于所述短期中深层地埋管极限取热能力，根据全生命周期时长，计算获得地埋管全生命周期取热潜力；

10、其中，计算短期中深层地埋管极限取热能力的表达式为，计算地埋管全生命周期取热潜力的表达式为，

11、式中，qdbhe为短期中深层地埋管极限取热能力；cp为循环水比热容；q为循环流量；to为短期热性能测试中深层地埋管实时出口温度；ti为中深层地埋管恒定进口温度；qtotal为地埋管全生命周期取热潜力，theating为年度供热时间，n为全生命周期年限。

12、本发明的进一步改进在于，所述获取地埋管循环流体参数的步骤包括：

13、获取地质参数和中深层管井参数，对地埋管进行短期取热性能测试；其中，以定入口水温为边界条件，基于中深层同轴套管式地埋管导热模型，对能量方程进行数值离散，运用托马斯算法进行联立求解得出套管井内的流体温度分布，获得中深层同轴套管式地埋管循环流体参数。

14、本发明的进一步改进在于，所述基于获取的地埋管全生命周期取热潜力，获取全生命周期平均能源成本的步骤包括：

15、基于获取的地埋管全生命周期取热潜力以及预先获取的设备价格参数和系统运行参数，根据供热系统初投资模型和运行成本模型，分别计算获得系统初投资和系统运行总成本；

16、基于平均能源成本模型，计算获得中深层同轴套管式地埋管供热系统的全生命周期平均能源成本。

17、本发明的进一步改进在于，供热系统初投资模型的表达式为，

18、csystem＝cdrilling+cequ+cins++cper；

19、式中，csystem为系统初投资；cdrilling为中深层地埋管钻井费用；cequ为系统设备成本；cins为系统安装成本，cper为初期人力成本。

20、本发明的进一步改进在于，运行成本模型的表达式为，

21、ctotal＝chp+cpump；

22、式中，ctotal为系统运行总成本，chp为热泵运行成本，cpump为热源侧循环水泵成本；

23、式中，chp为热泵运行成本，qdbhe为短期中深层地埋管极限取热能力；cop为热泵机组平均能效系数；eprice为当地电力费用；

24、式中，hf为中深层同轴套管式地埋管沿程阻力；hs为中深层同轴套管式地埋管沿程阻力；u1为循环水流速；n为水泵效率；

25、式中，f为达西阻力系数；l为换热器管长；de为等效水力直径；u2为截面平均流速；g为重力加速度。

26、本发明的进一步改进在于，平均能源成本模型的表达式为，

27、

28、式中，lcoh为平均能源成本，r为贴现率。

29、本发明的进一步改进在于，获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的净现值的步骤中，

30、净现值的计算表达式为，

31、

32、式中，npv为项目净现值，eheating为供暖收益。

33、本发明的进一步改进在于，所述基于获取的全生命周期平均能源成本和净现值，实现中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价的步骤具体包括：

34、中深层同轴套管式地埋管供热系统的全生命周期平均能源成本越低，其经济性越好；其中，对项目净现值npv模型取0值，并对n进行求解，计算获得中深层同轴套管式地埋管供热系统的项目投资回收期；若项目净现值≥0，则中深层同轴套管式地埋管供热系统经济性良好；若项目净现值<0，则中深层同轴套管式地埋管供热系统经济性较差；若项目净现值均>0，则净现值最大的中深层同轴套管式地埋管供热系统为经济性最优系统。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、本发明提供的针对中深层同轴套管式地埋管供热系统的全生命周期经济性评价方法，考虑到中深层同轴套管式地埋管的取热性能是变化的，故计算短期取热性能测试中地埋管的极限取热量，并以此为基础计算全生命周期下的地埋管取热潜力，并使用系统全生命周期平均能源成本和项目净现值对系统经济潜力进行评价。

37、本发明方法能够帮助设计人员在设计前期针对中深层同轴套管式地埋管供热系统的不同设计参数，对不同设计方案进行研究比选，起到提高供热项目经济性的目的。

技术特征：

1.一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，所述获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的地埋管全生命周期取热潜力的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，所述获取地埋管循环流体参数的步骤包括：

4.根据权利要求2所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，所述基于获取的地埋管全生命周期取热潜力，获取全生命周期平均能源成本的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，供热系统初投资模型的表达式为，

6.根据权利要求5所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，运行成本模型的表达式为，

7.根据权利要求6所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，平均能源成本模型的表达式为，

8.根据权利要求6所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的净现值的步骤中，

9.根据权利要求1所述的一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，其特征在于，所述基于获取的全生命周期平均能源成本和净现值，实现中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价的步骤具体包括：

技术总结
本发明公开了一种中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价方法，包括以下步骤：获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的地埋管全生命周期取热潜力；基于获取的地埋管全生命周期取热潜力，获取全生命周期平均能源成本；获取待评价的中深层同轴套管式地埋管供热系统的净现值；基于获取的全生命周期平均能源成本和净现值，实现中深层同轴套管式地埋管供热系统全生命周期经济性评价。本发明可对中深层同轴套管式地埋管供热系统进行全生命周期经济性评价，能够为实际工程提供理论指导。

技术研发人员：朱超,王沣浩,李奕臻,丁涛,王泽源,朱丹玥,师鹏,郭安祥,熊尉辰,吴子豪,王辰曦,蔡皖龙,赵嘉,傅金柱,刘昕,权琛,张拓
受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12