可再生能源的新成員:淺層地溫能
更新時間:2016-07-13
瀏覽次數(shù):2527
可再生能源的新成員:淺層地溫能
摘要:淺層地溫能是一種新型的可再生能源,具有分布廣泛、蘊藏量大、埋藏淺、易開發(fā)、運行成本低等特點。針對目前開發(fā)現(xiàn)狀和存在的突出問題,認(rèn)為是由于政府管理和地質(zhì)勘探工作不力所致。為此,建議這個新的領(lǐng)域應(yīng)該屬于地質(zhì)勘探新的范疇。
關(guān)鍵詞:淺層地溫能;地質(zhì)勘探;開發(fā)利用
淺層地溫能是指在太陽能照射和地心熱產(chǎn)生的大地?zé)崃骶C合作用下,存在于地球表層恒溫帶至200m埋深中土壤、巖石和地下水中的低溫地?zé)崮埽ㄒ话銣囟鹊陀?5℃),如圖1所示。其能量相當(dāng)于9.4×1020KJ的熱能或3.2×105億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。它通過熱泵系統(tǒng)進(jìn)行能量的提取和交換,從而實現(xiàn)供暖制冷。淺層地溫能不是傳統(tǒng)意義上的深層地?zé)崮茉?,主要分布在地球的表層,是取之不盡用之不竭的可再生綠色低溫能源。它具有埋藏淺、分布廣泛、開發(fā)成本低等特點,是一種新型的可再生綠色能源和資源。隨著社會和技術(shù)的迅速發(fā)展,這種新型能源的開發(fā)利用已廣泛引起人們的關(guān)注和重視。
*,我國建筑用能占全部能源需求的比例,已由原來的1/6增長為1/4,其中,建筑物冬季供暖、夏季制冷、生活熱水的能耗需求,占有相當(dāng)大的比例。以往,這些能源的消耗主要依賴于傳統(tǒng)的礦物質(zhì)燃料(煤、油、氣)的燃燒。如:用1000多度的高溫加熱70~80℃的低溫水來實現(xiàn)供暖,排煙的溫度竟達(dá)200℃以上。同時,按照目前通用的計算方法,燃燒1噸煤將產(chǎn)生2.2~2.3噸二氧化碳,另外還產(chǎn)生1.7%的二氧化硫和0.8%的粉塵(資料來源:韓再生《淺層地?zé)崮苜Y源評價》2007年12月)。這不僅僅是能源利用的浪費和能源結(jié)構(gòu)不合理,且嚴(yán)重地污染周圍的環(huán)境,加大了環(huán)境治理的難度和費用。
淺層地溫能資源的開發(fā)利用,在滿足供暖(冷)的需求情況下,還可實現(xiàn)供暖(冷)區(qū)域的*排放。不僅利用了地球表層的低品位可再生能源,大幅度節(jié)約高品位傳統(tǒng)能源,同時真正實現(xiàn)了無污染的綠色環(huán)境。所以,加大淺層地溫能開發(fā)力度,普及和推廣這種新型的可再生綠色能源,對我國的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和巨大的作用。
1、淺層地溫能開發(fā)類型與系統(tǒng)工作原理
目前我國進(jìn)行淺層地溫能開發(fā)主要以水源熱泵系統(tǒng)和地源熱泵(地埋管)系統(tǒng)二種類型。
1.1水源熱泵系統(tǒng)
水源熱泵是利用湖水、河水、地下水、及工業(yè)用冷卻水資源,借助壓縮機(jī)系統(tǒng),通過消耗少量電能,不斷將水中大量的低品位熱能取出來變成少量的高品位熱能,供給室內(nèi)的采暖和空調(diào)系統(tǒng)。夏季機(jī)組水系統(tǒng)反向運行,把室內(nèi)的余熱取出來,在釋放到地下土壤或水中,以達(dá)到空調(diào)降溫的目的。具有能量提取或交換效率高、投資成本較低、維修方便等優(yōu)點。如圖2所示。
1.2地源熱泵
當(dāng)淺層地下水污染嚴(yán)重、水文地質(zhì)條件差或回灌困難時,可采用淺層土壤作為能量的采集或交換,其工作原理與水源熱泵類似。地源熱泵系統(tǒng)中的地埋管又分垂直地埋管和水平地埋管二種形式。與水源熱泵相比施工費用較高、能量提取或交換效率低和維修不便等問題,但是該系統(tǒng)不需要地下水資源和適用性更強(qiáng)等特點。如圖3所示。
2、淺層地溫能的特點與應(yīng)用范圍
