地热能直接利用研究进展(附 中国地热资源中长期战略目标)

地热能直接利用研究进展
本文出自: 能源世界网作者: 黑玫瑰
一、引言
地热是一种洁净的可再生能源。

它具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定（流量、温度）、使用方便等优点。

地热不仅是一种矿产资源，同时，也是宝贵的旅游资源和水资源，已成为人们争相开发利用的热点。

我国地热直接利用已位居世界第二，仅次于美国。

日前地热资源在供暖、供热、制冷、医疗、洗浴、康乐、水产、温室等方面的开发利用已形成一定规模与相应的产业，取得了较好的经济、社会与环境效益。

二、研究背景
近年来，随着国民的经济迅速发展和人民生活水平的提高，采暖、空调、生活用热的需求越来越大，是一般民用建筑物用能的主要部分。

建筑物污染控制和节能已是国民经济的一个重大问题。

特别是冬季采暖用的燃煤锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。

因此，地热能直接利用，实现采暖、供冷和供生活热水及娱乐保健，建成地热能综合利用建筑物，已是改善城市大气环境、节省能源的一条有效途径，也是这儿年来全球地热能利用的一个新的发展方向和趋势。

特别是低温地源热泵技术用于制冷、采暖和供热水系统取得了突破性的进展。

我国地热资源丰富，已发现的地热露头点有3200余处，全年天然放热资源量为1．04 X10的17次方kJ，折合 35．6亿吨标煤。

然而，我国的地热资源分布极不均匀，温度高、储量人的地热资源主要在西藏、云南等偏远地区，在我国经济发达地区，地热资源主要分布于北京、大律、河北、广东、福建、海南、广西等省市。

从我国的地热资源情况看，85%是低于100℃的地热水型热田。

因此，决定了我国的地热资源的利用主要以直接利用为主。

地热能的另一种形式主要是---地源能，包括地下水、土壤、河水、海水等，地源能的特点是不受地域的限制，参数稳定，其温度与当地的年平均气温相当，不受环境气候的影响，由于地源能的温度具有夏季比气温低、冬季比气温高的特性，因此是用于热泵夏季制冷空调、冬季制热采暖的比较理想的低温位冷热源。

我国二十年的改革开放，经济建设的迅速发展，使人们生活水平不断提高，
城镇化步伐加快，建筑物用能，包括制冷空调、采暖、生活热水的能耗所占比例越来越大，特别是冬季采暖供热，由于大量使用燃煤、燃油锅炉，由此所造成的环境污染、温室效应、疾病等因素严重影响着人们的生活质量。

因此，开发和利用地热资源，用于建筑物的制冷主调、采暖、供热有着十分厂阔的市场，对我国调整能源结构、促进经济发展、实现城镇化战略、保证可持续发展等具有重要的意义。

三、地热能前沿领域发展趋势
地热能的开发利用己有较长的时间，包括地热发电、地热制冷及热泵技术都己比较成熟。

今后地热能利用发展的主要问题是解决建筑物的采暖、供热及提供生活热水，以地热能直接利用为主，利用中高温地热热水（＞55℃）用于包括冬季采暖、夏季制冷和全年供生活热水，以及地热干燥、地热种植，地热养殖、娱乐保健等，实现地热能的高效梯级综合利用，使地热能的利用率达到70－80％；其次，以地源为低温位热源的热泵制冷、采暖、供热水三联供技术的开发将是另一个重要方面。

我国的中低温地热资源的利用在局部地区取得了良好的效果，如北京市和天津市利用地热水进行冬季供暖，为减少化石燃料的使用，改善两市的大气环境产生了良好的效果，另外，在开发温泉旅游、疗养、娱乐等方面这几年也得到了迅速的发展。

但与美国、日本、冰岛等国家相比，我国的地热开发利用不论从总量和利用水平上都存在一定的差距。

除高温资源用于发电外，大部分中低温地热资源的利用仍停留在简单的、原始的利用方式，特别是许多地热旅游宾馆在利用70－90℃的地热水时，往往要靠自然冷却将温度降低到50℃以下用于洗浴和理疗，使大量热能白白浪费掉。

究其原因，主要是设计规划落后，设备陈旧，设备的年使用率不高。

在地热勘探、开采、地热水回灌、防腐、防垢等方面的技术和设备同国外先进国家相比还存在较大的差距。

结合国内地热（源）能开发的特点和国外地热（源）能利用的现状，目前在地热能利用中的前沿领域人体为以下三个方面：
．地热（源）热泵技术
．地热制冷空调技术
．地热能梯级综合利用技术。

地热（源）热泵技术在国外特别是在欧美、日本等先进国家的使用已相当普遍，其突出的节能、环保特性己得到普遍的重视和关注。

我国在该领域的发展才刚刚起步，但在近几年，特别是在2002年得到了迅速发展，市场潜力十分巨大。

我国在地热（源）热泵技术领域，目前拥有自主知识产权的技术还较少，因此，发展拥有我国自主知识产权的地热（源）热泵技术已显得十分迫切，在高效热泵循环系统、对环境友好的工质和地热换热等方面应优先得到支持和发展。

