人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源，并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。

在地热能的实际应用中，地源热泵是一个重要而成熟的方向。浙江地源热泵系统制造商祝融环境的一名技术人员告诉记者，空调系统在建筑能耗中占比超过50%，在举国治霾的背景下，其节能需求和潜力均十分巨大，而地源热泵恰能很好地胜任这一角色。地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统，通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。

地热能有四大优点：“一是资源量巨大，不比太阳能、风能小；二是能源利用效率高，是太阳能的5.4倍、风能的3.5倍，且发电稳定，不是垃圾电；三是具有成本竞争力，至少没有光伏那么费钱；四是干净，减排优势很明显，治霾为地热产业发展创造了一个非常好的发展机遇。”

地热发电

地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。 地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。

（1）蒸汽型地热发电

蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制（参考《资源》栏目有关文章）。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。

（2）热水型地热发电

热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型地热电站有两种循环系统：a、闪蒸系统。闪蒸系地能

当高压热水从热水井中抽至地面，于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注人地层。 b、双循环系统。双循环系统的流程如图所示。地热水首先流经热交换 器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。

地热能在区域能源中的应用及环保作用

1.1 在国际上的应用

冰岛是世界上少数几个拥有十分丰富地热资源的国家之一。20世纪70年代以来，大力发展了本国地热能的开发与利用。至2018年，全国90%的采暖是由地热能供应的，90%的游泳池由地热能加热，地热发电装机容量755兆瓦。其中，首都雷克雅未克全部利用地热采暖，该地区50多个地热井，主要由该市能源公司运营，也是世界上最大最成熟的地热供暖系统。另外，冰岛还利用地热资源养鱼、除雪、温室种植、工业生产等，已形成了资源开发与环境保护相协调的发展模式。

另一个地热能利用示范案例的国家则是土耳其。截至2019年，全国11.6万所住宅供暖，450万m2温室，4.64万所酒店、康养设施，以及部分工业烘干、制冷等采用地热能供给，地热直接利用总量达3500兆瓦，成为地热非电利用世界前四的国家。但其最受瞩目的还是近些年在地热发电领域的突飞猛进。土耳其地热发电装机容量经十几年的发展，已从2005年的20兆瓦、世界第16位，飞跃至2019年的1595兆瓦、世界第4位，增长近80倍，成功进入世界地热发电强国行列。不但环境清洁了，而且还使企业、居民用上了价格低廉的能源。其主要原因之一就是政府立法，凡投资地热发电的均给予政策优惠。如基本激励电价为10.5美分/千瓦时，额外激励为2美分/千瓦时。极大地推动了社会资本参与地热基础设施建设。未来，该国还将继续在干热岩领域发展突破。

还有一些地热开发强国，如美国、菲律宾、德国、瑞士等，都能很好地利用地热为区域能源供给服务。在一些欧洲城市，几乎所有需要的供暖和制冷都是通过地区热、冷网提供的。而当前，全球碳排放问题也给世界地热发展带来了新的机遇，为地热区域供能开辟了一条快速通道。

1.2 在我国的应用

区域能源在我国发展由来已久，只是人们更习惯称之为“集中供暖”。2015年，中国就已建成世界最大的区域供暖系统，覆盖建筑面积达85亿m2。而地热能则是在近几年才在区域能源领域发力、发挥作用，但发展形势良好。一些典型案例也值得借鉴和参考。

（1）地热发电案例

西藏地区中高温地热资源丰富。1977年，我国最大地热发电站——西藏羊八井高温地热发电成功。截至2014年底，羊八井地热电站装机容量24兆瓦，累计发电30.6亿千瓦时，折合标准煤约95万吨，减排二氧化碳260万吨。还一度占到拉萨整个供电的60%，解决了区域供电问题（蒋勇，2014）。这是典型的地热发电在区域能源中的应用。

（2）中深层地热（水热型）供暖案例

雄安新区是我国中东部地热资源开发利用条件最好的地区，是自然资源部“打造地热资源利用的全球样板”的示范区。目前，其地热资源利用已形成统一政策、统一管理、统一规划、统一开发的“雄县模式”（王少勇等，2017）。截至2018年底，雄安新区的雄县和容城地热供暖面积达700万m2，基本实现了雄县、容城城区地热集中供暖全覆盖。这是典型的地热供暖在区域能源中的应用。

（3）浅层地热能的开发与利用案例

北京城市副中心行政办公区一期建设面积236.5万m2，实现以浅层地热能为主，中深层地热为辅，其他清洁能源补充的方式，为建筑供暖和制冷。目前，该浅层地热能复合系统已投入运营，效果良好。这是典型的地热供暖/制冷在区域能源中的应用。

（4）旅、养产业发展案例

山东临沂成立汤泉旅游度假区管委会，统一规划、建设、管理区内地热资源的开发利用。近年来招商引资200亿元，建设规模300万m2，利用地热开发的温泉、旅游、疗养、种养殖等产业发展壮大。特色学校、联合办学培养地热开发利用专业人才，带动就业，推动区域经济发展。这是典型的地热旅、养产业在区域能源中的应用（临沂市人民政府，2018）。

这些实际案例都证明：只要地热能应用科学合理，是可以支撑区域能源系统运转、解决区域供能问题，甚至能够成为系统的主力军。

1.3 服务生态文明建设

近些年，地热能在我国着力的大气污染防治方面发挥重要作用。一份由清华大学学者完成的《2013—2017年间中国PM2.5空气质量改善的驱动力》报告指出，中国范围内所有城市空气污染水平在2013—2017年间从61.8mg/m3降至42mg/m3，下降了32%。其中，燃煤锅炉整治和民用燃料清洁化分别使PM2.5浓度下降了4.4mg/m3和2.2mg/m3（Zhang et al., 2019）。而地热能在其中发挥很大作用。

如北京市，2017年地热及热泵利用总量约67.6万吨标准煤，减少46万吨碳粉尘、168.5万吨二氧化碳、5万吨二氧化硫、2.5万吨氮氧化物的排放，为北京地区降低PM2.5做出显著贡献。从图1可以看出，近些年，北京市空气质量在不断提升，空气污染细颗粒物指数在逐年下降。而北京市地热能开发利用量也在不断增长，并在其中发挥重要作用。地热清洁取暖真正服务了生态文明建设。

地热供暖

将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，备受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740t80℃的热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源， 用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。

地热务农

地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产；利用地热水养鱼，在28℃水温下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温室，育秧、种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量 等。 将地热能直接用于农业在我国日益广泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。

地热行医

地热在医疗领域的应用有诱人的前景，目前热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。如合碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃酸、平衡人体酸碱度；含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症； 氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。 由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条 件，使温泉常常成为旅游胜地，吸引大批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院，每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病的历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多，因此充分发挥地热的医疗作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。

未来随着与地热利用相关的高新技术的发展，将使人们能更精确地查明更多的地热资源；钻更深的钻井将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进入一个飞速发展的阶段。

地热能在应用中要注意地表的热应力承受能力，不能形成过大的覆盖率，这会对地表温度和环境产生不利的影响！

因此，需要我们充分计算！