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摘要:随着国家节能减排政策的推出以及地热能源开发技术的逐步成熟,地热能源将以其独有的优势取代煤、电供热、供电,成为居民小区供热能源的主体。
关键词:地热能源 应用
1 浅层地热能与热泵技术
地热能利用包括发电和热利用两种方式,技术均比较成熟,在发达国家已得到广泛应用,近5年来全世界地热能热利用年均增长约13%。浅部地热能是指地表以下的所有物质,比如地下水、沉积物、岩石等所含有的热量,以它们所具有的温度来显示。浅部地热能是一种可重复再生的、可无间断获取的、可持续利用的、清洁环保的能源,也是经济上可行、技术上可靠的能源。目前,从地下大约200米的深度内获得地热能源,用来提供房屋的供暖以及供冷(降温)所需的能源是没有问题的。
经过多年的研发与实践,以地下水开采井、井下换热器以及换热桩等技术途径获得浅部地热能源,这些技术与热泵技术结合使用。热泵可以从温度较低的热源中获取热量,释放出较高温度的、可利用的热量。使用水源热泵供暖,采用地源热泵技术,通过深埋于建筑物周围的管路系统将地下水在建筑物内部完成热交换,被称作“地温空调”。它可以彻底取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统,被称为21世纪的“绿色空调技术”。与传统冷暖空调相比,“地温空调”制冷制热速度很快,吹出来的风要柔和很多,不像传统空调那样干和燥热,而且省电。以传统分体式悬挂空调为例,夏冬两季平均耗电量约为1780W/h,而地温空调的耗电量仅为650W/h。
与燃烧天然气、煤炭或电力驱动的供暖系统比较,在向用户供应相同热量的情况下,热泵需要的常规电能要少75%,可以节约40%的一次能源,CO2的排放量约可减少68%,SO2排放量约可减少93%,NO2排放量约可减少73%,这可以大大改善城市大气污染问题。同时,对城市内的排热量约可减少77%,又可以大大缓解城市热岛现象。有资料显示,我国地下近百米深度内的土壤每年可采集的低温能量是我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍,而地下百米内地下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。北京平原区按6900平方公里计算,每年可开采浅层地温能的资源量相当于1.4亿吨标准煤。
在德国,一个由71幢楼房、含有117个单元和1个公共室内游泳池组成的住宅区,是由与2个开采井和3个注水井相连的地下水热泵系统进行供暖的。地下水开采时的温度是10℃,重新注入地下时的温度是5℃。这个供暖系统已经有效地运行了30年。
如北京的大红门服装商贸城、京华饭店和福海住宅小区等近40万平方米面积的商业和住宅建筑,2005年开始使用新型的空调供暖设备——水源热泵,运用地下水进行供暖。这是北京市首个大规模集中使用浅层地热能供暖的地区。使用水源热泵供暖,是将15摄氏度左右的浅层地下水抽出后,经过过滤去掉杂质,通过水源热泵系统,将水中的热能不断转换成热空气吹到房间中,同时被转换完热能的地下水全部再通过回灌井返回地下。根据北京市当时的供暖收费政策,市政热力供暖每平方米24元,燃油、燃气、电锅炉30元,燃煤锅炉19元,而浅层地热能取暖成本仅为15元。运用水源热泵技术,只需要用少量的电能,就可以将地下水中的热能转化为高位的能源使用,采暖时其能效转化比可以达到4比1以上,即消耗1千瓦的电能可以得到4千瓦的热量,与燃煤锅炉房方式相比,采暖可节能60%;与热电联产方式相比,采暖可节能40%。与其他供暖设备相比,采用水源热泵系统供暖初期投入成本比较高,一个采用井下换热器的供暖系统的投资成本要比常规的燃油的、烧天然气的或用电力驱动的供暖系统的投资成本高20%至30%。但每年的运营费用要低许多,根据2004年的核算,地热供暖系统必须在经过4到6年的运行后,其投资成本加上运行费用会比其他常规的供暖系统便宜。但考虑到能源价格的显著增加,在不远的将来,基于浅部地热的供暖系统只要运行1至2年后就会比常规的供暖系统便宜。如果将供冷包括在内,那从运行初始就将更加经济!
