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地熱能作為未來能源 在踐行“雙碳”目標中發(fā)揮重大作用
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2024-05-30 08:48:00瀏覽次數(shù):562
地熱資源具有多種綜合利用價值,可以帶動包括地熱發(fā)電、建筑供冷供熱、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、作物烘干、溫泉洗浴、醫(yī)療康養(yǎng)、旅游休閑等在內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。地熱能作為一種新能源,也是未來能源,能夠在踐行“雙碳”目標中發(fā)揮重大作用,大力開發(fā)利用地熱能,對落實碳達峰、碳中和目標具有重要意義。
地熱能的開發(fā)和利用主要有兩種方式,一是直接利用,二是間接利用。直接利用是指利用地熱水或蒸汽的熱量,進行供暖、熱水、溫室、溫泉等用途,這種方式不需要進行能量轉(zhuǎn)換,成本較低,效率較高,但一般只能利用淺層的地熱資源。間接利用是指利用地熱水或蒸汽的動能,進行發(fā)電、制氫、提取稀有元素等用途,這種方式需要進行能量的轉(zhuǎn)換,成本比較高,但是效率比較低,一般可以利用深層的地熱資源。以下為地熱資源在供暖、農(nóng)業(yè)、發(fā)電領(lǐng)域的詳細介紹。
地熱供暖是一種基于地下熱能資源的供暖方式,其利用地下水體、巖體、土壤等自然介質(zhì)中蘊含的地熱能進行加熱并傳遞到建筑物內(nèi)部,從而實現(xiàn)室內(nèi)溫度升高的目的。與傳統(tǒng)的采用燃氣、油煙、電力等能源進行供暖的方式相比,地熱供暖具有環(huán)保、節(jié)能、穩(wěn)定、安全等諸多優(yōu)勢。
中深層水熱型地熱系統(tǒng)是通過開發(fā)中深層地熱水,將地熱水的熱量提取出來用于供暖,取熱后的地熱水經(jīng)過回灌井進行同層回灌的技術(shù)路線。整個系統(tǒng)封閉式運行,只取熱不耗水。該系統(tǒng)具有資源儲量大、運行安全穩(wěn)定高效、建設(shè)周期短、占地面積小、等量同層回灌等優(yōu)勢。該系統(tǒng)適用于地熱水資源豐富的城市建筑集中供暖項目。
中深層地熱井下?lián)Q熱系統(tǒng)
中深層地熱井下?lián)Q熱系統(tǒng)是通過鉆井的方式,利用向井下輸送換熱介質(zhì)將地下巖層的熱能導(dǎo)出的技術(shù)路線。整個換熱過程封閉運行,系統(tǒng)穩(wěn)定性高。該系統(tǒng)具有資源豐富、應(yīng)用廣泛、多能耦合、運行可靠等優(yōu)勢。普遍適用于城市建筑集中供暖項目。
中深層定向?qū)泳?a href="http://m.baolimuye.com/t/換熱系統(tǒng).html" >換熱系統(tǒng)
中深層定向?qū)泳?a href="http://m.baolimuye.com/t/換熱系統(tǒng).html" >換熱系統(tǒng)是采用定向?qū)?a href="http://m.baolimuye.com/t/鉆井技術(shù).html" >鉆井技術(shù),將兩口中深層地熱井底部打通,使換熱介質(zhì)在兩口井中循環(huán)換熱的技術(shù)路徑。系統(tǒng)全封閉運行,實現(xiàn)“取熱不耗水”。具有資源豐富、應(yīng)用廣泛、占地面積小、取熱量大,換熱量高,運營成本低等優(yōu)勢。該系統(tǒng)適用中大型城市住宅清潔供暖項目。
中層同軸換熱系統(tǒng)
中層同軸換熱系統(tǒng)是通過數(shù)眼中層地熱井,利用中層地熱的熱儲效應(yīng),通過換熱介質(zhì)實現(xiàn)冬季取熱儲冷,夏季取冷儲熱的技術(shù)路徑,該系統(tǒng)具有換熱效率高、占地面積小,適用場景多,建設(shè)成本低、布局靈活建設(shè)快等優(yōu)勢。適用于冷熱雙供的居民社區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓等冷暖雙供項目。
淺層埋管地熱利用系統(tǒng)是利用淺層埋管把不能被直接利用的低品位熱能轉(zhuǎn)換為可以被利用的高品位熱能的綜合利用技術(shù),夏季儲熱,冬季儲冷。該系統(tǒng)具有跨季儲熱、經(jīng)濟性強,應(yīng)用廣泛,適應(yīng)性強,多源耦合、可靠性強,建設(shè)快速、安全性高等優(yōu)勢。適用于學(xué)校、醫(yī)院、寫字樓等冷暖雙供項目。
