}
铁骨
首页  >  专题  >  学姐来了  >  铁骨

浅层地温能——能源界的种子选手

图文:铁骨

导语:冬日的寒冷总在无形中驱使着人们想尽各种办法寻求温暖,烧煤的暖气几乎成了北方人民的首选方式。但想起近些年频频出现的雾霾景观,学姐在暖气房内享受温暖的同时不禁感到愧疚(众所周知:大量的煤炭燃烧是导致严重空气污染的重要原因),这样矛盾的心情你是否熟悉?不过,学姐今天要给大家介绍一位能源界的新星,它夏可制冷,冬可供热,而且还清洁环保无污染,据说早就被科学家们“盯上”了,它是谁呢?

► 独特地热资源——浅层地温能
    在我国,冬季主要的传统供热源有:煤、天然气和电。但随着近些年人们对空气污染问题关注度的不断攀升,煤炭也逐渐从昔日的“能源之星”变成了大家讨伐污染源的众矢之的,有人甚至把煤炭和雾霾画上了等号。

那些年,“雾霾”和“煤炭”的相爱相杀
    正因如此,被打上“清洁能源”标签的天然气一跃成为大家心目中的环保英雄。不过2017年世界各地接连爆出的由于天然气短缺而导致的“气荒事件”也从侧面再一次提醒了我们天然气能源用一点就少一点的不可再生属性,势必要取之有度。

2017年12月12日,全欧洲最大的天然气输气管道发生爆炸,英国、意大利等多个国家进入“紧急状态”,民众过冬面临严峻挑战。彼时,伦敦天然气期货(下月交割)价格猛涨23%。
    再来说说电,用电取暖也是一种环保方式,比如目前普及率较高的空调,但它最大的弊端就在于价格相对昂贵,对于部分用户似乎并不是一个好的选择。这么看来,各种供热方式都有相应的扣分项,难道我们就真的没有别的选择了吗?学姐认为,人类社会发展到今天,没有什么是科学解决不了的,如果有,那说明我们在科学的道路上还可以走得更远。针对集环保和价格因素于一体的供暖问题,“浅层地温能”也许是个不错的选择。
    对于大部分人来说,浅层地温能还是相对陌生的名词,但若提到地热发电、温泉洗浴,是不是会熟悉一些呢。其实,浅层地温能也是地热资源的一种,它是指蕴藏在地表以下一定深度(一般小于 200m)范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能。它的成因使得它成为了一种集太阳能、地热能、蓄能三种属性于一身的独特地热资源。

地热资源具有广阔的应用前景
    它独特在哪呢?首先,它接受太阳的“福泽”:地表以下约15米、20米的范围内会受到太阳辐射的影响,温度也随着日光的照射而发生周期性变化,越接近地表,温度与环境气温越接近。其次,它接受地球内热的“洗礼”:地球内部蕴含着巨大的地热能,这些能量通过火山爆发等热传导的方式不断向地表传达。有趣的是,它还具有一定的蓄冷或蓄热能力,可以利用热泵技术(将低温物体中的热能传送到高温物体中,然后用高温物体来加热或采暖,使热量得到充分利用。)向地下岩土体中提取或释放热量。
    而且,与煤炭、天然气和电力等能源不同,它具有近乎全方位的天然优势:
    1.基本不受地域限制。从地质学角度讲,世界各地都可以使用浅层地温能。(但受限于不同地区的具体条件因素,对其开发利用效率不能一概而论。例如,有研究表明,相较于我国南部和北部城市,我国中部地区城市是地温能资源能够发挥最大作用的地区。)
    2.储量大。与石油能源在世界各地分布不均不同,浅层地热能是“不挑地儿”的,因为它是存在于地表以下不超过200米左右的能源,换句话说,理论上来讲,我们脚下的每一寸土地都是浅层地热能的“家”。
    3.无污染。因为浅层地温能是取之于“地”,用之于“地”,而且可循环使用,因此是理想的“绿色环保的可再生能源”。
    …… 
► 能源利用“助推器”——地缘热泵技术
    面对大自然赐予的如此宝物,我们在欣喜若狂的同时也应该认真思考如何更好地利用它,而浅层地温能的利用主要是通过地源热泵技术得以实现,它完美解决了大地和建筑室内之间能量转移的问题,在我国已经发展了30年左右。在冬天,地源热泵系统处于制热状态,将土壤或水源中的热量“取”出来,供给室内采暖。而到了夏天,系统处于制冷状态,能量传输的过程也恰恰相反,系统把室内的热量“取”出后,释放到土壤或水源中,室内即获得了凉爽,而地下获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始,建筑物和大自然逐步融为一体,我们也就以最小的代价获取了最舒适的生活环境。其实它的工作原理与家用电冰箱相同,只不过电冰箱是单向的,而地源热泵是双向的。