淺層地溫能在某種意義上屬于傳統(tǒng)的地?zé)崮埽堑責(zé)崮芗易宓囊粋€新成員。只不過是作為能源來說其品位較低(一般小于25℃),只有通過熱泵系統(tǒng)才能實現(xiàn)供暖或制冷。與地?zé)崮芟啾燃扔邢嗤c也有不同點;與傳統(tǒng)的能源供暖相比更具有*性,見表1和表2
通過表1和表2比較可以看出淺層地溫能開發(fā)利用具有以下優(yōu)點:
?。?)淺層地溫能屬于可再生綠色能源,具有地質(zhì)環(huán)境和地下水恢復(fù)速度快、對大氣無污染特性;
?。?)能源利用高,比傳統(tǒng)方式節(jié)能50~75%;
?。?)真正實現(xiàn)了供暖(冷)建筑使用區(qū)域的*和*。
?。?)一套設(shè)備,冬季既可供暖,夏季又可制冷,并可提供日常生活熱水,可實現(xiàn)一機(jī)三用功能,節(jié)約總體投資、占地少。
淺層地溫能由于不受地域和地質(zhì)條件限制,廣泛蘊藏在地球表層200m以內(nèi),并具有巨大的資源量。所以,可廣泛應(yīng)用于機(jī)關(guān)、學(xué)校、住宅、體育和會議中心等大型建筑物的供暖制冷和生活熱水供應(yīng)。
3、淺層地溫能開發(fā)現(xiàn)狀及主要問題
在北歐國家由于沒有煤炭資源,所以,熱泵技術(shù)早在1912年在瑞士開始提出和應(yīng)用。真正規(guī)?;瘻\層地溫能開發(fā)與熱泵技術(shù)是從70年代歐美國家開始。我國是一個煤炭資源豐富的國家,90年代前冬季供暖主要以煤炭、石油、天然氣等化石類能源為主。隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化和溫室效應(yīng),導(dǎo)致大氣污染和氣候變暖等一系列環(huán)境問題突出。為此,尋
找新的環(huán)保能源,調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展是我國當(dāng)前及今后能源戰(zhàn)略的主要原則。在這種形勢下,淺層地溫能開發(fā)利用在國內(nèi)也掀起了熱潮。北京、沈陽、大連、西安等地政府都出臺相關(guān)政策和管理辦法,鼓勵和引導(dǎo)這種可再生新型環(huán)保能源的開發(fā)
利用。
北京截止2007年底全市共完成淺層地溫能開發(fā)利用項目近500個,其中81%為水源熱泵系統(tǒng),19%為地源熱泵(地埋管)系統(tǒng)。實現(xiàn)建筑物供暖制冷面積1000萬平方米,2010年建筑物供暖制冷面積達(dá)到3500萬平方米目標(biāo)。其它北方所有城市或地區(qū)在近5年內(nèi)幾乎都在不同程度地開發(fā)利用這種新能源。但是,多數(shù)城市則出現(xiàn)盲目開發(fā)和施工,在沒有取得任何區(qū)域地質(zhì)勘查和評價的情況下進(jìn)行開發(fā)利用,從而導(dǎo)致了一系列地質(zhì)環(huán)境問題和阻礙了淺層地溫能開發(fā)技術(shù)的健康發(fā)展。
淺層地溫能主要分布在地球表層200m以內(nèi),其淺層主要由土壤(巖石)、水、空氣、有機(jī)質(zhì)等組成并達(dá)到一個相對的平衡狀態(tài)。如果大量缺失任何一部分,將會導(dǎo)致地球表層結(jié)構(gòu)的平衡破壞。在這種情況下將可能產(chǎn)生地面不均勻沉降、建筑物傾斜開裂、海水入侵、地下水類型變化等地質(zhì)環(huán)境問題。其中水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題就是成井質(zhì)量和地下水及時回灌。當(dāng)成井質(zhì)量出現(xiàn)問題時,則造成水量小、含砂量高等現(xiàn)象;在不了解區(qū)域水文地質(zhì)條件和鉆井?dāng)?shù)量、井間距、深度設(shè)計不合理情況下,將會導(dǎo)致熱泵不能正常運行、地下水回灌困難等問題。如:河南多數(shù)地區(qū)從事淺層地溫能開發(fā)主要以空調(diào)安裝公司或冷暖工程公司為主,其從業(yè)人員多數(shù)為水暖、制冷和機(jī)電安裝等專業(yè),沒有地質(zhì)類專業(yè)人才。打井時尋找一些個體井隊進(jìn)行施工,由于技術(shù)含量和鉆井價格低。所以,成井質(zhì)量很難得到保證;再加上政府沒有明確誰管理,只要繳費水行政部門就給予審批鉆井。所以,在鄭州市多數(shù)單位的地下水回灌率不足30%,甚至有些單位直接把地下水排放到下水道中白白流走。有個別地方1眼抽水井的水6眼回灌都困難,導(dǎo)致地面塌陷等問題。
