夏天,有多少人的命是空调给的。在感谢空调发明者威利斯·开利的同时,或许你也应该感谢一股来自地下的力量——地热。
地热,听起来很热,但实际上它能不仅能供暖,还能制冷。北京大兴国际机场就利用地源热泵系统,为257万平方米的建筑供暖和制冷,每年冬季供暖123天,夏季制冷120天。
在可再次生产的能源的舞台上,太阳能和风能常常抢走了风头,但地热作为地球的本土可再次生产的能源,蕴藏着很难来想象的巨大能量,目前估算的地热总量相当于煤炭总储量的1.7亿倍,具有能源利用效率高、绿色低碳等诸多优点。
无论风和日丽或,地热始终如一地释放它的力量。那么,地热到底有什么来头?它还能干什么?
如果把地球比作一个多层的巧克力蛋糕,人类居住在表层,而真正的巧克力酱藏在更深的地方,它的热量不仅构成了我们喜爱的温泉,更是一个巨大的能源库。
地热是一种来自地球内部的热能,这些热能主要来自于两个途径:一是地球形成时留下的原始热量,二是地球内部放射性元素衰变产生的热量。这些热量通过岩浆、裂缝、温泉等方式传递到地表或者地表附近,形成了很多类型和温度的地热资源。
浅层地热能埋藏在地下200米深度范围内,储存于水体、土体、岩石中,温度不高于25℃;水热型地热能埋藏在地下200-3000米范围内,储存于天然地下水及其蒸汽中;干热岩则埋藏在地下3000米以下,不含或仅含少量流体,温度高于180℃。
你可以不知道地热的形成,但不会不熟悉地热的盛景:火山、温泉、间歇喷泉。一米多高的水柱从山间石缝里喷涌而出,水汽带着硫磺味扑面而来。而后,热水顺着管道,流向温泉池,等待游客们的光临。
云南腾冲,是中国中高温地热资源最丰富的地区之一,由于太平洋板块和印度洋板块活动的不断挤压,形成腾冲大量的火山集群。火山不停地运动释放出大量热能,在腾冲大地上制造出了80余处珠玉四溅的水热地区。
下次泡温泉时,不妨想想,你享受的不只是一次简单地水疗,更是地球深处的能量馈赠。
1827年,最早的地热工业发始于意大利Larderello,人们使用地热蒸汽从火山泥中提取硼酸。1892年,美国爱达华州建造了世界上第一个地热直接供暖系统。
进入20世纪,许多国家开始大规模开发利用地热能。冰岛、美国、中国、日本、新西兰、意大利、菲律宾、肯尼亚等国家都蕴藏着丰富的地热资源。
地热开发利用主要可大致分为两个方面:直接利用和地热发电。我们熟知的温泉泡澡和温泉煮鸡蛋就是直接利用的方式。
《世界地热供暖制冷进展》报告说明,截至2022年底,全球地热直接利用最大的领用领域是建筑物的供暖和制冷(79%),其次是疗养、娱乐和旅游(15.5%),农业和食品加工(4.3%)。
按水温来分,150℃以上的高温地热大多数都用在发电,发电后排出的热水可进行梯级利用;90-150℃的中温和25-90℃的低温地热以直接利用为主,多用于工业、种植养殖、供暖制冷等方面;25℃以下的浅层地热,可利用地源热泵供暖、制冷。
冰岛是全球地热供暖最先进的国家,上世纪90年代该国首都雷克雅未克已实现100%地热供暖。如今,在这个地热能的王国,有90%的建筑都使用地热供暖。
中国的地热直接利用多年稳居世界第一,2020年,中国地热直接利用装机规模在全球占比达37.7%。美国则是全球地热发电装机容量最大的国家,截至2022年底,总装机容量达3794兆瓦。
当今世界进入新的变革期,气候平均状态随时间的变化挑战日益加剧。随着《巴黎协定》全方面实施,“碳中和”愿景已经在全球达成广泛共识,绿色低碳发展慢慢的变成了世界潮流。
