地热 _原创精品文档.pdfVIP

地热能

地热能作为一种新能源、洁净能源、可再生或部分可再生能源，具有分布广、成本低、

易于开采、洁净及可直接利用等优点。如能充分利用，则可节省大量的常规能源，缓解由于

经济、社会发展带来的能源需求日益增长的压力。相对于地壳内蕴含的地热能总量而言，限

于目前所能达到的技术，人们利用的只是很小一部分。我国地热资源比较丰富，特别是中低

温地热资源（25-150oC），分布范围广，几乎遍及全国。全球地热资源基数为140YJ/a，我

国为11YJ/a，占全球的7.86％。我国的地热资源以对流型资源为主，全国近3000处温泉和

几千眼地热井，地热井出口温度绝大部分低于90℃，平均温度约54.8℃，但是，从开发利

用总量来说，我国地热利用仍处于初级阶段，地热在我国能源结构中所占比例还不足0.5％。

据估计，全国主要沉积盆地距地表2000米以内储藏的地热能相当于2500亿吨标准煤的

热量，全国每年可开发利用的地热水总量约为68.45亿立方米，折合每年3284.8万吨标准煤

的发热量。

目前，地热水直接利用是我国地热能利用的主要方式之一。在我国地热水直接利用中采

暖占18％，医疗洗浴及娱乐健身占65.2％，种植养殖占9.1％，其它占7.7％。其中地热采

暖主要采用抽取地下热水，经取热后再回灌到地层的利用方式，而回灌量的多少则取决于地

层的实际水文地质条件。众所周知，多数地热水中不同程度地含有多种有害化学元素，如硫

化氢气体等，同时，经过取热降温后的地热水温度通常仍高于环境温度，因此，大量抽取地

下水以及由于回灌不利带来的地热水排放将对地表造成环境污染和热污染。此外，地壳中被

抽取的地热水如不能得到及时补充，其原始压力平衡将被破坏，会造成地下水位下降，甚至

引起地面下沉。由于回灌水质标准高，需要超细过滤装置，因此需要的回灌电功率可能很大，

而能否有效回灌仍取决于地层的水文地质特性，由于目前回灌在技术及管理上仍存在的问

题，在实际中实现完全回灌难以做到。另一种地热供热系统是近年来发展迅速的地埋管地源

热泵系统。这是利用与大气环境相比，地下土壤温度夏低冬高的特点，以地下的岩石为蓄冷

体/蓄热体，从而实现建筑供暖/空调的一种浅层地热利用模式。地埋管系统的换热孔深度一

般在百米左右，循环工质（一般是水）通过“U”型“PE”管与周围岩土进行热交换，不涉

及地下水的取用，因而是一种无污染的地热利用方式，但地下百米以内的土壤温度与年平均

气温相当，以导热为主的传热模式以及土壤导热系数较低等物性特点决定了地埋管的单井取

热量很有限，据统计，双“U”型管取热量约为20-80W/米井深，一般来说，300kW以上的

规模需100口左右的地埋管钻孔。同时，为保障地下岩石体在取/排热周期中获得有效的热

恢复，使系统长期稳定的运行，钻孔间距不宜过小，因此，实现系统的大规模应用需要占用

大块土地。在我国大、中型城市中，市区地价高昂，地埋管系统在建筑规模较大的工程中应

用时，不得不以牺牲钻孔间距为代价，使得系统的实际性能低于期望值。以上分析可知，较

之我国地热能的可开采量，现有的两种主要地热采暖系统在资源和热源方面都具有一定的局

限性，这也是我国地热供暖利用总量仍存在很大可提升空间的原因。根据我国可再生能源利

用趋势，开发一种无污染、高效传热的地热供暖模式具有很好的发展前景。结合以上两种地

热采暖系统模式以及我国中低温地热能分布广、基数大的特点，本文提出了一种新型的地热

供热系统，即井下换热器—热泵相结合的供热系统，可望为我国地热利用的发展提供新的动

力。与抽水式供热系统相比，由于井下换热器只取热不取水，因此不存在因过量开采水资源

而引起地下水位下降，甚至导致地面下沉等现象，也不存在地热尾水排放带来的热或化学污

染。目前较为流行的地埋管换热器主要依靠地埋管周围土壤的导热方式取热，井下换热器主

要依靠井内底部地热水层的自然对流方式取热，两者井深虽然相差不多，但井下换热器的单

井取热量在百千瓦的数量级，最高可达1160kW，而后者在2-5kW左右。因此，从供热能力

来说，一套井下换热器系统的取热量要高出地埋管系统取热量两个数量级，有条件的地方采

用井下换热器系统无疑是一种更经济的选择。

国内外井下换热器系统研究及利用现状

世界上第一个地热井下换热器（Downholeheatexchanger，DHE）装置是1930年在美国

俄勒冈州的Klamath郡建成的，至今，该地已约有600套井下换热器系统。但比较有系统的

研究工作开始于1975年，在美国俄勒冈技术学院地热中心进行的实验