陳東

摘 ?要：現(xiàn)如今，科學技術的持續(xù)發(fā)展大大提高了地熱能的利用率，不斷更新的技術可以將地熱能以更高的效率，以更快的速度轉化為電能，輸送到千家萬戶，供人們使用。同時，地熱能在制冷，取暖和工農業(yè)生產等方面有非常廣闊的應用前景，還能夠滿足社會可持續(xù)發(fā)展的需要，減輕因化石燃料燃燒所造成的環(huán)境污染問題，降低空氣二氧化氮和二氧化碳的濃度，還給我國居民一片碧水藍天，不僅帶來經濟效益還有社會效益。同時當前我國地熱能開發(fā)方面也存在許多問題，就這些問題提出了一些意見建議。

關鍵詞：地熱能;經濟效益;社會效益

對于普通民眾來說，提高了基本的生活條件，過上更舒適的生活之后，如何為子孫后代謀福利，如何滿足自己對于幸福生活的熱切渴求，已經成為民眾生活的主要動力。而普通民眾對于藍天白云的渴望也越來越迫切，與此同時，政府為了適應民眾需求的變化，不再將經濟指標當作衡量一個官員政績的唯一標準，將環(huán)境也引入了政府工作的考核項目之中。在這種背景下，人們開始反思如何高效利用能源。在利用能源的同時如何避免環(huán)境污染問題？總而言之，人民環(huán)保意識逐漸提高是時代的主旋律，時代也對能源提出了高效、環(huán)保、小型化的要求。我國許多城市為了適應時代的變化，政府開始修筑大量市政工程，不斷改進自身利用能源的方式。

一、地熱能的優(yōu)勢

持續(xù)的能源供應是一個國家發(fā)展的重要基礎，西方發(fā)達國家為了自身的安全一直將能源供應牢牢的掌握在自己的手里，中國自新中國成立以來，一直都很重視能源問題。按照中國環(huán)保局官方統(tǒng)計的數據，現(xiàn)代中國主要的能源動力依然以燃燒煤和石油為主，但是，這造成了嚴重的環(huán)境污染。早在2015年根據國際空氣污染指標公布的國際十大污染城市中，中國就上榜了8個城市，由化石燃料燃燒引起的嚴重的環(huán)境污染損害了中國居民的身體，損害了中國的可持續(xù)發(fā)展道路，也引起了政府的重視。政府為了解決這一問題，正在尋找能夠代替煤和石油的綠色清潔能源，而地熱正是一種儲量大，無污染，可再生的一種非常有潛力的新綠色能源。地表淺層地熱資源可以稱之為地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能成為清潔可再生能源的一種形式。同時，地熱能發(fā)電站能夠將地熱能轉變?yōu)殡娔埽鉀Q地熱能小范圍分布的問題，讓地熱能在制冷，取暖和工農業(yè)生產等方面有非常廣闊的應用前景，還能夠滿足社會可持續(xù)發(fā)展的需要，減輕因化石燃料燃燒所造成的環(huán)境污染問題，降低空氣二氧化氮和二氧化碳的濃度，還給中國居民一片碧水藍天。

現(xiàn)如今，科學技術的持續(xù)發(fā)展大大提高了地熱能的利用率，不斷更新的技術可以將地熱能以更高的效率，以更快的速度轉化為電能，輸送到千家萬戶，供人們使用。自1904年意大利建立了世界上第一座地熱發(fā)電站之后，人們就開始了對地熱能利用上的不斷探索。現(xiàn)如今，菲律賓40%的電都來自于地熱能，世界上的發(fā)達國家也看到了地熱能發(fā)展的潛力，美國由于其地理位置，雖然在地熱能方面不占優(yōu)勢，但是它也十分注重這種能源，目前最大的地熱發(fā)電站就建立在美國，美國在地熱能方面是一個后起之秀，地熱能發(fā)電能力在可再生能源中占據第三位。地熱能不僅擁有儲量大的優(yōu)勢，同時，它還是一種投資小，周期短而回報巨大的一種能源投資方式。由于地球本身的構造，可以將地球看作一個巨大的熱庫，據科學家預測，地熱能能量儲備是地球上煤和石油燃燒能的7倍左右，這種巨大的能源會給人類未來的能源利用打了一劑強心針。地熱能的應用范圍十分廣泛，它可以被用來發(fā)電后長途運輸，也可以直接在工業(yè)加工、民用取暖、空調、醫(yī)療、農田灌溉等方面運用。這種直接利用的方式能夠大大提高地熱能的利用率，降低能量的損耗，是一種非常直接有效的能源利用方式。最重要的是，地熱能發(fā)電站還具有投資小，生產周期短，能量持久，安全有效的非常特點，是一種非常值得人們投資的產生能量方式。

