新時代能源環境下的地熱能開發

陸靜丹

（上海市地礦工程勘察院，上海 200072）

從國家的相應統計數據分析可以發現，我國在1995年時就已經超過歐洲和美國成為世界上二氧化硫排放量最多的國家。當前我國的火電廠在正常供電中所產生的二氧化硫占到全國總排放的40%以上，該數據在逐年的上升。自20世紀90年代開始，我國因為酸雨、二氧化硫等污染物所造成的農作物損壞等問題日益嚴重，給人們的日常生活、生命健康造成了巨大的影響，已經成為嚴重影響社會發展的重要因素。同時，化石燃料在燃燒的過程中會產生大量的二氧化碳，長期影響使得全球逐漸變暖，氣候發生巨大的變化。我國二氧化碳的排放量已經成為世界第二，占到全世界總排放的13%以上。根據行業內專家的估算和分析，我國在未來社會發展中，二氧化碳的排放量會逐步地成為世界第一。

傳統能源在消耗的過程中，必然會產生一系列的環境污染問題，為了能夠更好地解決資源緊張、消除環境污染的問題，一方面需要合理的開發和應用天然能源，同時要應用先進的設備來進行能源利用率的提升；另一方面，要合理進行能源結構的調整，實現能源結構優化。

1 地熱能的介紹

地熱能是從地殼結構中所獲取的天然熱能，這種能量主要來源于地球內部放射性元素不斷的衰變所釋放的熱量，通過熱力的形式存在自然界中。地球內部的溫度可以測定的已經達到7 000 ℃，在地表80～100 km的位置上，其溫度就會下降到650～1 200 ℃。經過地下水的流動與熔巖涌至距離地面1～5 km的地殼位置上，熱力可以直接傳輸到接近地面的位置上。高溫熔巖附近位置上可以進行地下水的持續加熱，其可以滲出地面，屬于可再生資源。

根據熱資源的性質以及存在的形式，可以分成蒸汽型、熱水型、地壓型、壓漿型等形式。前兩種可以稱之為水熱型，是目前主要使用的地熱資源形式，而后面集中則是地熱資源形式，地壓型地熱資源形式雖然其生成條件不是很普遍，但是其能量的儲量巨大，并且除了熱能之外，同時還存在于甲烷類的化學能與高壓所造成的機械能。此外、地熱能也可以如下分類：淺層地熱能，指代地下淺部 （一般小于200 m） 巖土體、地下水和地表水中；一般溫度低于25 ℃，間接利用方式；水熱型地熱能，地下中深部 （一般200～3000 m） 地下水中；溫度高于25 ℃，可分為地溫 （25～90 ℃） 、中溫 （90～150 ℃）和高溫 （大于150 ℃）；直接利用方式。干熱巖型地熱能，地下深部 （一般大于3 000 m） 高溫巖中；溫度一般高于200 ℃；間接利用方式。

2 地熱能開發利用的優缺點

2.1 地熱能的開發優點

（1） 有些地區中可以常年使用可再生資源，且硬件使用壽命非常長。

（2） 能源結構優化配置，降低環境污染程度。

（3） 促進其他相關產業的發展，具備較高綜合效益。

（4） 長期節能效率高，回報大。

2.2 地熱能的開發引起的環境問題

（1） 地熱水中還有一定量的有害物質，比如氟、硼、砷、汞等物質，同時也存在一定量的鈣、鎂離子等，長期應用之下容易產生結垢的問題。對于周邊區域的污水排放效果比較差的情況，水污染的問題比較嚴重，對于地熱開發產生嚴重不良的影響。

（2） 地熱水大量抽取會導致地面嚴重沉降的問題。

（3） 地熱能開發環節，會將地下大量氣體排放到空氣中，而水中存在的大量的硫化氫等物質會對金屬結構產生較大的腐蝕性。

（4） 只能應用到特定區域，會導致枯竭的問題。

（5） 熱能系統前期投資比較大。

3 地熱能的開發利用狀況

3.1 國外地熱資源開發利用現狀

地熱能發電應用到實踐中，其歷史可以追溯到1904年，進入到商業開發的領域也有百年歷史。進入到2005年之后，全世界范圍內已經有超過24個國家開始應用地熱能進行發電，72個國家開始大范圍的應用地熱能，發電量已經達到56.95 TWh/a，地熱能利用達75.94 TWh/a。因為地熱熱泵技術的全面應用，使得熱源溫度的利用已經下降到12 ℃，已經全面地改變了傳統的應用方式，開發利用已經成為常態。此時應該注意，只要是技術和管理非常的合理，地熱能源的利用效果就會非常好，且不會存在任何的污染問題，是清潔性的能源，這也是國際上地熱能源開發利用的主要原因。新能源中非常重要的地熱能，其與太陽能、風能、生物能等一樣，對當今世界范圍內的能源領域起到了非常積極的影響作用。

3.2 我國地熱資源開發利用現狀

地熱資源在我國范圍內儲量巨大，并且不會產生任何的污染，隨著當今世界上的石油、煤炭等能源逐漸地減少，地熱能源必然會成為未來改變世界的能源，我國地熱資源主要是用來進行發電以及中低溫地熱的直接應用。