2 深层地热能与开采技术
地球深处地热能是极其丰富的。钻探技术与以回灌为主的热储技术的进步是开发利用这种地热能的技术关键。 目前,这种技术进步使深部地热能在经济上具有了可行性。
3 深层地热能与浅层地热能开采相结合
由于深层与浅层地热能开采技术的发展,实际应用中通常采用二者结合的设计方式。例如,北工大体育馆供暖时,从深层地热开采井中提取的温度较高的地热水,直接经过板式换热器将部分热量交换给风机盘管中所用的供暖用循环水,以达到基本不消耗电能的前提下解决一部分体育馆供暖热源;经过热交换后的地热水温度降低为45℃左右,该温度的地热水虽然不能直接用于供暖,但仍具有很高的品味,所以采用热泵继续提取45℃地热水中的热量交换给风机盘管中所用的供暖用循环水,以达到消耗少量电能的前提下解决大部分体育馆供暖热源的目的,经热泵提取热量后的地热水温度继续降低至15℃～20℃后,经回灌井回灌至地下。15℃～20℃的地热水回灌至地下后,经过大地地层的自身加热作用后,温度又自动变为50℃以上,在这一过程中,绝大部分能量来自于土壤,仅消耗微量的电能循环地热水,这也就是深层地热高效节能的原因所在。制冷时,从浅层水源空调开采井中提取的温度恒定为15℃的浅层地下水,经过热泵吸收风机盘管中所用的制冷用循环水中的热量,风机盘管中所用的制冷用循环水温度降低(约为7℃),从而实现制冷目的;而热泵将提取的热量释放到开采出来的浅层地下水中,浅层地下水温度升高至约25℃后,经水源空调回灌井回灌至地下。回灌至地下后的25℃左右的浅层地下水经与土壤换热后,温度又变为约15℃,如此周而复始,达到制冷的目的。在这一过程中,仅消耗少量的电能用于转换热量,而并非用电能产生热量,这也就是水源中央空调技术非常节能的原因所在。在整个供暖、制冷过程中,浅层地下水和深层地下水均不与制冷、供暖用水混合,而是形成单独的一个密闭循环系统,且均为物理作用而非化学作用,所以不会对环境和地下水资源产生任何影响,这也正是地热资源属于绿色能源的原因所在。
在我国,这是一种新兴的产业,让人接受还需要有一个相应的过程。由于没有相关的政策,开发商并没有使用的积极性。比如,在某大城市,政府建城市热力管网每平方米要投400元,天然气则要投340元,而征收城市建设四源费时只收100元～200元,其中,热力部分只收取25元～50元,显然,政府有暗补,财政掏了大头。于是,许多用户倾向于选择政府已经买过单的城市热力和天然气。对于采用浅层地能供暖,用户是有积极性的,但房地产开发商则没有采用的积极性。另外一个原因是受我国普遍的生活条件所限,许多项目只考虑供暖,不考虑提供制冷,更不考虑提供热水,这样,地热供暖的优越性就不能充分发挥出来。
另外,即使是可再生资源不能无限度地攫取。因为地下的热能固然无限,但把它带动上来的载体——水,是会因为开采过度而减少的。浅层的高温地热开采到一定程度会出现温度降低,会产生地面沉降。含氟高的地热水,如果随意排放,还会污染浅层地下水。。
地热能源是可再生的清洁能源,能够利用在民用领域,将会有效减少民用能源消耗及污染,缓解能源紧张和供应的压力,为国家节能减排政策做出巨大贡献。是推动节能减排工作,获得良好经济、环保效益的有效途径之一。
关键词:地热能源 应用
1 浅层地热能与热泵技术
地热能利用包括发电和热利用两种方式,技术均比较成熟,在发达国家已得到广泛应用,近5年来全世界地热能热利用年均增长约13%。浅部地热能是指地表以下的所有物质,比如地下水、沉积物、岩石等所含有的热量,以它们所具有的温度来显示。浅部地热能是一种可重复再生的、可无间断获取的、可持续利用的、清洁环保的能源,也是经济上可行、技术上可靠的能源。目前,从地下大约200米的深度内获得地热能源,用来提供房屋的供暖以及供冷(降温)所需的能源是没有问题的。
经过多年的研发与实践,以地下水开采井、井下换热器以及换热桩等技术途径获得浅部地热能源,这些技术与热泵技术结合使用。热泵可以从温度较低的热源中获取热量,释放出较高温度的、可利用的热量。使用水源热泵供暖,采用地源热泵技术,通过深埋于建筑物周围的管路系统将地下水在建筑物内部完成热交换,被称作“地温空调”。它可以彻底取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统,被称为21世纪的“绿色空调技术”。与传统冷暖空调相比,“地温空调”制冷制热速度很快,吹出来的风要柔和很多,不像传统空调那样干和燥热,而且省电。以传统分体式悬挂空调为例,夏冬两季平均耗电量约为1780W/h,而地温空调的耗电量仅为650W/h。
与燃烧天然气、煤炭或电力驱动的供暖系统比较,在向用户供应相同热量的情况下,热泵需要的常规电能要少75%,可以节约40%的一次能源,CO2的排放量约可减少68%,SO2排放量约可减少93%,NO2排放量约可减少73%,这可以大大改善城市大气污染问题。同时,对城市内的排热量约可减少77%,又可以大大缓解城市热岛现象。有资料显示,我国地下近百米深度内的土壤每年可采集的低温能量是我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍,而地下百米内地下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。北京平原区按6900平方公里计算,每年可开采浅层地温能的资源量相当于1.4亿吨标准煤。