二、綜合體建筑中地熱能源站的應用

（一）工程概況

由于地熱能能量站是一種投資少回報大的綠色可持續(xù)能量裝置，因此，在我國的許多地區(qū)都開始間接使用這些能量，陜西西安市為深入貫徹落實美麗建設綱要，政府開始積極尋求措施保護環(huán)境，在生產能量的同時，也注意環(huán)境保護，因此，政府就將目標投入到了地熱能利用領域，以開發(fā)區(qū)新建的商業(yè)綜合體為例，分析地熱能結合實際情況分析，地熱能發(fā)電站的能量供應設計方案，經濟效益，社會效益各種情況。

（二）地熱能源站設計方案詳述

本方案采用“地熱水階梯利用”能源系統(tǒng)，井的預計出水量為130立方米每小時。出水溫度為56℃。在保證井間距正常的條件下，一共需要兩口地熱井，打井深度為2500米。一口井為生產井（見圖1），一口井為回灌井（見圖2）。主要用來供暖，原理也比較簡單。

地熱能作為一種兩面雙向能源，能實現(xiàn)針對不同環(huán)境，為人類生活創(chuàng)造有利條件。表現(xiàn)為以下兩個方面：在冬季，將地熱能源源不斷運輸到室內，給室內供暖：在夏季，將室內多余的熱能運輸到地能中去，實現(xiàn)制冷功能。下面來具體介紹一下系統(tǒng)方案。

1.冬季制熱

采用兩級換熱器，56℃地熱水經過一級換熱器溫度降為42℃，地熱水經過二級換熱器溫度降為9℃，隨后這些地熱水會回流到回灌井當中。

一級換熱器兩側既進出口換熱器換熱后溫度為42℃/45℃，二級換熱器進出口兩側換熱后溫度為20℃/35℃，該水作為低溫熱源流經機組后作為供暖用水。（見圖3）

2.夏季制冷

現(xiàn)假定冬季供暖提供2臺機組，若冷源不夠則可多提供一臺。即至多需要3臺機組，冬季僅需兩臺即可完成相應功能。而在夏季需將3臺機組全部開啟制冷功能，相應的在室外必須增加冷卻塔裝置，作為制冷的冷源。

該系統(tǒng)的設定為冬夏季節(jié)交替帶來的機組工作機制不同大幅度降低了設備的冗雜性，降低能耗，提供最低成本高效率的工作機制。值得一提的是，制冷功能的實現(xiàn)僅需在制熱功能的前提下，安裝一個低成本的冷卻塔，即可完成功能的轉換，完美實現(xiàn)一機多用的高效的綜合工作機制，降低成本，大大提高空間利用率，相較于傳統(tǒng)的冷熱能源組合方式，這一新型項目勢必成為市場的新星，客戶的首選，不管從經濟效益，還是環(huán)保低碳方面，地熱作為無污染能源的優(yōu)勢被無限放大。在未來很長一段時間內，地熱將占據市場能源領域頭銜。