綜上所述,目前我國除北京和沈陽外,其它城市和地區(qū)在開發(fā)淺層地溫能領(lǐng)域突出存在的問題主要有以下幾個方面:
?。?)眾多城市或地區(qū)在開發(fā)利用淺層地溫能資源時,都未進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)勘查和水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)條件評價;
?。?)沒有專業(yè)隊伍參與,許多抽水井和回灌井設(shè)計不合理、成井質(zhì)量差,導(dǎo)致水量小、含砂量高、回灌困難等;
?。?)由于沒有進(jìn)行前期論證和適宜性選擇,在淺層地溫能提取或交換過程中,將造成運行費用高(耗電)、熱污染和地下水類型變化等;
?。?)多數(shù)地區(qū)對于淺層地溫能開發(fā)沒有統(tǒng)一規(guī)劃和管理措施,從而導(dǎo)致亂開采、亂排放、亂收費,同時也出現(xiàn)了地面塌陷、地下水浪費等地質(zhì)環(huán)境問題。
4、地質(zhì)勘查與評價是淺層地溫能開發(fā)的重要技術(shù)支撐
淺層地溫能同樣是一種資源,怎樣保護(hù)好這一新型的能源和資源,實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)利用,是政府與地質(zhì)勘查部門義不容辭的責(zé)任和義務(wù)!通過近幾年的開發(fā)利用情況和實踐證明:淺層地溫能的開發(fā)利用利國利民、有利于環(huán)境保護(hù)和減少溫室效應(yīng)。但是,目前大多數(shù)地區(qū)開發(fā)市場比較混亂,質(zhì)量也參差不齊。造成這一問題的主要原因是:由于是一種新能源開發(fā)剛剛起步,政府沒有及時進(jìn)行科學(xué)引導(dǎo)和管理;另一方面是地質(zhì)專業(yè)部門也沒有積極參與和為政府提供技術(shù)支撐。
所以,地質(zhì)勘探隊伍應(yīng)是淺層地溫能開發(fā)與評價的主力軍!同時也是地質(zhì)工作的一個新領(lǐng)域。為此,地質(zhì)工作者應(yīng)該及時抓住機(jī)遇,積極進(jìn)行這項具有現(xiàn)實意義的公益性工作,為政府科學(xué)決策和管理提供依據(jù),同時也為這一新能源的開發(fā)利用步入健康軌道發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢和作用。就目前狀況來看,地質(zhì)工作的主要任務(wù)是:
?。?)查明區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件?;静槊骱畬咏Y(jié)構(gòu)、厚度、埋藏等特征,劃分淺層地溫能開發(fā)適宜區(qū)和保護(hù)區(qū)。
?。?)查明地下水水位分布、水量、水質(zhì)情況及動態(tài)變化;查明包氣帶巖土體結(jié)構(gòu),確定巖土體的熱物理參數(shù)(熱導(dǎo)率和比熱);確定巖土體的孔隙率、含水量、密度等物理力學(xué)參數(shù);為水源熱泵或地源熱泵(地埋管)系統(tǒng)的工程設(shè)計提供依據(jù)。
?。?)對淺層地溫能綜合利用進(jìn)行評價,提出可持續(xù)開發(fā)利用的建議,并預(yù)測開發(fā)利用產(chǎn)生的環(huán)境影響,為政府提供開發(fā)利用、保護(hù)和管理所必須的地質(zhì)資料和依據(jù)。