在德国,一个由71幢楼房、含有117个单元和1个公共室内游泳池组成的住宅区,是由与2个开采井和3个注水井相连的地下水热泵系统进行供暖的。地下水开采时的温度是10℃,重新注入地下时的温度是5℃。这个供暖系统已经有效地运行了30年。
如北京的大红门服装商贸城、京华饭店和福海住宅小区等近40万平方米面积的商业和住宅建筑,2005年开始使用新型的空调供暖设备——水源热泵,运用地下水进行供暖。这是北京市首个大规模集中使用浅层地热能供暖的地区。使用水源热泵供暖,是将15摄氏度左右的浅层地下水抽出后,经过过滤去掉杂质,通过水源热泵系统,将水中的热能不断转换成热空气吹到房间中,同时被转换完热能的地下水全部再通过回灌井返回地下。根据北京市当时的供暖收费政策,市政热力供暖每平方米24元,燃油、燃气、电锅炉30元,燃煤锅炉19元,而浅层地热能取暖成本仅为15元。运用水源热泵技术,只需要用少量的电能,就可以将地下水中的热能转化为高位的能源使用,采暖时其能效转化比可以达到4比1以上,即消耗1千瓦的电能可以得到4千瓦的热量,与燃煤锅炉房方式相比,采暖可节能60%;与热电联产方式相比,采暖可节能40%。与其他供暖设备相比,采用水源热泵系统供暖初期投入成本比较高,一个采用井下换热器的供暖系统的投资成本要比常规的燃油的、烧天然气的或用电力驱动的供暖系统的投资成本高20%至30%。但每年的运营费用要低许多,根据2004年的核算,地热供暖系统必须在经过4到6年的运行后,其投资成本加上运行费用会比其他常规的供暖系统便宜。但考虑到能源价格的显著增加,在不远的将来,基于浅部地热的供暖系统只要运行1至2年后就会比常规的供暖系统便宜。如果将供冷包括在内,那从运行初始就将更加经济!
2 深层地热能与开采技术
地球深处地热能是极其丰富的。钻探技术与以回灌为主的热储技术的进步是开发利用这种地热能的技术关键。 目前,这种技术进步使深部地热能在经济上具有了可行性。
3 深层地热能与浅层地热能开采相结合
由于深层与浅层地热能开采技术的发展,实际应用中通常采用二者结合的设计方式。例如,北工大体育馆供暖时,从深层地热开采井中提取的温度较高的地热水,直接经过板式换热器将部分热量交换给风机盘管中所用的供暖用循环水,以达到基本不消耗电能的前提下解决一部分体育馆供暖热源;经过热交换后的地热水温度降低为45℃左右,该温度的地热水虽然不能直接用于供暖,但仍具有很高的品味,所以采用热泵继续提取45℃地热水中的热量交换给风机盘管中所用的供暖用循环水,以达到消耗少量电能的前提下解决大部分体育馆供暖热源的目的,经热泵提取热量后的地热水温度继续降低至15℃～20℃后,经回灌井回灌至地下。15℃～20℃的地热水回灌至地下后,经过大地地层的自身加热作用后,温度又自动变为50℃以上,在这一过程中,绝大部分能量来自于土壤,仅消耗微量的电能循环地热水,这也就是深层地热高效节能的原因所在。制冷时,从浅层水源空调开采井中提取的温度恒定为15℃的浅层地下水,经过热泵吸收风机盘管中所用的制冷用循环水中的热量,风机盘管中所用的制冷用循环水温度降低(约为7℃),从而实现制冷目的;而热泵将提取的热量释放到开采出来的浅层地下水中,浅层地下水温度升高至约25℃后,经水源空调回灌井回灌至地下。回灌至地下后的25℃左右的浅层地下水经与土壤换热后,温度又变为约15℃,如此周而复始,达到制冷的目的。在这一过程中,仅消耗少量的电能用于转换热量,而并非用电能产生热量,这也就是水源中央空调技术非常节能的原因所在。在整个供暖、制冷过程中,浅层地下水和深层地下水均不与制冷、供暖用水混合,而是形成单独的一个密闭循环系统,且均为物理作用而非化学作用,所以不会对环境和地下水资源产生任何影响,这也正是地热资源属于绿色能源的原因所在。
在我国,这是一种新兴的产业,让人接受还需要有一个相应的过程。由于没有相关的政策,开发商并没有使用的积极性。比如,在某大城市,政府建城市热力管网每平方米要投400元,天然气则要投340元,而征收城市建设四源费时只收100元～200元,其中,热力部分只收取25元～50元,显然,政府有暗补,财政掏了大头。于是,许多用户倾向于选择政府已经买过单的城市热力和天然气。对于采用浅层地能供暖,用户是有积极性的,但房地产开发商则没有采用的积极性。另外一个原因是受我国普遍的生活条件所限,许多项目只考虑供暖,不考虑提供制冷,更不考虑提供热水,这样,地热供暖的优越性就不能充分发挥出来。
另外,即使是可再生资源不能无限度地攫取。因为地下的热能固然无限,但把它带动上来的载体——水,是会因为开采过度而减少的。浅层的高温地热开采到一定程度会出现温度降低,会产生地面沉降。含氟高的地热水,如果随意排放,还会污染浅层地下水。。
地热能源是可再生的清洁能源,能够利用在民用领域,将会有效减少民用能源消耗及污染,缓解能源紧张和供应的压力,为国家节能减排政策做出巨大贡献。是推动节能减排工作,获得良好经济、环保效益的有效途径之一。