3.2.1 地熱發電

地熱發電是當前地熱能源利用的主要方式，這也是首先需要使用的方式。我國高溫熱源的利用主要指的是溫度超過150 ℃的地熱能源，其一般存在于我國的西藏南部、云南西部、臺灣東部等地區，當前已經開發和應用的有5 500個地熱點，45個地熱田，其地熱溫度超200 ℃。如果此時將其全部轉變為電能，對于我國的能源結構產生了非常大的影響。地熱發電是目前采用地下熱水、蒸汽動力能源的主要方式，是當前應用最為廣泛的新型發電施工技術，其與火力發電技術基本相同，也是能量轉換的原理，將地熱能轉變為機械能，然后再轉化為電能直接使用。

3.2.2 地熱水的直接利用

當前我國的中低溫地熱能源主要是進行供暖、醫療保健、洗浴、休閑、農業種植等，并且已經開發出階梯利用方式，可以逐步地開發并且使用地熱能源。當前我國的地熱水在應用的過程中，供熱采暖占18.0%，醫療與休閑領域占65.2%，農業領域占9.1%，其他占7.7%。

（1） 地熱直接供暖。當前我國的北方城市中的冬季取暖依然是以煤炭能源為主要的能源形式，在正常使用的過程中會產生大量的二氧化碳、粉塵等污染物，造成巨大的環境污染問題，對城市居民造成嚴重的影響。應用地熱采暖系統可以通過地熱能源直接進行供熱，不能產生任何的污染物，特別是在進行傳統設備改造環節，利用熱交換器，地熱水并不會直接進入到供暖管道內，將干凈的水通入到管道內，可以防止出現腐蝕、結垢等問題。不僅如此，經濟效益也是非常巨大的。應用地熱進行供暖，其總體費用僅為燃油鍋爐的10%，燃煤鍋爐的20%，因此，在實際范圍內需要加強地熱供暖的應用，對于我國環保事業的發展起到了積極促進作用。

（2） 醫療保健。地熱水內含有大量的硼、硅、鍶、氟、鋰、碘等多種礦物質，可以應用到醫療、保健、養生等領域中，可以進行一定的疾病治療。目前主要應用地熱水來進行洗浴，可以促進身體血液循環，還能夠緩解坐骨神經痛，對于治療風濕類疾病也有著非常好的效果。長期使用地熱水進行沐浴，可以改善人體健康狀態，促進身體健康質量的提升，可以提升人的身體質量。

（3） 娛樂、旅游。采用溫泉治療的方式，主要是應用到游泳館、嬉水樂園、康復治療中心、溫泉度假村中，成為比較時尚的娛樂休閑項目。

（4） 農業溫室種植和灌溉。地熱能源是一項復合型的能源，應用到生物的反季節、異地養殖等領域有著非常好的效果。通過地熱能的方式可以給溫室內部進行供暖，并且可以進行水生植物的養殖，其水源中所存在的礦物質可以給植物的生長提供必要的養分支持。我國的北方地區中，地熱水可以進行高檔水果、菌類、花卉的種植，而南方地區多數是用來育秧。從大量的統計數據分析可以發現，全國范圍內目前應用的地熱溫室與大棚面積為133 萬m2，只有河北省就已經達到47 萬m2。通過地熱水來進行灌溉，可以促進植物的早熟，并且可以達到增產的效果。當前我國的溫室種植中利用的地熱能源折合為煤已經達到21.5 萬t/a，占地熱資源年開采總量的3.4%。

（5） 余熱供暖。應用到洗浴、娛樂等領域中的地熱能源也是非常普遍的，地熱水溫度非常高，包含著大量的地熱能，如果可以有效地進行使用，必然會產生更高的綜合效益。比如北京市地質勘察技術員與清華大學聯合研發出的地熱泵供熱系統，其可以從熱水，甚至冷水中獲取地熱能，地熱能源的利用率已經超過80%，并且其系統成本比較低，對于地熱能的開發和利用是更加有利的。

當前我國的地熱能源利用已經成為世界第一，但是在整個能源領域中所占比例僅為0.5%左右，地熱發電占到了全國總發電量的0.35%，全面的開發地熱能源仍然是目前我國所面臨的主要問題。

（6） 淺層地溫能利用技術。地源熱泵技術主要是開發和利用淺層地熱能源，其可以進行制冷與采暖，可以有效地替代空調系統。地源熱泵可以有效地利用少量的高品位能源，將地源能直接轉化成為夏季的冷卻源、冬季的采暖源，從而可以滿足改善人們生活的需要。

地源熱泵三聯供技術特點和創新性如下：

應用地源熱泵技術可以完全地取代傳統的“制冷機+鍋爐”方式，全年可以節約能源40%左右，地源熱泵的制熱溫度可以達到70 ℃以上，與傳統的暖氣片結構聯合使用，并不需要進行室內設備的改造升級；地源熱泵應用制冷劑進行制冷，并不會產生任何損壞環境的物質。

地源熱泵技術應用的主要工作原理就是利用地源能溫度夏季低于環境溫度、冬季高于環境溫度的特性，可以更好地實現制冷與制熱處理?？梢愿玫亟o人們提供良好的生活環境，其較之傳統的“制冷機+鍋爐”系統來說，能源節約可達40%。

4 結語

總而言之，在我國社會不斷發展的過程中，人們對于環保、健康問題越來越重視，社會對于優化能源結構與發展清潔能源的需求也在與日俱增，無論作為清潔能源還是保健資源、水資源，都是具備廣闊的發展意義的，在實踐過程中，需要按照當地的條件資源，進行合理的規劃、利用，將粗放簡單的利用形式，逐漸地轉變為集成化的利用方式，促進資源能夠有效利用。地熱能源具備清潔性，是可再生資源，但是在應用中需要充分考慮到各個方面，從而可以優化能源結構，促進人類社會的和諧發展和進步。