地热制冷空调技术的核心部分是热水型溴化锂吸收式制冷技术。

国内外在溴化锂吸收式制冷技术方面的研究都己比较成熟，产品开发大都为蒸汽型和直燃型两种机组。

热水型溴化锂两级吸收式制冷机的研制成功使得这项制冷技术有效地与我国中低温地热（70－90℃）相结合，成为地热能直接利用一个新的开发领域。

地热能梯级综合利用技术是目前解决地热能的单一利用的有效方法。

结合国内外地热能的开发利用情况，可以发现，地热能的利用率较低，过高的地热水排放温度不仅造成了地热资源的浪费，还给环境带来了负面影响。

为此，国外一些国家开始提倡“梯级利用”，并取得了很好的经济效益，能量综合利用效率达到70％以上。

四、主要研究内容与成果
中国科学院广州能源研究所是我国最早从事地热能利用技术研究与开发的单位，经过30年的研究与实践，在地热研究开发方面已取得了多项具有实用意义的技术与研究成果，积累了丰富的实践经验。

地热能工程中心是中国科学院广州能源研究所为了更好地开发我国及广东省地热资源而成立的科研开发团队。

现已成功开发了地热发电、地热干燥、地热养殖、地热热泵、地热制冷等技术，具有国内领先优势。

结合国内外研究现状和我国地热资源的特点，地热能工程中心把以下三个方面作为地热能领域今后的研究方向。

1．地热（源）热泵技术
地热热泵（Geothermal heat pump）也称为地源热泵（Ground source heat pump），它是以地源能（土壤、地卜水、地表水和低温地热水）或地热尾水作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，实现采暖、制冷、供生活热水，替代传统的制冷机十锅炉的建筑物主调、采暖、供热模式，是改善城市大气
环境、节约能源的一种有效途径，是我国地源能利用一个新的发展方向。

地热能工程中心十几年来在国家经委、中国科学院、广州能源研究所的支持下，建立了热泵制冷基础实验台，对高温地源热泵进行了多年的研究，解决了高温到热泵的工作介质、系统匹配等问题，成功开发了具有白立知识产权的热泵系列产品，特别是输出温度为75℃的高温型热泵，在国内处于领先水平。

2002年工程中心承担了国家“十五”重点攻关项目--高温地源热泵与采暖、空调、热水联供示范系统，并已于2001年对北京中科院外国专家公寓原“制冷机+燃汕锅炉”系统进行改造（图1所示），以一台高温型地源热泵和一台常温型地源热泵替代原来的制冷机和锅炉，为10860平方米的公寓提供夏季空调、冬季采暖，并提供每天80吨生活热水。

结合热泵的特性和华南地区宾馆酒店制冷空调时间长的特点，工程中心将地源热泵技木引入宾馆酒店业，对其进行制冷和供热，这在国内尚属首次，并在广东省肇庆市皇朝酒店、广东省外商活动中心建立了地源热泵供热供冷示范系统。

2．地热制冷空调技术
地热制冷空调就是以＞70的地热水为动力驱动以溴化锂-水为工质的热水型两级溴化锂吸收式制冷机，提供7－9 冷冻水用于空调或工艺冷却。

地热水经过制冷机后的排放温度为60－62，可用了洗浴、桑拿、游泳等，实现地热资源的高效综合利用。

地热能工程中心于1993年成功研制出热水型溴化锂两级吸收式制冷机，并获得了多项专利，近十年该项技术己经在工业废热利用、太阳能热利用、地热能利用等方面得到了很好的应用。

其中，2002年在广东省梅州市五华县汤湖热矿泥山庄投入运行了以75℃地热水为驱动的地热制冷、采暖示范系统（图2所示），机组制冷量为100kw，耗电仅18kw，系统节能效果显著。

3．地热能梯级综合利用技术
地热是一种集“热、矿、水”于一身的资源，既是一种洁净的可再生能源，也是一种宝贵的有强身健体作用的旅游及水资源。

根据地热资源的温度水平、微量元素的种类和实际使用要求，利用研究开发的技术进行集成，可以构成梯级综合利用系统，实现资源高效利用。

地热能工程中心在地热直接利用领域有着十儿年的丰富经验，技术上已趋于
成熟，而如何有效利用这些技术并对其进行集成是摆在我们面前的一大课题。

目前，旅游和休闲己成为促进经济发展的重要产业，因此有必要大规模地以旅游为核心进行地热的梯级综合开发利用，提高地热能的利用率，以取得良好的经济效益。

地热能工程中心现己承担了广东省重点项目--地热能梯级综合利用，并积极致力于地热能的合理开发利用。

五、结语
我国地热资源丰富，在能源结构调整中占有一定的地位，地热的开发利用己有较人展，取得了宝贵经验。

21世纪我国地热资源的开发利用有着广阔的前景，应加大开发力度，同时也迫切需要国家的大力支持，增加投资力度，以促进我国地热事业的规模化发展。

中科院广州能源研究所地热能工程中心将积极投入到我国地热资源的开发利用当中，为我国地热事业的发展作出应有的贡献。

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