淺層地溫能的優(yōu)勢與問題

劉祿

摘 ?要：淺層地溫能作為清潔能源的一種，近年受到廣泛的應(yīng)用。國外發(fā)展淺層地溫能已有數(shù)十年，并有相應(yīng)的發(fā)展政策。通過淺層地溫能與中深層地溫能、其他供暖制冷方式的對比，淺層地溫能的特征也體現(xiàn)出了其優(yōu)勢，但在應(yīng)用時也要注意冷熱均衡，以持續(xù)利用。

關(guān)鍵詞：淺層地溫能;優(yōu)勢;供暖制冷

引言

在能源需求量日益增加的今天，以化石能源為主要的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)日益落后，淺層地溫能作為一種新型的可再生的清潔能源越來越受到人們的重視。

相比中深層地?zé)幔瑴\層地溫能的成熱機(jī)理有所不同。中深層地?zé)嶂饕强繋r石中的放射性元素的衰變放熱加上巖漿流動與巖石之間的熱傳導(dǎo)，有儲溫層和蓋層，可探測同時可利用的溫度相對較高;淺層地溫能則有一部分是靠太陽輻射，吸收熱能并儲存在地表一定深度內(nèi)，其溫度則相對較低，這部分資源參與一定深度上的熱量交換和循環(huán)，并在可允許的條件下得以利用，并不缺乏應(yīng)用價值。

最開始提出淺層地溫能的是瑞士科學(xué)家H.Zoelly（1912），由于能源需求量的增大，歐美等發(fā)達(dá)國家開始對淺層地溫能的開發(fā)利用進(jìn)行研究，如基礎(chǔ)理論“開爾文線源理論”等數(shù)學(xué)理論模型沿用至今，為后來的研究提供了可靠的理論支撐;早在上世紀(jì)中葉美國就利用淺層地溫能為居民供暖，截止至2000年，美國安裝淺層地溫能系統(tǒng)負(fù)荷量已經(jīng)有480×104kw;上世紀(jì)70年代，歐洲某些國家開始逐漸投資興建示范工程。

我國開始研究地源熱泵技術(shù)實(shí)在上世紀(jì)80年代，北京等城市于90年代啟動了示范工程，截止至2005年，我國地源熱泵裝機(jī)量已經(jīng)有630MWt。特別是中國熱泵的發(fā)展取得了一定的成果，從而更加促進(jìn)了全我國淺層地溫能的開發(fā)利用。在“十三五”規(guī)劃中，更是提出了對地?zé)崮馨l(fā)展的更高的要求，從現(xiàn)有的發(fā)電裝機(jī)容量約27.28MW，到2020年累計要達(dá)到527.28MW，同時提出要大力推廣淺層地?zé)崮艿睦茫舆M(jìn)步規(guī)范。

1淺層地溫能概念及特征

淺層地溫能是地?zé)豳Y源中很重要的一種類型，指的是蘊(yùn)藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開發(fā)利用價值的熱能，是一種綠色環(huán)保的可再生能源。

從淺層地溫能的成熱機(jī)理來看，其有三個獨(dú)特的屬性：太陽能屬性、地?zé)崮軐傩浴⑿钅軐傩浴Ｌ柲茌椛涫菧\層地溫能熱量的主要來源之一，在地殼淺部，地表以下溫度會隨著氣溫的變化產(chǎn)生周期性的變化，而在更深層的恒溫帶和增溫帶則不會有這種變化;在地球內(nèi)部，熱能的產(chǎn)色號給你和傳遞則主要是放射性元素衰變放熱及巖漿的流動和巖石的熱傳導(dǎo)，并通過大地?zé)崃鳎瑴厝确绞结尫牛瑴\層地溫能可以接收來自這些方式傳遞的熱量;土壤是熱泵的一種良好的低溫?zé)嵩赐瑫r也起到了蓄能作用，不同巖土體在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中都會有儲熱能力。淺層地溫能既可以吸收熱量也可以釋放熱量，故此，淺層地溫能是一種恢復(fù)性強(qiáng)的可持續(xù)利用資源。

2與中深層地?zé)嵯啾?/p>

從埋藏深度來看，地?zé)崮苜Y源可以分為中深層地?zé)岷蜏\層地溫能，因此在成熱機(jī)理、開發(fā)利用、地質(zhì)、評價方法等方面會有一定的差別。

