綜合體建筑中地熱能源站產生的經濟與社會效益

陳東

摘 ?要：現如今，科學技術的持續發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發展的需要，減輕因化石燃料燃燒所造成的環境污染問題，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境污染問題？總而言之，人民環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、地熱能的優勢

持續的能源供應是一個國家發展的重要基礎，西方發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。按照中國環保局官方統計的數據，現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境污染損害了中國居民的身體，損害了中國的可持續發展道路，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，地熱能發電站能夠將地熱能轉變為電能，解決地熱能小范圍分布的問題，讓地熱能在制冷，取暖和工農業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發展的需要，減輕因化石燃料燃燒所造成的環境污染問題，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。

現如今，科學技術的持續發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電站之后，人們就開始了對地熱能利用上的不斷探索。現如今，菲律賓40%的電都來自于地熱能，世界上的發達國家也看到了地熱能發展的潛力，美國由于其地理位置，雖然在地熱能方面不占優勢，但是它也十分注重這種能源，目前最大的地熱發電站就建立在美國，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，它可以被用來發電后長途運輸，也可以直接在工業加工、民用取暖、空調、醫療、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能量裝置，因此，在我國的許多地區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境，在生產能量的同時，也注意環境保護，因此，政府就將目標投入到了地熱能利用領域，以開發區新建的商業綜合體為例，分析地熱能結合實際情況分析，地熱能發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，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，能實現針對不同環境，為人類生活創造有利條件。表現為以下兩個方面：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，實現制冷功能。下面來具體介紹一下系統方案。

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。

該系統的設定為冬夏季節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，還是環保低碳方面，地熱作為無污染能源的優勢被無限放大。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展，但是隨著生態環境的日益破壞，我們現在面臨著巨大的環境和能源問題。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利用是我們目前的努力方向，現在刻不容緩，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。

地熱能現如今如火如荼，在國家很多地區已經開始使用，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限制。地熱能取暖如果取代空調、暖氣，那對環境的貢獻就太大了。空調耗電，需要的電量很大，而電的主要方式是火力發電，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，現如今大家的環保意識都有很大的提升，而我國地熱能的儲量還比較豐富，所以大力發展地熱能的開發利用越來越受歡迎。中國地熱能的利用規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，降低城市的環保負擔，在節省傳統能源的同時，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

在現如今科學技術的研究下，人類發現多種地熱發電的途徑，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電，還有相應的條件：溫度。根據我國地理情況，適合用來發電的地熱主要集中在西藏一帶，其余地區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，進而推動輪發電機組旋轉發電。（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。通過擴充體積實現壓強的降低，進而實現水變為蒸汽的過程，最后將高熱蒸汽導入至汽輪發電機組。（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、生態環境造成不良后果，成為我國當今環境問題的一大難題。現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當仁不讓。關于如何惠及所有百姓，有效利用現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利用的建議

當前我國地熱能開發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，可以開發的程度有多大，可以持續多少年，而且缺乏統一的管理和領導，管理制度不規范，深度開采難度大，而現在開采深度很低，利用程度很低，根據這些問題，提出以下幾點建議：

（一）加強探測我國現有地區的地熱能源分布情況，以及其可開發利用的條件代價。

對于地熱能資源較低的城市或地區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）國家統一規劃，切勿各地區分頭行事，各搞各的。能源如何做到可持續發展，統一規劃很重要。

國家統一領導，企業集中建設，將地區地熱能情況進行分類，制定相適宜的開采手段及使用規范，一步一步穩扎穩打，扎實推進地熱能開發。

（三）加強技術開發研究，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，在不少地區開發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節可以仔細推敲。

根據我國地熱開發利用現狀、資源潛力評估、國家和地區經濟發展預測，地熱產業規劃長期目標是：高溫地熱發電裝機達到75-100 MW。主要勘探開發藏滇高溫地熱200～250℃以上深部熱儲。力爭單并地熱發電裝機潛力達到10MW以上，單機發電裝機10MW以上。主要在京、津、冀地區。環渤海經濟區、京九產業帶、東北松遼盆地、陜中盆地、寧夏銀川平原地區也應大力發展地熱采暖和地熱高科技農業，建立地熱示范區。熱能利用總計約相當于1.5x10t標準。地熱發電系統亦存在較大的環境問題尚未解決，例如：地熱能發電中熱污染、地熱水化學物質、地面沉降等環境問題。地熱發電系統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，產出大的優勢，用這些能源來逐步代替以前的發電是人類智慧的結晶，是時代向前發展的一大進步。總之，想要綠水青山，地熱能作為環保能源就需要大力提倡，我國發展得越快，環境破壞和資源消耗就越快。希望通過發展新型能源來保護我們的家園。

參考文獻：

[1] 劉國偉，僅次于太陽能的第二大清潔能源 地熱開發重新進入中國視野[J].環境與生活，2013（08）：06-06.

[2] 藍鵠.可再生能源在綠色建筑設計中應用分析[J].中國房地產業，2017，（01）：88-88.

[3] 宮昊，羅佐縣，何錚等.美國地熱集中供暖發展阻礙因素分析及對我國地熱產業的啟示[J].中外能源，2017，（05）：14-19.

[4] 孔祥軍，孫振添，袁利娟.中國地熱產業發展現狀及訴求分析[J].城市地質，2014（A01）：14-16.

[5] 戴寶華，羅佐縣，宮昊."氣荒"背景下北方地熱供暖產業發展戰略思考[J].當代石油石化，2018，（05）：01-07.

[6] 劉杰.淺層地熱能開發利用地質環境影響與監測系統建設研究[J].山東國土資源，2018（01）：49-55.

[7] 王婉麗，王貴玲，朱喜等.中國省會城市淺層地熱能開發利用條件及潛力評價[J].中國地質，2017（06）：1062-1073.

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。