在此背景下,被誉为“地热界的奥林匹克”的世界地热大会落地中国,于9月15日-17日在北京召开。第一届世界地热大会于1995年在意大利佛罗伦萨举办,目前已举办六届,这是中国首次承办此项国际盛会。
来自全球五大洲、54个国家的地热界人士云集,以“清洁地热、绿色地球”为主题研究探讨世界地热勘探、开发、利用,加速推动可再次生产的能源发展,共同应对全球气候变化与挑战。
值得一提的是,本届地热大会实现了“零碳办会”。大会引入碳中和项目,通过碳资产购买等创新解决方式,中和大会产生的温室气体排放。此外,大会期间还采用氢能车辆提供服务,全面使用可降解餐盒,通过小程序注册签到、无纸化办公,提倡参会者乘坐公共交通、参与光盘行动,共同助力节能减排。
2023年的世界地热大会上,一份《中国地热产业高水平质量的发展报告》首次发布,让全世界看到了中国地热的“热度”有多高。
位于河北雄安新区雄县的中石化新星绿源公司人才家园换热站,占地面积不大,却保障着小区内3000多户家庭的冬季供暖。暖气的源头,正是埋藏在地底下的地热能。
在雄安新区另一边的科创中心中试基地,尽管室外30℃的高温,室内却很凉爽,墙面温度计显示此时室温为25℃。制冷靠的不是空调,而是浅层地热能。
河北省雄县与中国石化合作,成功打造中国首座地热供暖“无烟城”,在雄安新区的供暖能力已超过1000万平方米,支持雄安新区打造全球地热利用样板。
如今,在雄县,即便在冬季,冒烟的采暖锅炉早已不见了踪影,市民常年“沐浴”在干净清透的空气环境中,享受着地热带来的“冬暖夏凉”。
地热的开发利用中也出现不少“绿科技”。在陕西省最大的地热供能站——中石化新星绿源公司迎宾路地热站,一根根银白色的管道紧密相连,组成一套回灌系统,实现“取热不耗水”。
站内取地下2800米左右的热水,经过板式换热器“取热”,再通过回灌技术,把取完热的水“还”给地下。经过一定周期后,再通过生产井把重新聚集了热能的水“抽”上来,实现地热水资源的反复利用,也避免了地热尾水直接排放造成环境污染。
《中国地热产业高水平质量的发展报告》指出,在追求清洁供暖的大趋势下,中国逐渐形成了以供暖(制冷)为主的地热发展路径。截至2021年底,中国地热供暖(制冷)能力达到13.3亿平方米。
其中水热型地热供暖能力5.3亿平方米,河北、河南、山东、陕西、天津五省市,成为水热型地热供暖的主要区域;浅层地热供暖(制冷)能力8.0亿平方米,环渤海地区发展最好,长江中下游平原次之。
与此同时,全国各地的温泉已成为休闲、洗浴的理想之地,温泉年利用能力6665兆瓦;地热农业年利用能力1108兆瓦。
然而,中国地热发电受资源禀赋及政策影响一直发展缓慢,截至2021年底,实际运行的地热发电装机容量只有16兆瓦,西藏羊八井、羊易是中国最大的两个地热电站。
但可以预见的是,中国北方地区地热清洁供暖、长江中下游地区地热供暖(制冷)、青藏高原及其周边地热发电将为这片大地织就一个温暖、清洁和绿色的未来。
在我国对地热能的探索过程中,中国石化可以说是居于C位的企业。它将地热科学技术研发与生产实际相结合,创建了世界上第一个地热供暖CDM方法学,创新形成集地热勘探等技术于一体的六大核心技术体系,填补了国内空白。
前不久,中国石化部署在海口的我国最深地热科学探井——福深热一井已顺利开钻,设计井深5000米,有望实现我国干热岩资源勘探开发的新突破。
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