01 地?zé)?/a>是什么？

“地?zé)?/a>”（geothermal）一詞的希臘詞根是yη (geo)，意思是地球，θερμos (thermos)，意思是熱。

地?zé)崮?/a>是一種從地核提取的可再生能源。它來自地球原始形成過程中產(chǎn)生的熱量和物質(zhì)的放射性衰變。這些熱能儲(chǔ)存在地球中心的巖石和流體中。

地核和地表之間的溫差促使熱能從地核持續(xù)傳導(dǎo)到地表。

超過4000°C的高溫導(dǎo)致地球中心的一些巖石融化，形成熾熱的熔融巖石，即巖漿。由于地幔比周圍的巖石輕，這些熱量也會(huì)導(dǎo)致地幔表現(xiàn)出可塑性，部分地幔向上對(duì)流。

地殼中的巖石和水的溫度可以達(dá)到370攝氏度左右。巖石和流體中所含的熱能可以從地表以下淺層和幾英里的深處找到。

在一些國家，地?zé)?/a>已經(jīng)被用于烹飪和加熱系統(tǒng)數(shù)千年了。蒸汽和熱水的地下地?zé)醿?chǔ)層可用于發(fā)電和其他加熱和冷卻應(yīng)用。

02 地?zé)崮?/a>生產(chǎn)

地?zé)崮?/a>可以在世界各地找到，其利用的可行性取決于地?zé)豳Y源的深度、溫度、地質(zhì)環(huán)境、資源類型、與能源需求的接近程度等。

今天，地?zé)崮?/a>要么被用于發(fā)電(電力)，要么直接以熱能的形式被利用(所謂的“直接利用”)。

資源類型和溫度決定了可以利用地下熱量的應(yīng)用。傳統(tǒng)上，發(fā)電需要150攝氏度以上的溫度才能發(fā)電。盡管有新技術(shù)可以利用溫度低至70攝氏度左右的地?zé)豳Y源發(fā)電。這在經(jīng)濟(jì)上是否可行，取決市場(chǎng)情況。

較低溫度可用于各種用途，用于工業(yè)應(yīng)用中的加熱，加熱溫室，區(qū)域供熱系統(tǒng)或房屋，加熱游泳池，管道，水產(chǎn)養(yǎng)殖，食品脫水等等。加電的地源熱泵和交換系統(tǒng)可以擴(kuò)大利用地?zé)崮芄?/a>和制冷。

根據(jù)美國能源部GeoVision報(bào)告中的林達(dá)爾圖改編而成

——各國的地?zé)?/a>生產(chǎn)

2023年世界地?zé)岽髸?huì)發(fā)布的，目前僅有大約26個(gè)國家使用地?zé)崮馨l(fā)電、70個(gè)國家用于供暖。隨著科技的不斷進(jìn)步，地?zé)崮芸蔀?a href="http://www.tja100.com.cn/t/全球.html" >全球電力生產(chǎn)及城市供暖和制冷添磚加瓦。

大會(huì)發(fā)布的我國首個(gè)地?zé)崮車抑髦紙?bào)告——《中國地?zé)岙a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展報(bào)告》顯示，在清潔供暖需求的強(qiáng)烈作用下，中國逐漸形成了以供暖（制冷）為主的地?zé)岚l(fā)展路徑，為國際地?zé)岚l(fā)展提供了新思路。截至2021年底，中國地?zé)?/a>供暖（制冷）能力達(dá)到13.3億平方米。未來幾年，中國北方地區(qū)地?zé)崆鍧嵐┡?/a>、長(zhǎng)江中下游地區(qū)地?zé)峁┡?/a>（制冷）、青藏高原及其周邊地?zé)岚l(fā)電仍將是產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)。

——地?zé)崮馨l(fā)電

發(fā)布《世界地?zé)岚l(fā)電進(jìn)展》權(quán)威報(bào)告。報(bào)告顯示，目前，世界上已有31個(gè)國家有地?zé)?a href="http://www.tja100.com.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠在運(yùn)行。全球地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量已經(jīng)從1980年的2110兆瓦增長(zhǎng)到如今的16260兆瓦。未來，隨著全球迫切需要保住1.5攝氏度的溫控目標(biāo)，地?zé)岚l(fā)電會(huì)有廣闊前景。