農(nóng)業(yè)發(fā)展
中國很早就利用地熱為農(nóng)服務(wù),據(jù)唐朝《元和郡縣圖志》記載,湖南郴縣人民用溫泉來灌溉田地,使農(nóng)作物可以一年三熟,達到早熟增產(chǎn)的目的。地熱資源作為一種復(fù)合型清潔能源,既可以直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè),又可以間接為農(nóng)服務(wù),在中國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的利用方式多樣。地熱資源在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的利用集中在農(nóng)業(yè)溫室種植、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)副產(chǎn)品加工和農(nóng)業(yè)技術(shù)等方面。
農(nóng)業(yè)溫室種植是最廣泛的利用形式,利用地熱能的熱能對農(nóng)業(yè)溫室大棚進行供暖,保障冬季溫室的溫度,實現(xiàn)農(nóng)作物的反季節(jié)生產(chǎn)和喜熱植物越冬。同時,利用地熱能給現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室大棚供暖還有助于防治病蟲害、縮短生長期,促進農(nóng)作物的增產(chǎn)增收。利用地熱能給農(nóng)業(yè)溫室大棚供暖不產(chǎn)生任何二氧化碳排放,農(nóng)作物在溫室中生長,還減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保溫所使用的一次性薄膜和部分防范病蟲害所需要的農(nóng)藥及肥料,實現(xiàn)了綠色生產(chǎn)、低碳環(huán)保。農(nóng)業(yè)溫室種植的適用范圍很廣,主要有育種、育秧、花卉苗木培育、蔬菜水果生產(chǎn)、喜熱植物的種植、食用菌生產(chǎn)等。
利用地熱能發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)是地熱能直接利用的最方便形式,利用低溫熱水發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益,提高水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)量,幫助喜熱水生動物越冬。地熱水同樣可以應(yīng)用于魚苗繁育,部分幼魚在冬季水溫很低時不能安全越冬,過去采用鍋爐或用電加溫,但往往存在運行不穩(wěn)定且成本較高的問題,而低溫熱水可以保護魚苗越冬,提高成活率,降低成本。孵化育雛是地熱能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的又一種利用形式,用研制成的熱水孵化箱育雛,可提高孵化成功率,減少孵化所需的熱能供應(yīng)成本。
農(nóng)副產(chǎn)品加工
在農(nóng)村,為了解決農(nóng)副產(chǎn)品收獲后的儲存或消費者的需求問題,常常需要對農(nóng)副產(chǎn)品進行干燥處理,使農(nóng)作物中的水分蒸發(fā),達到干燥的目的。農(nóng)產(chǎn)品干燥過程能耗量大,傳統(tǒng)熱風式干燥成本高,給企業(yè)造成了巨大的負擔。地熱干燥常常應(yīng)用于瓜果蔬菜烘干、香菇烘干、牛奶巴氏消毒,還可以應(yīng)用于種植飼料、綠肥,釀造醬油、豆醬、酸奶酪,加工冰糖、山茶等。
農(nóng)業(yè)技術(shù)
農(nóng)產(chǎn)品物流是中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分,農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流是高耗能產(chǎn)業(yè),采用地熱制冷設(shè)備制冰、冷藏蔬菜瓜果種子,結(jié)構(gòu)簡單且運行費用低,能夠?qū)崿F(xiàn)低能耗、高環(huán)保。在部分農(nóng)村地區(qū),地熱資源還用來給沼氣池進行加溫,提高沼氣產(chǎn)量。地熱資源在輕紡工業(yè)也有少量應(yīng)用,可以用地熱水染布、制革,地熱水中含有的礦物質(zhì)和恒溫特點,使得用地熱水染出的布質(zhì)量高、布藝精美,更受消費者青睞,還節(jié)省了大量自來水和電力成本。