    具体来说,这项技术的取热和排热过程都在地下进行,技术人员通过钻孔或打井的方式将换热器放置在地下,用于能量提取,能量提取完成后,通过热泵机组对其进行能量置换,最后经末端系统输入到建筑中。整个能量交换的过程都是在恒温状态下进行的,与在空气中进行能量交换的普通空调相比会更加节能。更令人欣喜的是,经过十多年发展,我国已经克服了浅层地温能供暖制冷的成本障碍,也就是说它不再是普通人遥不可及的昂贵资源,已经逐步走起了亲民和普惠的路线。

    据2017年国土资源部地质调查局最新调查结果显示,我国可用于供暖制冷的浅层地温能的可开采资源量折合标准煤可达7亿吨。这可不是一个小的数字,它相当于目前全国用于供暖制冷总能源消耗的60%以上。起初,学姐被这组庞大的数字惊到了,也为我国的地质资源储量倍感自豪。然而随后看到的另一个数字却立刻让学姐立刻冷静了下来:我国地热资源条件虽然相对较好,但开发程度却很低,在能源结构中比例还不到1%。这说明,我国的地质条件虽然较为优越,但如何科学有效地开发利用还需要进一步的探索与实践。
    截至2015年底,我国年利用浅层地温能进行建筑物供暖制冷的面积约为3.92亿平方米,其中京津冀8500万平方米,约占全国的20%,是我国浅层地温能开发程度最高,建筑物供暖制冷面积最大的地区。乐观来看,浅层地温能在我国具有非常巨大的应用潜力,如果能够对其充分开发利用,能够有效改善我国能源结构,这对我国的可持续发展是个绝对有利的因素。
► 能源翘楚,指日可待
    相较于传统能源,浅层地温能在能源大家族中还是一个较新的面孔,不过我国相关技术人员也已对其开展了近20年的研究和应用实践,并取得了值得肯定的成绩。专家认为,从目前的技术成熟度、相关设计水平,以及施工能力等方面来看,我国已经进入了可满足全国大面积推广浅层地温能及热泵系统需求的阶段。
    按照《地热能开发利用“十三五”规划》,至 2020 年我国浅层地温能的建筑物应用面积将比“十二五”末期增加 7.26 亿平方米,达到 11.2 亿平方米,我国浅层地温能的开发利用将迎来发展黄金时代(详见下图)。按照计划,到2020年,全国地温能年利用量将到达7000万吨标准煤。

    北京地区地下150米以内的地温常年保持在15°左右,目前利用地热供暖面积大约为5000万平米,利用浅层地温能的大约为4000万平米。而这只是开始,从远景资源来看,北京地区具有的浅层地温能资源潜力可供暖面积估算为7.21亿平方米。值得期待的是,北京城市副中心、新机场、2022年冬奥场馆、河北雄安新区建设,都正在规模化地规划使用地热和浅层地温能资源。我们不难想象,未来,浅层地温能的广泛推广应用在解决大城市冬季采暖导致的空气污染问题方面一定能够发挥自身的价值,让更多的人真正感受到“来自地壳的温暖”,实现人与自然的和谐共生。


参考资料:
[1]李宁波,李翔,杨俊伟,于湲.如何实现“浅层地温能+”的模式[J].城市质,2017,12(03):7-13.
[2]央视网.新闻直播间:浅层地温供暖制冷 什么是浅层地温能[EB/OL]. [2017-12-10]http://tv.cctv.com/2017/12/10/VIDE1HQGswIv6PiNjB4L7mjy171210.shtml
[3]中国科普博览.新能源馆:地源热泵[EB/OL]. [2014-05-09]http://www.kepu.net.cn/gb/technology/new_energy/web/a2_n9.html
(本文图片来源于网络,如有版权问题请与我们联系。)
0
本文是中国数字科技馆(www.cdstm.cn)原创内容,转载请注明出处和作者,否则我们将依法追究侵权责任。
 收藏:0
分享到:

留言

【请勿移动和删除】铁骨的介绍

铁骨


  “把不懂的知识做成子弹打到你的脑袋里好不好呀?”
  铁骨学姐,长相甜美却很有气势的双枪美少女。
  当然,手枪里装的是用知识做成的子弹,安全无害哦!

©2011-2017 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台