促进浅层地热能利用健康发展的分析

促进浅层地热能利用健康发展的分析

安军红

(国网西藏电力有限公司羊八井地热发电公司西藏拉萨市850000)

摘要：在地球的地表下200m的深度，存在一种温度低于25摄氏度的地热资源，为了能够解决我国乃至世界上越来越严峻的能源减少的趋势，采用浅层低热能进行利用，已经成为各国急切需求的热点话题。在2007年，我国的国土资源部在北京会议上，已经明确的将深埋于地下200m深度的地热资源统称为浅层低热能。该种干净、节能、绿色的资源是当前最有前景、最具有可持续发展的能源，其主要应用的方面是在供暖、供冷或是发电的行业中。其方便以及可持续再生与利用性，已经成为了现今首选的绿色资源之一。

关键词：地热资源；类别；利用技术；发展前景

1、地热资源及其分类

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳中科学、合理的开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组成。地热能是通过漫长的地质作用而形成的集热、矿、水为一体的矿产资源。地热资源按它在地下的储存形式可分为五大类：①蒸汽型地热资源：指以温度较高的蒸汽为主的地下对流水热系统，这类地热资源由于需要特殊的地质条件才能形成，因此储量较少。一般蕴藏在1.5km左右的地表深度；②热水型地热资源：指地下以水为主的对流水热系统，是存在于地热区的水从周围储热岩体中获得能量形成的，包括喷出地面的热水和湿蒸汽。这类资源分布广泛，储量丰富，是当前重点研究对象；③地压型地热资源：蕴藏深度为2km~3km，以高压水形式存在，溶解大量碳氢化合物，开发时可同时得到压力能，热能，化学能④干热岩型地热资源：在地壳深处，岩石具有很高的温度，储存大量得热能，干热岩型地热资源主要指地表下10km左右深处的干燥无水的热岩石。这类资源十分丰富，是未来开发的重点；⑤岩浆型地热资源：指蕴藏在地层深处的呈完全熔融状态或半熔融状态的岩浆中所具有的巨大能量。

2、地源热泵技术解析

地源热泵技术有几大优点：一是属可再生利用技术，是利用地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统。二是属经济有效的节能技术，比其他常规供暖制冷技术可节能30%～40%；三是环保效益显著，不排放任何污染物；四是经济效益显著，其运行费用比其它空调降低30%～50%；五是系统维护费用低，是免维护空调，节省了维护费用；六是地源热泵一机多用，地源热泵系统可供暖、空调、还可供热水，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。地源热泵技术，上世纪80年代后期开始在欧美国家应用，我国是90年代后期才开始应用的。清华大学徐秉业教授作为我国地源热泵第一人，第一个从国外引进这项技术，研究出我国第一台地源热泵机组，并将这项技术应用到实际工程中。经过十几年的推广应用和持续改进，我国的开发利用技术已基本成熟，主机设备性能稳定，与国外的先进技术基本没有差别。

3、地热发电的原理及技术

地热发电首先将地下热能转变为机械能，再将机械能转换为电能，其基本原理与火力发电相似，都是用高温高压的蒸汽驱动汽轮机，然后带动发电机发电。地热发电可分为地热蒸汽、地下热水、两相全流法、联合循环和地下热岩五种发电方式，以下主要对地热蒸汽和地下热水两种方式进行简单介绍。

3.1地热蒸汽发电

3.1.1背压式汽轮机发电。背压式汽轮机发电系统是所有地热发电系统中最简单、技术成熟、投资最低的发电系统，由净化分离器和汽轮机组成。这种发电形式多用于电站规模较小的电站，其工作原理是：将地热井口出来的蒸汽引入净化分离器加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后使蒸汽推动汽轮发电机组发电，做功后的蒸汽可直接排入大气，也可用于工业生产中的加热工程。这种系统大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和生活用水。

3.1.2凝汽式汽轮机发电。为了提高地热电站的机组输出功率和发电效率，目前电站普遍采用凝汽式汽轮机发电系统。这种系统由于蒸汽在汽轮机中能够膨胀到河底的压力，因而能做更多的功。做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，并在其中冷却，凝结成水，然后排出。该系统适用于高温（160℃以上）地热田的发电，系统简单。

3.2地下热水发电

3.2.1闪蒸地热发电。闪蒸地热发电也称减压扩容法发电，其基本工作原理是：将地热井口来的地热水，经过除气器或汽水分离器后，送至闪蒸器中进行降压闪蒸（或称扩容），使其产生部分蒸汽。由于容器中的压力低于该温度下的饱和压力，热水会迅速汽化成蒸汽，故称为“闪蒸”。闪蒸出来的蒸汽即可推动汽轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水，送往冷却塔，或引入作为第二级低压闪蒸分离器中，分离出低压蒸汽引入汽轮机的中部某一级膨胀做功。

3.2.2中间介质法地热发电。中间介质法地热发电又称双循环地热发电，主要用于中低温地热资源，其工作过程为：从地热井出来的热水进入换热器，将热量传给低沸点介质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动气轮机，并带动发电机发电。放热后温度较低的地热水排入回灌井或作其他应用。这种系统的特点是地热水不与发电系统直接接触，而是将热量传给低沸点介质，故其热效率较高，可利用额度较低的地热资源，并且易于适应化学成分比较复杂的地下热水。缺点是增加了投资和运行的复杂性。

4、浅层地热能开发利用优势与前景

采用地源热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗。通常我们通过直接燃烧矿物燃料(煤、石油、天然气)产生热量，并通过若干个传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下，一次能源利用率(即为建筑物供热的热量与燃料发热量之比)最高可为100%。但是，燃烧矿物燃料通常可产生1500℃—1800℃的高温，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是20℃一25℃的低品位的热能;直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。供热用热泵的性能系数，即供热量与消耗的电能之比，现在可达到3—4。因此，采用地源热泵为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗，不仅节能，同时也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO，和其他污染物的排放。

5、我国地热发电的前景

相对于经济的快速发展和庞大的人口基数，我国的煤、石油的化石能源十分贫乏，中国火力发电事业虽有大的发展和装机容量，但并不是发电事业的方向；水力发电成本高，季节性强，且目前世界缺水，中国缺水这一事实也不断加剧。而地热资源能量丰富，地热发电不耗燃料，技术相对成熟，有着美好的发展前景，接下来应加大对地热发电的设备优化的研究，很好的解决结垢、回灌、腐蚀等问题，提高地热发电的热利用率，为我国的发电事业增添新的活力。

结语：为了使我国未来的浅层地热能的利用可以更加健康持续的发展，分析建议应该从目前的重"量"转变为重"质"，适当调整政府节能专项扶持奖励资金重"果"更重"因"，加强浅层地热能利用项目的运行监控措施，加强浅层地热能利用项目的节能效果统计。

参考文献：

[1]我国地热资源开发利用战略研究启动[J].中国矿业.2013,(04)45.

[2]吴岗.天津：地热开发攻破世界两大难题[N].中国国土资源报.2014,(02)24.[3]王桢.结合杨浦知识创新城区规划大力推进浅层地热能开发利用[J].上海国土资源,2011,(02)19.