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地热供暖如何促进清洁能源低碳环保?

发布时间:2021-11-22点击量:

我国北方地区、高原寒冷地区乃至南岭以南部分地区冬季气温低,建筑取暖需求大。由于化石燃料使用过多,特别是部分地区冬季大量使用散烧煤及热效率低下的小型燃煤锅炉,大气污染物排放量大雾霾污染严重,迫切需要推进清洁取暖。这与广大群众生活水平的提高和生活环境的改善息息相关。
 
对此,国家大力提倡利用包括地热能在内的清洁能源取暖,雾霾天数逐年减少,大气环境呈现向好趋势。地热取暖是利用地热资源,使用换热系统提取地热资源中的热量,向用户供暖的方式,其技术模式按照所利用地热资源、赋存介质特征及换热技术的不同,可以分为浅层地热能取暖(制冷)模式、水热型地热能取暖模式、中深层地源热泵取暖模式。
 
地源热泵技术是一种利用浅层地热资源的低品位热源、既可供热又可制冷的高效节能的空调技术。它能够实现对建筑物三联供系统的能源供给,是浅层地热能最主要的开发利用方式。地源热泵主要分为地埋管热泵、地下水热泵和地表水源热泵等。
中深层水热型地热资源一般深度在3000米以浅,由地下水作为传热载体,可以通过抽取热水或者水汽混合物提取热量。水热型地热取暖技术通过开采井抽取地热水,通过换热站将热量传递给供热管网中的循环水,输送给用户,温度降低后的地热尾水通过回灌井注入地下,实现循环利用。
 
中深层地源热泵技术基于同轴双套管水循环原理,将地热井内换热器加热循环出来的热水作为热源进入高温热泵机组,通过高温热泵机组的提升,达到建筑物供热所需的供水温度,实现向建筑物稳定供暖。它具有节能环保、应用灵活和稳定可靠等优势,是实现地热可持续利用的一种重要途径。但是,单井每延米取热能力有限,单一热源的供热能力有限。该项技术仅在我国个别地区试验性应用,未来的研究重点是通过钻孔与储层的关联强化、供热系统效率的优化来提高单井每延米的取热能力。
 
但随着地热能产业的发展,一些新的问题不断涌现。我国地热取暖产业潜力有多大?未来应当朝什么方向发展?如何引导产业高质量可持续地发展?
 
我国地热资源潜力巨大
 
地热资源按深度划分为浅层、中深层和深层地热资源。浅层地热能通过钻孔热交换器(BHE)及热泵得以开发利用,其深度范围一般为200米以浅,包括土壤层及浅层含水层。中深层地热资源一般介于 200米和 3000米之间,开采系统还可细分为水热系统中的对流换热系统(在含水层中布置开采井和回灌井)和传导换热系统(深井换热系统-DBHE)。深层地热资源埋深通常超过3000米,可分为干热岩、水热系统。
 
在板块构造格局的影响下,我国主要沉积盆地的地热背景由东至西,依次为热盆、温盆和冷盆分布。东部的松辽盆地、渤海湾盆地、苏北盆地等属于热盆,地热资源相对丰富。在沉积盆地地热系统中,主要热储类型有砂岩孔隙型热储和基岩裂隙—岩溶型热储。其中,基岩裂隙—岩溶型地热储的热流体循环条件更加优越,开发利用潜力更大。
 
我国碳酸盐岩的分布总面积占陆地面积的1/3,裸露面积约为90万平方千米,隐伏面积达250万平方千米以上。基于岩溶发育程度的差异,以雄县地热系统和苏北地热系统为参照,采用类比法估算了全国岩溶热储地热资源潜力,结果为5000~50000亿吨标准煤,可见潜力巨大。雄安新区和北京市副中心均在岩溶型热储分布的渤海湾盆地内,实测大地热流值显示出了雄安新区极好的构造热背景。未来,在雄安新区和北京市副中心清洁取暖中,地热资源均将大有作为。
 
浅层地热能的利用始于20世纪60年代,近10年来,地源热泵系统在建筑物空调系统中的应用得到了快速发展,并取得了良好的节能效果。由于浅层地热能储量巨大和清洁环保,利用热泵技术,几乎适用于任何建筑物。长三角浅层地热能地质条件优越,适宜开发,在国家政策和市场需求的推动下,长三角地区地热取暖产业必将得到快速发展。