2.1 開發(fā)利用方便。

中深層地?zé)岬拈_發(fā)離不開鉆井，而且中深層地?zé)徙@井平均深度都較深，如干熱巖資源存在的平均深度在地殼上部3～10km范圍，鉆井的完成并不代表著結(jié)束，以EGS為例，其建立首先要通過一定深度的鉆井進(jìn)入干熱巖熱儲層，但由于鉆井的接觸面積小，因此要通過壓裂技術(shù)壓裂熱儲層以增加滲透能力和擴(kuò)大換熱面積，隨著壓裂程度的增加，裂縫之間相互連通，形成了一個類似橢圓形人工干熱巖熱儲構(gòu)造，同時在人工熱儲的另一側(cè)打生產(chǎn)井用于抽取換熱過程后的高溫水，而被提取了熱量后的低溫水再回灌到熱儲層重新經(jīng)過熱交換，并以此循環(huán)。

淺層地溫能的開發(fā)利用則主要依靠熱泵提取儲藏在地表以下的熱能，淺層地溫能平均在200米以內(nèi)，因此相比中深層地?zé)崮埽瑴\層地溫能的開發(fā)應(yīng)用難度要更小，成本更低。

2.2直接應(yīng)用率

中深層地?zé)崮艿睦枚鄶?shù)是通過發(fā)電后間接的實(shí)現(xiàn)對地?zé)崮艿睦茫缪虬司責(zé)崽铮嗖馗咴挥诖箨憛R聚處，青藏高原地殼是個滾燙的地殼，局部存在規(guī)模較大的重熔巖漿房，有極為豐富的地?zé)豳Y源，其中羊八井地?zé)崽顴GS，基礎(chǔ)溫度約207℃，目前裝機(jī)容量合計為27.18MW，供電量約占拉薩電網(wǎng)的5.5%以上，根據(jù)“十三五”規(guī)劃，至2030年西藏主要高溫地?zé)崽镅b機(jī)總量要達(dá)到630MW。

對于淺層地溫能，其呈現(xiàn)方式更多，如溫泉露頭，淺層水熱型，故應(yīng)用范圍更廣，最多的方面就是用淺層地溫能供暖制冷。

2.3資料豐富，分布廣泛

理論上講，中深層地?zé)崮芎蜏\層地溫能均分布廣泛，但由于經(jīng)濟(jì)、成本和技術(shù)等因素的限制中深層地?zé)崮壳皯?yīng)用的地區(qū)相對較少，比之淺層地溫能，因為淺層地溫能的埋深淺，故鉆井較淺甚至不需要鉆井。我國大陸范圍內(nèi)的省會城市大多數(shù)分布在亞熱帶、暖溫帶和中溫帶，大陸區(qū)域地形地貌復(fù)雜多樣，省會城市主要分布在平原、盆地中，自然條件較好，水資源比較豐富，有利于淺層地?zé)崮艿膽?yīng)用。而且淺層地溫能勘探成本低，所以資料獲取容易，所以開發(fā)利用比中深層地?zé)岣純?yōu)勢。

3與其他能源相比

目前，建筑物集中供暖制冷主要有四種方式：一是鍋爐供暖，二是熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖，三是中央空調(diào)系統(tǒng)，四是利用淺層地溫能的地源熱泵系統(tǒng)（表1）。

由表中所得利用淺層地溫能的運(yùn)行費(fèi)用明顯低于其他方式。

4淺層地溫能的應(yīng)用問題

由于我國幅員遼闊，氣候條件復(fù)雜，故在應(yīng)用淺層地溫能時會有側(cè)重點(diǎn)，如南方則會更偏重其制冷，北方更偏向供熱，長此以往，若不注重保護(hù)，則會導(dǎo)致南方“熱積累”，北方“冷積累”，繼而打破了冷熱平衡，超過了淺層地溫能的自我恢復(fù)能力。

故在開發(fā)時應(yīng)做好勘察工作，充分研究，注意保護(hù)恢復(fù)，如果有條件可以劃區(qū)輪換使用，以達(dá)到長期可持續(xù)利用的結(jié)果。

5總結(jié)

淺層地溫能作為清潔能源地?zé)崮艿囊环N，有廣泛的應(yīng)用，能源需求的增大推動了淺層地溫能的發(fā)展。相比中深層地?zé)崮埽瑴\層地溫能有著開發(fā)利用方便，成本低，直接利用率高等優(yōu)點(diǎn)，相比其他的供暖制冷方式淺層地溫能的運(yùn)行成本也更低。如果能在應(yīng)用時注意冷熱平衡的恢復(fù)，淺層地溫能則會有廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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