三、地熱能源站的社會效益

現(xiàn)如今，能源已經成為我們生活中必不可少的一部分，它關乎我們的社會經濟和生活的發(fā)展，但是隨著生態(tài)環(huán)境的日益破壞，我們現(xiàn)在面臨著巨大的環(huán)境和能源問題。溫室效應，二氧化碳急劇上升，世界天然氣，石油，煤炭的急劇消耗這些不可再生資源早晚會面臨著枯竭，我們只有一個地球，地球需要我們的呵護，新能源和可再生資源的開發(fā)利用是我們目前的努力方向，現(xiàn)在刻不容緩，我們需要行動起來。新能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等，越來越得到世人的重視。

地熱能現(xiàn)如今如火如荼，在國家很多地區(qū)已經開始使用，由于地熱能它的分布很廣不像風能，太陽能那樣有很大的地區(qū)限制。地熱能取暖如果取代空調、暖氣，那對環(huán)境的貢獻就太大了?？照{耗電，需要的電量很大，而電的主要方式是火力發(fā)電，暖氣也是使用火力燒水送暖。所以如果一個國家或者一個地區(qū)使用地熱能供暖減少的二氧化碳排放量就非常可觀。而且，現(xiàn)如今大家的環(huán)保意識都有很大的提升，而我國地熱能的儲量還比較豐富，所以大力發(fā)展地熱能的開發(fā)利用越來越受歡迎。中國地熱能的利用規(guī)模上在世界也是名列前茅。

因此，對于目前十分嚴重的空氣污染，特別是霧霾等問題，可以進行一定程度上的緩解，此外，由于地源熱泵的地上地下熱量冷量平衡原理，不會向空氣中排放多余的熱量，也能夠一定程度上減輕都市的熱島效應和溫室效應，降低城市的環(huán)保負擔，在節(jié)省傳統(tǒng)能源的同時，也給人們帶來舒適安心安全的生活。

四、地熱能源站的經濟效益

在現(xiàn)如今科學技術的研究下，人類發(fā)現(xiàn)多種地熱發(fā)電的途徑，但多數停留在理論階段，或因為技術問題或經濟效益而不被廣泛使用。所以能被人類完全掌控高效利用的地熱主要為：地下水、地熱蒸汽和熱巖層。并不是所有地熱均可用來發(fā)電，還有相應的條件：溫度。根據我國地理情況，適合用來發(fā)電的地熱主要集中在西藏一帶，其余地區(qū)地熱由于溫度太低而不適用。根據地熱資源的特點以及采用技術方案的不同，我們把地熱發(fā)電進行分類，以下四種方案最為常用：（1）直接利用蒸汽法。即在蒸汽田上，對溫度較高的蒸汽進行過濾處理，將溫度降低到合適的范圍，再直接通過管道導入蒸汽，進入電驅動器，進而推動輪發(fā)電機組旋轉發(fā)電。（2）汽水分離法。該方法最主要的工作同時也是難點的是，如何高效的將從蒸汽井噴出的熱蒸汽與水蒸氣分離開，純度越高，輸入到汽輪機后產生的功效也就越高。（3）減壓擴容法。通過擴充體積實現(xiàn)壓強的降低，進而實現(xiàn)水變?yōu)檎羝倪^程，最后將高熱蒸汽導入至汽輪發(fā)電機組。（4）低沸點工質法。將地下水作為熱源，源源不斷為低溫水源進行加熱，沸騰產生水蒸氣進而推動葉輪機組做功。

針對地熱發(fā)電的成本問題，各國也做出相應的調查研究。美國近幾年關于地熱發(fā)電成本問題的調查顯示，提升地熱能競爭力的有效途徑在于降低地熱能的勘探，開發(fā)成本和減少工程周期。而在國內的北方城市，煤作為冬季供暖的主要能源，它燃燒所產生的二氧化碳和粉塵對人體健康、生態(tài)環(huán)境造成不良后果，成為我國當今環(huán)境問題的一大難題。現(xiàn)如今我們迫切需要一種新型能源代替煤的地位，地熱能作為絕對無污染能源的出現(xiàn)當仁不讓。關于如何惠及所有百姓，有效利用現(xiàn)有設備進行改造升級，將成為我國的一項惠民任務。