在下圖中，可以看到所選國家的地?zé)岚l(fā)電在整個(gè)電力市場(chǎng)中的份額，突出表明地?zé)岚l(fā)電不僅在總體電力供應(yīng)中發(fā)揮了非常重要的作用，而且在這些國家的可再生能源發(fā)電中也發(fā)揮了重要作用。

發(fā)布《世界地?zé)峁┡评?/a>進(jìn)展》權(quán)威報(bào)告。報(bào)告指出，截至2022年底，全球供熱和制冷熱能裝機(jī)容量相當(dāng)于1.73億千瓦，比2020年增加了60%，最大的應(yīng)用領(lǐng)域是建筑物的供暖和制冷，其次是健康娛樂和旅游、農(nóng)業(yè)和食品加工。其中，中國的增長(zhǎng)最為顯著。

03 地?zé)嶂苯永?/a>

國際地?zé)釁f(xié)會(huì)(IGA)將地?zé)嶂苯永?/a>定義為直接利用地球的能量(地?zé)?作為熱能，而不是間接利用熱能發(fā)電。

在地?zé)嵛墨I(xiàn)中，有一個(gè)區(qū)別: 直接使用地?zé)岜欢x為使用地?zé)豳Y源，“使用熱能或地?zé)豳Y源中的流體，而不使用中間介質(zhì)，而不是將其轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如電能。”大多數(shù)直接使用的應(yīng)用可以適用于低至中等溫度范圍20 - 120°C的地?zé)崃黧w。低溫到中溫地?zé)?a href="http://www.tja100.com.cn/t/資源.html" >資源已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，特別是在第一次用于洗澡，后來用于空間加熱和農(nóng)業(yè)應(yīng)用以及冷卻。

本質(zhì)上的區(qū)別是，如果使用水基地?zé)醿?chǔ)層，或管道/井進(jìn)行地下熱傳導(dǎo)，并直接將其作為熱量或通過熱泵使用。

如今，地?zé)嶂饕糜谠〕睾陀斡境氐募訜?，以及空間和溫室的加熱。其他應(yīng)用包括利用熱能的工業(yè)用途、水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘加熱、農(nóng)業(yè)干燥、冷卻和融雪。

按應(yīng)用計(jì)算的地?zé)嶂苯永?/a>產(chǎn)量(2020)

特別是，近年來使用地?zé)崮転橛斡境?a href="http://www.tja100.com.cn/t/供暖.html" >供暖和為建筑物供暖(空間供暖)的情況有所增加。以下是每年通過地?zé)嶂苯永?/a>產(chǎn)生熱量的地理分布(不包括熱泵)

各地區(qū)地?zé)?a href="http://www.tja100.com.cn/t/直接利用.html" >直接利用產(chǎn)量(2020年)

04 地?zé)釤岜?/a>

暖通空調(diào)的應(yīng)用已經(jīng)存在了幾十年。HVAC代表供暖、通風(fēng)和空調(diào)。暖通空調(diào)熱泵是一種用于加熱和冷卻建筑物的設(shè)備，它通過制冷循環(huán)從較冷或較暖的空間傳遞地下(也包括空氣，例如湖泊)的熱能，類似于普通的家用冰箱。隨著電力的應(yīng)用，這些熱泵的性能由系數(shù)性能(COP)決定。COP越高，熱泵效率越高，能耗越低。因此，地面溫度越高，將熱能擴(kuò)展到更高溫度進(jìn)行加熱所需的電力就越少。

——地源熱泵

地源熱泵(也稱為地?zé)岜?是將熱量從地下傳遞到地下，從而利用地球在整個(gè)季節(jié)的恒定溫度。這樣的熱泵連接到地?zé)峤粨Q裝置，該裝置可以使用閉環(huán)垂直或水平交換、直接交換，利用池塘，湖泊或海洋中的循環(huán)，立柱井或雙井。它們都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是制冷劑要通過那些管道，這些管道用來將地下的熱量傳遞給熱泵。在冬季，熱泵可以使用收集到的熱能來加熱建筑物(或較大設(shè)置的建筑物)，或者在夏季為建筑物降溫。

