新时代能源环境下的地热能开发

陆静丹

（上海市地矿工程勘察院，上海 200072）

从国家的相应统计数据分析可以发现，我国在1995年时就已经超过欧洲和美国成为世界上二氧化硫排放量最多的国家。当前我国的火电厂在正常供电中所产生的二氧化硫占到全国总排放的40%以上，该数据在逐年的上升。自20世纪90年代开始，我国因为酸雨、二氧化硫等污染物所造成的农作物损坏等问题日益严重，给人们的日常生活、生命健康造成了巨大的影响，已经成为严重影响社会发展的重要因素。同时，化石燃料在燃烧的过程中会产生大量的二氧化碳，长期影响使得全球逐渐变暖，气候发生巨大的变化。我国二氧化碳的排放量已经成为世界第二，占到全世界总排放的13%以上。根据行业内专家的估算和分析，我国在未来社会发展中，二氧化碳的排放量会逐步地成为世界第一。

传统能源在消耗的过程中，必然会产生一系列的环境污染问题，为了能够更好地解决资源紧张、消除环境污染的问题，一方面需要合理的开发和应用天然能源，同时要应用先进的设备来进行能源利用率的提升；另一方面，要合理进行能源结构的调整，实现能源结构优化。

1 地热能的介绍

地热能是从地壳结构中所获取的天然热能，这种能量主要来源于地球内部放射性元素不断的衰变所释放的热量，通过热力的形式存在自然界中。地球内部的温度可以测定的已经达到7 000 ℃，在地表80～100 km的位置上，其温度就会下降到650～1 200 ℃。经过地下水的流动与熔岩涌至距离地面1～5 km的地壳位置上，热力可以直接传输到接近地面的位置上。高温熔岩附近位置上可以进行地下水的持续加热，其可以渗出地面，属于可再生资源。

根据热资源的性质以及存在的形式，可以分成蒸汽型、热水型、地压型、压浆型等形式。前两种可以称之为水热型，是目前主要使用的地热资源形式，而后面集中则是地热资源形式，地压型地热资源形式虽然其生成条件不是很普遍，但是其能量的储量巨大，并且除了热能之外，同时还存在于甲烷类的化学能与高压所造成的机械能。此外、地热能也可以如下分类：浅层地热能，指代地下浅部 （一般小于200 m） 岩土体、地下水和地表水中；一般温度低于25 ℃，间接利用方式；水热型地热能，地下中深部 （一般200～3000 m） 地下水中；温度高于25 ℃，可分为地温 （25～90 ℃） 、中温 （90～150 ℃）和高温 （大于150 ℃）；直接利用方式。干热岩型地热能，地下深部 （一般大于3 000 m） 高温岩中；温度一般高于200 ℃；间接利用方式。

2 地热能开发利用的优缺点

2.1 地热能的开发优点

（1） 有些地区中可以常年使用可再生资源，且硬件使用寿命非常长。

（2） 能源结构优化配置，降低环境污染程度。

（3） 促进其他相关产业的发展，具备较高综合效益。

（4） 长期节能效率高，回报大。

2.2 地热能的开发引起的环境问题

（1） 地热水中还有一定量的有害物质，比如氟、硼、砷、汞等物质，同时也存在一定量的钙、镁离子等，长期应用之下容易产生结垢的问题。对于周边区域的污水排放效果比较差的情况，水污染的问题比较严重，对于地热开发产生严重不良的影响。

（2） 地热水大量抽取会导致地面严重沉降的问题。

（3） 地热能开发环节，会将地下大量气体排放到空气中，而水中存在的大量的硫化氢等物质会对金属结构产生较大的腐蚀性。

（4） 只能应用到特定区域，会导致枯竭的问题。

（5） 热能系统前期投资比较大。

3 地热能的开发利用状况

3.1 国外地热资源开发利用现状

地热能发电应用到实践中，其历史可以追溯到1904年，进入到商业开发的领域也有百年历史。进入到2005年之后，全世界范围内已经有超过24个国家开始应用地热能进行发电，72个国家开始大范围的应用地热能，发电量已经达到56.95 TWh/a，地热能利用达75.94 TWh/a。因为地热热泵技术的全面应用，使得热源温度的利用已经下降到12 ℃，已经全面地改变了传统的应用方式，开发利用已经成为常态。此时应该注意，只要是技术和管理非常的合理，地热能源的利用效果就会非常好，且不会存在任何的污染问题，是清洁性的能源，这也是国际上地热能源开发利用的主要原因。新能源中非常重要的地热能，其与太阳能、风能、生物能等一样，对当今世界范围内的能源领域起到了非常积极的影响作用。

3.2 我国地热资源开发利用现状

地热资源在我国范围内储量巨大，并且不会产生任何的污染，随着当今世界上的石油、煤炭等能源逐渐地减少，地热能源必然会成为未来改变世界的能源，我国地热资源主要是用来进行发电以及中低温地热的直接应用。

