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巴黎奥运村利用地源热泵系统来降温,该系统主要使用地热能。国际能源署最近发布的一份报告建议,国际社会采取更多措施推广热泵系统,以便更有效地利用地热能。
地热能是指存在于地球内部岩石、流体和岩浆中的可被人类利用的热能。温泉和火山喷发等现象直观地展示了地热能的巨大资源量。仅地表以下 10 公里以内的地热资源量就约合 1 万亿吨标准煤。如果能利用其中 2%,以目前全球每年 210 亿吨标准煤的消耗量计算,理论上可以满足人类近千年的能源需求。
地热能不仅储量丰富,还具有以下重要特征:稳定、低碳和可再生。稳定性是指地热能可以 24 小时持续输出基本稳定的能量,不受天气、昼夜和季节的影响。低碳性是指地热能的开发利用过程中几乎不排放二氧化碳,属于典型的非碳基能源。可再生性是指地球正处于生命力旺盛的时期,地热能可以从地球深层源源不断地传输到浅层。
目前,人类可触及的地壳深度大多不超过 10 公里。地热能资源量的评估通常限于 10 公里以内,并根据能源品位、开采技术和利用形式综合划分为浅层、中深层和深层地热能。
浅层地热能深度范围一般在 200 米以内,温度不高,但一年四季相对恒定,低于夏季平均气温,高于冬季平均气温,因此可以作为一个稳定的冷热源。巴黎奥运村的地热能系统从附近地下约 70 米深的井中抽取地下水,利用热泵冷却至 4 摄氏度,然后输送到公寓地板下的管道中,以降低室内温度。
中深层地热能一般介于 200-3000 米之间,通常以地下水作为传热载体,可通过抽取热水或水汽混合物提取热量,用于发电、供暖、制冷、洗浴、烘干和养殖。地热发电是水热型地热能利用的重要方式。例如,可以用地热能流体的热量产生蒸汽来驱动蒸汽轮机,从而将热能转换为机械能并驱动发电机发电。地热发电效率高,每年可运行超过 8000 小时,持续稳定地输出电能。
深层地热能通常超过 3000 米,热能品位高,但往往含水量很低或不含水,需要通过人工造储的方式,形成增强型地热系统加以开发利用。深层地热能拥有巨大的资源潜力,被誉为“地热能的未来”。目前,该项技术仍处于开发探索阶段。自 2017 年以来,中国地质调查局和青海省自然资源厅等单位在青海共和盆地组织开展地热(含干热岩资源)勘探试采,取得了一系列突破性成果,并于 2021 年实现试验性发电并网。今年 4 月,中国石化部署在海南的福深热 1 井顺利完钻,井深达 5200 米,深层地热能开发利用迈上了新台阶。
尽管过去几十年里,地热能得到了广泛开发利用,但与它巨大的储量相比,这只是九牛一毛。根据 2023 年世界地热大会发布的数据,全球有 32 个国家实施了地热发电,总装机约为 16 吉瓦;有 88 个国家利用地热开展非发电的直接利用,总装机约为 173 吉瓦;中国利用地热进行供热制冷的装机量超过全球总量的一半。