五、地熱能源站的問題及開發(fā)利用的建議

當前我國地熱能開發(fā)方面也存在許多問題，首先就是資源勘測的程度很低，資源總量不清晰，不清楚到底我國有多少儲量，可以開發(fā)的程度有多大，可以持續(xù)多少年，而且缺乏統(tǒng)一的管理和領導，管理制度不規(guī)范，深度開采難度大，而現(xiàn)在開采深度很低，利用程度很低，根據這些問題，提出以下幾點建議：

（一）加強探測我國現(xiàn)有地區(qū)的地熱能源分布情況，以及其可開發(fā)利用的條件代價。

對于地熱能資源較低的城市或地區(qū)采用多種能源結合使用方式，不能不考慮經濟效益而一味追求地熱的“時髦”。對于地熱能豐富的城市或地區(qū)應加強地熱宣傳，大力推廣使用地熱，制定相應的政策制度，改變人們觀念意識。

（二）國家統(tǒng)一規(guī)劃，切勿各地區(qū)分頭行事，各搞各的。能源如何做到可持續(xù)發(fā)展，統(tǒng)一規(guī)劃很重要。

國家統(tǒng)一領導，企業(yè)集中建設，將地區(qū)地熱能情況進行分類，制定相適宜的開采手段及使用規(guī)范，一步一步穩(wěn)扎穩(wěn)打，扎實推進地熱能開發(fā)。

（三）加強技術開發(fā)研究，高效開采地熱能。而且開采越深，技術難度越大，風險就越大。

近幾年，在不少地區(qū)開發(fā)工作開展的不是很順利。甚至說有很多工作失敗了。為了提高鉆井的成功率和減少鉆井的風險。主要從以下幾個方面來努力。

一是使用精度比較高的地球物理勘探方法，如使用電磁探測等技術，勘測地質的狀況。搞清地層的結構和分布情況。為之后的鉆井和設計等工作提供依據。

二是改進工藝，包括從開始到結束的每一個環(huán)節(jié)可以仔細推敲。

根據我國地熱開發(fā)利用現(xiàn)狀、資源潛力評估、國家和地區(qū)經濟發(fā)展預測，地熱產業(yè)規(guī)劃長期目標是：高溫地熱發(fā)電裝機達到75-100 MW。主要勘探開發(fā)藏滇高溫地熱200～250℃以上深部熱儲。力爭單并地熱發(fā)電裝機潛力達到10MW以上，單機發(fā)電裝機10MW以上。主要在京、津、冀地區(qū)。環(huán)渤海經濟區(qū)、京九產業(yè)帶、東北松遼盆地、陜中盆地、寧夏銀川平原地區(qū)也應大力發(fā)展地熱采暖和地熱高科技農業(yè)，建立地熱示范區(qū)。熱能利用總計約相當于1.5x10t標準。地熱發(fā)電系統(tǒng)亦存在較大的環(huán)境問題尚未解決，例如：地熱能發(fā)電中熱污染、地熱水化學物質、地面沉降等環(huán)境問題。地熱發(fā)電系統(tǒng)是將地熱水抽取到地面后經過處理，然后接著進入膨脹機或與其他工質換熱（將熱量傳遞給工質，工質進入膨脹機做功）后排放，直接排放的地點往往容易產生污染，如何解決這一問題，也需我們尋找合適方法。

六、結束語：

通過建設規(guī)劃一系列可再生的綜合能源站可以為周邊住宅和公建地區(qū)提供熱能服務，可再生的綜合能源站一般具有投入小，產出大的優(yōu)勢，用這些能源來逐步代替以前的發(fā)電是人類智慧的結晶，是時代向前發(fā)展的一大進步?？傊胍G水青山，地熱能作為環(huán)保能源就需要大力提倡，我國發(fā)展得越快，環(huán)境破壞和資源消耗就越快。希望通過發(fā)展新型能源來保護我們的家園。

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作者簡介：

陳 ?東（1975.2-），男，漢族，安徽廬江人，本科，經濟師，主要從事地熱能方面研究。