最早利用地熱資源發(fā)電的國家是意大利,早在1904年意大利就通過利用地熱資源建立了發(fā)電站,而其他國家都是在40多年后才相繼發(fā)展發(fā)電事業(yè)。目前,全球利用地熱資源發(fā)電的國家一共有15個,利用地熱資源發(fā)電的優(yōu)點主要為:1.它的成本非常低,2.它不會受到天氣季節(jié)變化的影響,3.它對于環(huán)境幾乎沒有污染。
地熱蒸汽發(fā)電
可細分為干蒸汽式發(fā)電和閃化蒸汽式發(fā)電。
干蒸汽式發(fā)電:是最簡便而有效的工作流體,只要由管線直接導(dǎo)入蒸汽渦輪機就可產(chǎn)生電力,但對地熱資源類型要求高,適用于地熱溫度在150℃以上的高溫干蒸汽資源。
閃化蒸汽式發(fā)電:即高溫地熱水經(jīng)單段或多段閃化成為蒸汽,再由汽水分離裝置去除熱水,以蒸汽推動渦輪機發(fā)電,適用于地熱溫度90℃-150℃,。該系統(tǒng)之運用技術(shù)已趨成熟且安全可靠,是目前地熱發(fā)電最主要的形式。
雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電
又稱“雙循環(huán)式”發(fā)電或介質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)。系以低沸點的物質(zhì)(如:丁烷等)作為介質(zhì)(即工作流體),與地熱井產(chǎn)生的熱流體借由熱交換器達到加熱,使其氣化以推動渦輪機產(chǎn)生電力,且工作流體可循環(huán)使用。目前主要有機朗肯循環(huán)和卡琳娜動力循環(huán)兩種雙工質(zhì)發(fā)電法。
全流循環(huán)式發(fā)電
又稱“總流式”發(fā)電,地熱井產(chǎn)生的熱流體,包括蒸汽及熱水的兩相混合體,同時導(dǎo)入特殊設(shè)計的渦輪機,由動能及壓力能帶動傳動軸連接發(fā)電機以產(chǎn)生電力。
熱干巖發(fā)電
須先鑿?fù)▋煽谏钸_數(shù)千米的深井,再將冷水注入其中一井,由干熱巖層所提供的地熱加熱,創(chuàng)造出新的地熱資源,可以獲得更高溫度的地熱資源,可以達到175~225℃,使其產(chǎn)生水蒸氣從另一井匯集后,推動渦輪機發(fā)電。
助力“雙碳”目標實現(xiàn)
地熱能是穩(wěn)定可靠的可再生能源,并且與建筑能源需求(供冷供熱)具有天然的契合性,如何通過政策支持和技術(shù)創(chuàng)新快速降低地熱能開發(fā)和利用成本,擴大使用規(guī)模和應(yīng)用場景,形成地熱能綜合開發(fā)和梯級高效利用的完整技術(shù)體系,是全球地熱能行業(yè)必須正視和傾力研究的關(guān)鍵問題。
推廣和發(fā)展地熱能技術(shù)和產(chǎn)業(yè),助力“雙碳”目標實現(xiàn),還需一些方面的配合:
第一,要加快深部地熱資源勘探和可開發(fā)利用技術(shù)的科研攻關(guān),建立權(quán)威開放的全國性地熱資源數(shù)據(jù)庫。建立集地熱能資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、開發(fā)利用動態(tài)、資源勘查評價、立項審批、項目信息、運行數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模等信息管理系統(tǒng)為一體的地熱能大數(shù)據(jù)平臺,對地熱能開發(fā)利用進行統(tǒng)一監(jiān)管和監(jiān)測評價。
第二,積極拉長地熱能利用產(chǎn)業(yè)鏈,培育產(chǎn)業(yè)配套市場,探索地熱能利用的多種商業(yè)模式。
第三,建立規(guī)劃實施和結(jié)果的評價機制。建立和完善市場運行規(guī)則,形成公平合理有序競爭的地熱能開發(fā)利用市場秩序;強化對地熱能實施全過程和運營的監(jiān)管及評價,確保地熱能的科學(xué)和高效利用。
推動地熱能開發(fā)利用,將有助于盡早實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和的宏偉目標,是未來能源轉(zhuǎn)型的新方向,是建筑能源低碳高效利用的優(yōu)化選擇,是完成非化石能源利用目標、建設(shè)清潔低碳社會、實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。