(4)結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件,合理選擇抽水井和回灌井類型、數(shù)量、深度和井間距,解決成井質(zhì)量和回灌困難問題。
?。?)針對淺層地下水硬度高、污染物成分復(fù)雜和礦化度高等情況,研制或選擇新型成井材料和管材,解決井管腐蝕、堵塞和結(jié)垢問題,以便延長水井和熱泵機(jī)組的使用壽命。
其中,查明區(qū)域水文地質(zhì)條件,為合理選擇淺層地溫能開發(fā)方式,是前期勘查論證的基礎(chǔ)。采用水源熱泵系統(tǒng)時,其成井工藝、井管材料選擇、確保地下水及時回灌是整個系統(tǒng)正常運行和預(yù)防地質(zhì)環(huán)境破壞的關(guān)鍵。特別是在井管材料選擇方面應(yīng)該轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念、大膽創(chuàng)新和加強(qiáng)成功實例的宣傳力度。如PVC-U塑料井管具有重量輕(密度1.45kg/m3)、塑性好、耐腐蝕、成井速度快等優(yōu)點。目前,國內(nèi)在100~350m成井(水井和地下水監(jiān)測井)已有成功范例,并且*。所以,加大新型材料的推廣應(yīng)用不僅可以降低成本、提率,而且還解決了金屬井管腐蝕和結(jié)垢問題,從而可大大降低水井的維修費用。在回灌問題方面目前在許多地區(qū)比較突出在回灌困難和回灌井建造數(shù)量過多二個方面,其根本原因就是對區(qū)域水文地質(zhì)條件不熟悉所致。同時,也困擾著淺層地溫能開發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展。所以,在回灌井結(jié)構(gòu)、數(shù)量、深度等設(shè)計時,首先以所掌握的水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ),根據(jù)不同水位和水量按照“一井多層”的新理念實施抽取和回灌。這樣的思路既能保證回灌又能節(jié)省建井?dāng)?shù)量,從而大大降低成本。
總之,淺層地溫能開發(fā)涉及地質(zhì)、水暖、供暖制冷設(shè)備和安裝等專業(yè)。這種新型能源的開發(fā)利用技術(shù)能否快速發(fā)展和普及,關(guān)鍵是對地質(zhì)背景和條件的熟悉和了解。其中,鉆井工程的合理設(shè)計和施工,對熱泵機(jī)組的正常運行、成本控制和地質(zhì)環(huán)境問題起著重要作用。所以,淺層地溫能開發(fā)是地質(zhì)勘探的一個新領(lǐng)域,同時也是地質(zhì)工作者義不容辭的義務(wù)和責(zé)任。
產(chǎn)品咨詢請北京鴻鷗儀器(bjhocy),產(chǎn)品搜索:地源熱泵測溫,地埋管測溫
關(guān)鍵詞:地源熱泵地埋管溫度測量系統(tǒng)實現(xiàn)實時溫度在線監(jiān)測/地源熱泵換熱井實時溫度電腦監(jiān)測系統(tǒng)/GPRS式豎直地埋管地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)/地源熱泵溫度場測控系統(tǒng)/地埋管測溫/地源熱泵溫度監(jiān)控/地源熱泵測溫
遠(yuǎn)程全自動地溫監(jiān)測系統(tǒng)/鐵路凍土地溫監(jiān)測系統(tǒng)/地溫監(jiān)測系統(tǒng)/城市地溫監(jiān)測自動化系統(tǒng)/礦井深部地溫/地源熱泵監(jiān)測研究/地源熱泵溫度測量系統(tǒng)/淺層地?zé)釡y溫/深水測溫儀/深井測溫儀/深水測溫儀/深井測溫儀
推薦產(chǎn)品如下:
地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)/地源熱泵測溫/淺層地溫能動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)