淺層地溫能的優勢與問題

劉祿

摘 ?要：淺層地溫能作為清潔能源的一種，近年受到廣泛的應用。國外發展淺層地溫能已有數十年，并有相應的發展政策。通過淺層地溫能與中深層地溫能、其他供暖制冷方式的對比，淺層地溫能的特征也體現出了其優勢，但在應用時也要注意冷熱均衡，以持續利用。

關鍵詞：淺層地溫能;優勢;供暖制冷

引言

在能源需求量日益增加的今天，以化石能源為主要的能源結構已經日益落后，淺層地溫能作為一種新型的可再生的清潔能源越來越受到人們的重視。

相比中深層地熱，淺層地溫能的成熱機理有所不同。中深層地熱主要是靠巖石中的放射性元素的衰變放熱加上巖漿流動與巖石之間的熱傳導，有儲溫層和蓋層，可探測同時可利用的溫度相對較高;淺層地溫能則有一部分是靠太陽輻射，吸收熱能并儲存在地表一定深度內，其溫度則相對較低，這部分資源參與一定深度上的熱量交換和循環，并在可允許的條件下得以利用，并不缺乏應用價值。

最開始提出淺層地溫能的是瑞士科學家H.Zoelly（1912），由于能源需求量的增大，歐美等發達國家開始對淺層地溫能的開發利用進行研究，如基礎理論“開爾文線源理論”等數學理論模型沿用至今，為后來的研究提供了可靠的理論支撐;早在上世紀中葉美國就利用淺層地溫能為居民供暖，截止至2000年，美國安裝淺層地溫能系統負荷量已經有480×104kw;上世紀70年代，歐洲某些國家開始逐漸投資興建示范工程。

我國開始研究地源熱泵技術實在上世紀80年代，北京等城市于90年代啟動了示范工程，截止至2005年，我國地源熱泵裝機量已經有630MWt。特別是中國熱泵的發展取得了一定的成果，從而更加促進了全我國淺層地溫能的開發利用。在“十三五”規劃中，更是提出了對地熱能發展的更高的要求，從現有的發電裝機容量約27.28MW，到2020年累計要達到527.28MW，同時提出要大力推廣淺層地熱能的利用，要更加進步規范。

1淺層地溫能概念及特征

淺層地溫能是地熱資源中很重要的一種類型，指的是蘊藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內巖土體、地下水和地表水中具有開發利用價值的熱能，是一種綠色環保的可再生能源。

從淺層地溫能的成熱機理來看，其有三個獨特的屬性：太陽能屬性、地熱能屬性、蓄能屬性。太陽能輻射是淺層地溫能熱量的主要來源之一，在地殼淺部，地表以下溫度會隨著氣溫的變化產生周期性的變化，而在更深層的恒溫帶和增溫帶則不會有這種變化;在地球內部，熱能的產色號給你和傳遞則主要是放射性元素衰變放熱及巖漿的流動和巖石的熱傳導，并通過大地熱流，溫泉等方式釋放，淺層地溫能可以接收來自這些方式傳遞的熱量;土壤是熱泵的一種良好的低溫熱源同時也起到了蓄能作用，不同巖土體在非穩態導熱過程中都會有儲熱能力。淺層地溫能既可以吸收熱量也可以釋放熱量，故此，淺層地溫能是一種恢復性強的可持續利用資源。

2與中深層地熱相比

從埋藏深度來看，地熱能資源可以分為中深層地熱和淺層地溫能，因此在成熱機理、開發利用、地質、評價方法等方面會有一定的差別。

2.1 開發利用方便。

中深層地熱的開發離不開鉆井，而且中深層地熱鉆井平均深度都較深，如干熱巖資源存在的平均深度在地殼上部3～10km范圍，鉆井的完成并不代表著結束，以EGS為例，其建立首先要通過一定深度的鉆井進入干熱巖熱儲層，但由于鉆井的接觸面積小，因此要通過壓裂技術壓裂熱儲層以增加滲透能力和擴大換熱面積，隨著壓裂程度的增加，裂縫之間相互連通，形成了一個類似橢圓形人工干熱巖熱儲構造，同時在人工熱儲的另一側打生產井用于抽取換熱過程后的高溫水，而被提取了熱量后的低溫水再回灌到熱儲層重新經過熱交換，并以此循環。

淺層地溫能的開發利用則主要依靠熱泵提取儲藏在地表以下的熱能，淺層地溫能平均在200米以內，因此相比中深層地熱能，淺層地溫能的開發應用難度要更小，成本更低。

2.2直接應用率

中深層地熱能的利用多數是通過發電后間接的實現對地熱能的利用，例如羊八井地熱田，青藏高原位于大陸匯聚處，青藏高原地殼是個滾燙的地殼，局部存在規模較大的重熔巖漿房，有極為豐富的地熱資源，其中羊八井地熱田EGS，基礎溫度約207℃，目前裝機容量合計為27.18MW，供電量約占拉薩電網的5.5%以上，根據“十三五”規劃，至2030年西藏主要高溫地熱田裝機總量要達到630MW。

對于淺層地溫能，其呈現方式更多，如溫泉露頭，淺層水熱型，故應用范圍更廣，最多的方面就是用淺層地溫能供暖制冷。

2.3資料豐富，分布廣泛

理論上講，中深層地熱能和淺層地溫能均分布廣泛，但由于經濟、成本和技術等因素的限制中深層地熱目前應用的地區相對較少，比之淺層地溫能，因為淺層地溫能的埋深淺，故鉆井較淺甚至不需要鉆井。我國大陸范圍內的省會城市大多數分布在亞熱帶、暖溫帶和中溫帶，大陸區域地形地貌復雜多樣，省會城市主要分布在平原、盆地中，自然條件較好，水資源比較豐富，有利于淺層地熱能的應用。而且淺層地溫能勘探成本低，所以資料獲取容易，所以開發利用比中深層地熱更占優勢。

3與其他能源相比

目前，建筑物集中供暖制冷主要有四種方式：一是鍋爐供暖，二是熱電聯產集中供暖，三是中央空調系統，四是利用淺層地溫能的地源熱泵系統（表1）。

由表中所得利用淺層地溫能的運行費用明顯低于其他方式。

4淺層地溫能的應用問題

由于我國幅員遼闊，氣候條件復雜，故在應用淺層地溫能時會有側重點，如南方則會更偏重其制冷，北方更偏向供熱，長此以往，若不注重保護，則會導致南方“熱積累”，北方“冷積累”，繼而打破了冷熱平衡，超過了淺層地溫能的自我恢復能力。

故在開發時應做好勘察工作，充分研究，注意保護恢復，如果有條件可以劃區輪換使用，以達到長期可持續利用的結果。

5總結

淺層地溫能作為清潔能源地熱能的一種，有廣泛的應用，能源需求的增大推動了淺層地溫能的發展。相比中深層地熱能，淺層地溫能有著開發利用方便，成本低，直接利用率高等優點，相比其他的供暖制冷方式淺層地溫能的運行成本也更低。如果能在應用時注意冷熱平衡的恢復，淺層地溫能則會有廣泛的應用。

參考文獻

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