3.2.1 地热发电

地热发电是当前地热能源利用的主要方式，这也是首先需要使用的方式。我国高温热源的利用主要指的是温度超过150 ℃的地热能源，其一般存在于我国的西藏南部、云南西部、台湾东部等地区，当前已经开发和应用的有5 500个地热点，45个地热田，其地热温度超200 ℃。如果此时将其全部转变为电能，对于我国的能源结构产生了非常大的影响。地热发电是目前采用地下热水、蒸汽动力能源的主要方式，是当前应用最为广泛的新型发电施工技术，其与火力发电技术基本相同，也是能量转换的原理，将地热能转变为机械能，然后再转化为电能直接使用。

3.2.2 地热水的直接利用

当前我国的中低温地热能源主要是进行供暖、医疗保健、洗浴、休闲、农业种植等，并且已经开发出阶梯利用方式，可以逐步地开发并且使用地热能源。当前我国的地热水在应用的过程中，供热采暖占18.0%，医疗与休闲领域占65.2%，农业领域占9.1%，其他占7.7%。

（1） 地热直接供暖。当前我国的北方城市中的冬季取暖依然是以煤炭能源为主要的能源形式，在正常使用的过程中会产生大量的二氧化碳、粉尘等污染物，造成巨大的环境污染问题，对城市居民造成严重的影响。应用地热采暖系统可以通过地热能源直接进行供热，不能产生任何的污染物，特别是在进行传统设备改造环节，利用热交换器，地热水并不会直接进入到供暖管道内，将干净的水通入到管道内，可以防止出现腐蚀、结垢等问题。不仅如此，经济效益也是非常巨大的。应用地热进行供暖，其总体费用仅为燃油锅炉的10%，燃煤锅炉的20%，因此，在实际范围内需要加强地热供暖的应用，对于我国环保事业的发展起到了积极促进作用。

（2） 医疗保健。地热水内含有大量的硼、硅、锶、氟、锂、碘等多种矿物质，可以应用到医疗、保健、养生等领域中，可以进行一定的疾病治疗。目前主要应用地热水来进行洗浴，可以促进身体血液循环，还能够缓解坐骨神经痛，对于治疗风湿类疾病也有着非常好的效果。长期使用地热水进行沐浴，可以改善人体健康状态，促进身体健康质量的提升，可以提升人的身体质量。

（3） 娱乐、旅游。采用温泉治疗的方式，主要是应用到游泳馆、嬉水乐园、康复治疗中心、温泉度假村中，成为比较时尚的娱乐休闲项目。

（4） 农业温室种植和灌溉。地热能源是一项复合型的能源，应用到生物的反季节、异地养殖等领域有着非常好的效果。通过地热能的方式可以给温室内部进行供暖，并且可以进行水生植物的养殖，其水源中所存在的矿物质可以给植物的生长提供必要的养分支持。我国的北方地区中，地热水可以进行高档水果、菌类、花卉的种植，而南方地区多数是用来育秧。从大量的统计数据分析可以发现，全国范围内目前应用的地热温室与大棚面积为133 万m2，只有河北省就已经达到47 万m2。通过地热水来进行灌溉，可以促进植物的早熟，并且可以达到增产的效果。当前我国的温室种植中利用的地热能源折合为煤已经达到21.5 万t/a，占地热资源年开采总量的3.4%。

（5） 余热供暖。应用到洗浴、娱乐等领域中的地热能源也是非常普遍的，地热水温度非常高，包含着大量的地热能，如果可以有效地进行使用，必然会产生更高的综合效益。比如北京市地质勘察技术员与清华大学联合研发出的地热泵供热系统，其可以从热水，甚至冷水中获取地热能，地热能源的利用率已经超过80%，并且其系统成本比较低，对于地热能的开发和利用是更加有利的。

当前我国的地热能源利用已经成为世界第一，但是在整个能源领域中所占比例仅为0.5%左右，地热发电占到了全国总发电量的0.35%，全面的开发地热能源仍然是目前我国所面临的主要问题。

（6） 浅层地温能利用技术。地源热泵技术主要是开发和利用浅层地热能源，其可以进行制冷与采暖，可以有效地替代空调系统。地源热泵可以有效地利用少量的高品位能源，将地源能直接转化成为夏季的冷却源、冬季的采暖源，从而可以满足改善人们生活的需要。

地源热泵三联供技术特点和创新性如下：

应用地源热泵技术可以完全地取代传统的“制冷机+锅炉”方式，全年可以节约能源40%左右，地源热泵的制热温度可以达到70 ℃以上，与传统的暖气片结构联合使用，并不需要进行室内设备的改造升级；地源热泵应用制冷剂进行制冷，并不会产生任何损坏环境的物质。

地源热泵技术应用的主要工作原理就是利用地源能温度夏季低于环境温度、冬季高于环境温度的特性，可以更好地实现制冷与制热处理。可以更好地给人们提供良好的生活环境，其较之传统的“制冷机+锅炉”系统来说，能源节约可达40%。

4 结语

总而言之，在我国社会不断发展的过程中，人们对于环保、健康问题越来越重视，社会对于优化能源结构与发展清洁能源的需求也在与日俱增，无论作为清洁能源还是保健资源、水资源，都是具备广阔的发展意义的，在实践过程中，需要按照当地的条件资源，进行合理的规划、利用，将粗放简单的利用形式，逐渐地转变为集成化的利用方式，促进资源能够有效利用。地热能源具备清洁性，是可再生资源，但是在应用中需要充分考虑到各个方面，从而可以优化能源结构，促进人类社会的和谐发展和进步。