——加熱

直接利用地?zé)?/a>能供熱是利用地?zé)崮艿淖畲笮问?。最?jīng)典和最廣泛的地?zé)崂?/a>形式可能是用于沐浴的傳統(tǒng)溫泉，比如日本的溫泉，或者可以追溯到羅馬時(shí)代的溫泉浴，但今天，世界各地的游泳池和浴池加熱是地?zé)?a href="http://www.tja100.com.cn/t/直接利用.html" >直接利用的最大形式。其次是利用地?zé)崮苓M(jìn)行空間供暖，例如在區(qū)域供熱系統(tǒng)中。在冰島的雷克雅未克、法國的巴黎以及中國地?zé)?/a>區(qū)域供熱的驚人增長(zhǎng)中，可以找到最大的地?zé)釁^(qū)域供熱系統(tǒng)。但我們看到，在歐洲，人們對(duì)利用地?zé)釣楣┡?和制冷)市場(chǎng)脫碳越來越感興趣。慕尼黑、赫爾辛基、哥本哈根等城市在利用地?zé)釢M足其供暖需求上押下了重注。

另一個(gè)重要的用途是溫室供暖，這在可持續(xù)農(nóng)業(yè)和食品部門中越來越重要。在這方面，荷蘭可能是一個(gè)很好的研究案例。荷蘭是一個(gè)擁有龐大而繁榮的園藝產(chǎn)業(yè)(溫室)的國家，荷蘭的運(yùn)營(yíng)商一直在尋找替代天然氣的供暖方式，并開始探索地?zé)嶙鳛橐环N選擇，這創(chuàng)造了一個(gè)現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)，運(yùn)營(yíng)商和供應(yīng)商都利用地?zé)釣?a href="http://www.tja100.com.cn/t/溫室供暖.html" >溫室供暖。類似的例子可以在土耳其、希臘、冰島、美國和其他地方找到

——冷卻

雖然聽起來適得其反，但地?zé)嵋部梢杂糜诶鋮s。通過一種被稱為吸收的過程，地?zé)?a href="http://www.tja100.com.cn/t/資源.html" >資源的熱量被用作熱泵的驅(qū)動(dòng)能量，然后為建筑物提供冷卻，甚至通過區(qū)域冷卻系統(tǒng)。

例如，在阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國的馬斯達(dá)爾城，鉆了深地?zé)峋?/a>來提取熱量，用于區(qū)域冷卻系統(tǒng)。雖然最初沒有進(jìn)一步開發(fā)，但一個(gè)區(qū)域供冷公用事業(yè)公司現(xiàn)在正在改造該項(xiàng)目。

與此同時(shí)，地源熱泵也可以在較冷的溫度下提取熱能，直接用于冷卻，在世界各地都可以找到大大小小的系統(tǒng)。

05 地?zé)崮艿墓I(yè)利用

發(fā)電是地?zé)崮艿某Ｒ?工業(yè)"用途，但如上所述，有大量工業(yè)應(yīng)用是需要中低溫流體的活動(dòng)。例如加工加熱、工業(yè)空間空調(diào)和加熱、食品加工、食品和魚類脫水、紙漿和紙張加工、紡織品的洗滌和染色、化學(xué)生產(chǎn)等等。

在“一些工業(yè)過程和農(nóng)業(yè)應(yīng)用的溫度“這張圖中可以找到有趣的概述

地?zé)岬母鞣N用途有很多很好的例子，例如在食品和飲料行業(yè)。

如今，地?zé)崮鼙挥糜谥汽}、牛奶的巴氏殺菌、奶粉的生產(chǎn)、藻類/螺旋藻的生產(chǎn)、溫室蔬菜的生產(chǎn)、魚類脫水、啤酒釀造、白酒生產(chǎn)、魚子醬生產(chǎn)、養(yǎng)魚、護(hù)膚品的生產(chǎn)等等。

瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的Luca Guglielmetti提出了一個(gè)很好的概述，展示了地?zé)崮茉诨跍囟鹊氖称凡块T中可以發(fā)揮的作用。