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地热能在区域供暖中的应用研究
作者:汪少洁 发布时间:2018-06-25


摘要:当下伴随着世界经济全球一体化的进程,我国加快了追进世界的步伐,经济发展日新月异,不断的有新技术得到广泛应用。供暖是城市建设中不可缺少的基础设施建设,发展大型集中供暖受燃料条件等影响,因此在特定区域开展区域供暖成为了城市的重要发展方向。将新型环保的能源供暖方式应用到区域供暖中一定程度上满足了人们基本生活需求,同时成为了政府所扶持和提倡的全新方向。

关键词:地热能;区域供暖;应用

地热能作为世界各国重点研究的可再生清洁能源,凭借其取之不竭和超低排放的环保优势,跻身成为了区域供暖方式选择中的佼佼者,被越来越多的企业和学术界人士所眷顾。我国常规地热能资源以中低温为主,埋藏深度为200~3000米不等,陕甘地区、山西中西部、京津冀地区、山东中西部、安徽、湖北北部等许多地方都蕴藏着巨大的地热能资源,是国家开发的重中之重。本文在简单介绍地热能应用技术的基础上,深入探讨地热能在区域供暖领域的应用,并结合其中发现的一些实际问题,探寻解决问题的合理方法,增强地热能在区域供暖领域的高效利用,提升其环保效益。

1.地热能的应用介绍

所谓地热能是由地壳抽取的天然热能,这种热能来自地球内部的熔岩,并且以热力形式存在,是导致火山爆发以及地震的能量。[1] 地热能由于其清洁可再生性和空间分布的广泛性,已经成为位居水力、生物质能之后的世界第三大可再生能源。地热能作为取之不竭的绿色能源,系统排放几乎为零,无废气和其他流体或固体废弃物,可以极大的缓解全球气候变化压力。

地热资源作为世界各国重点研究开发的可再生清洁能源,地热能在地球上具有不同程度的呈现形式,主按照其储存形式,可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。[2]世界上目前开采和利用地热资源水热型居多,占已探明地热资源的10%左右。地热资源开发较早,但产业化进展远远落后于化石能源的可开发。

地热能的开发利用途径可按温度应用区间划分为高温地热(t>90℃)利用和中低温(t≤90℃)地热利用。其中低温地热利用主要是指地热发电,中低温地热利用包括供暖、洗浴及温室栽培等方面。中低温地热利用依据地热能利用的深度又可划分为浅层低温能利用及深层地热利用。浅层地温能是指地表下400m以浅范围内土壤、地下水或河流、湖泊中蕴藏的低温位热能,大部分来自太阳辐射,45-47%的太阳所散发的到地球上的能量转化为浅层地温能。深层地热利用依据来自地球内部地热田的能量,需要开采井深达2000米以上,其中地热田是稀缺资源,其赋存条件是地温异常且地下水丰富。

2.地热能在区域供暖的技术应用

2013年1月10日,国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部联合发文提出《关于促进地热能开发利用的指导意见》,全面推广和鼓励地热能开发利用。2013年9月10日,国务院印发《大气污染防治行动计划》,该计划提出要加快调整能源结构,积极有序发展水电,开发利用地热能、风能、太阳能等清洁能源。由于地热能是一种清洁、安全的能源,采用地热供暖,无三废排弃,不会造成大气污染。所以利用地热能采暖可最大限度地减少大气污染,是治理大气污染的重要途径,符合构建资源节约型、环境友好型社会和保证国民经济和社会可持续发展。目前地热能在区域供暖中的应用可归纳为浅层低温利用为主,深层地热开发为辅。[3]

浅层低温能利用系统是使用地温能作为冷热源,通过热泵提升技术,进行能量转换的供暖空调系统。系统由地下换热部分(室外换热器)、能量转换部分(热泵机房系统)及能量释放部分(室内空调末端部分)三部分组成,利用埋置于土壤中的换热管与土壤进行热量的交换,借助压缩机和热交换系统,通过少量电能驱动,以实现区域的冬季供暖及夏季制冷。

深层地热供热系统由地下换热部分(室外地热井)、能量转换部分(板式换热器+热泵机组)及能量释放部分(室内采暖末端部分)三部分组成,利用蕴藏于深层地下的热水与换热机房的换热设备进行热量的交换,通过少量电能驱动,最大程度实现地热水热量利用,实现区域的冬季供暖。

3.地热能在区域供暖中应用的问题

浅层低温能利用系统通过消耗少量高品位能源(如电能),利用铺设在土壤、地表水等中的换热管道,实现低温位热能转变成为高温位有利用价值的热能?赏笔迪智虻墓┡牍├,因此应用较为广泛。但同时也存在如下制约因素:(1)浅层低温能应用属于低品位能源利用(15℃左右),供热温度及效率受到一定限制;(2)系统能同时实现区域的供暖及供冷,却也要求必须冬夏热平衡,服务形势上需要兼有供热、制冷的需求,限制了广大单一供暖需求的区域应用;(3)打孔数量多,占地与面积大,建筑周边必须具备足够的空地用于打井。

深层地热供热由于对地理条件的特殊要求,在区域供热领域的发展相对缓慢,主要有如下制约因素:(1)地热田是稀缺资源且受勘探技术限制,出水量、出水温度较不稳定;(2)由于成井的深度深,因此工程投资较大;(3)因取热同时需要提取地下水资源,可能对地下水资源环境造成破坏。人们对地热能资源的不断开采利用,已经有越来越多的地热能水井水位开始下降,如果持续像现阶段的速度下降的话,对之后地热的利用会产生巨大的困难。[4]

4.地热能在区域采暖中应用的总结及展望

综上所述,地热能在我国区域供暖领域具有极大的应用前景,所以我们应当及时解决在开采开发地热能资源中所遇到的技术问题,提高能源的利用率,必须制定合理有效利用资源的措施和保护计划。首先,应当对城市整体的地热能资源进行准确的勘探,整理数据,判断所处区域的地热能利用状态;其次,我们应当对地热能进行合理二次利用,提高地热能利用率的同时减少对地热能资源的过度开发,减轻因地热开发导致的水位下降形势;最后,创新开发开采以及应用的技术,提高能源的利用率,在技术上要选择阶梯型、集约化的利用形式,开发阶段注重环境保护,确保地热能资源的可持续发展。

参考文献:

[1]陈墨香,汪集团,邓孝主编.中国地热资源形成特点和潜力估算.北京,北京科学出版社,1994.

[2]蔡义汉.地热直接利用.天津,天津大学出版社,2004.

[3]刘时彬.地热资源及其开发利用和保护.北京,化学丁业出版社,2005.

[4]姜南.可再生能源配额制研究[D].济南,山东大学,2007.

 

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