人類很早以前就開始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、醫療，利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產養殖及烘干谷物等。但真正認識地熱資源，并進行較大規模的開發利用卻是始于20世紀中葉。

在地熱能的實際應用中，地源熱泵是一個重要而成熟的方向。浙江地源熱泵系統制造商祝融環境的一名技術人員告訴記者，空調系統在建筑能耗中占比超過50%，在舉國治霾的背景下，其節能需求和潛力均十分巨大，而地源熱泵恰能很好地勝任這一角色。地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源，既能供熱又能制冷的高效節能環保型空調系統，通過輸入少量的高品位能源（電能），即可實現能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移。

地熱能有四大優點：“一是資源量巨大，不比太陽能、風能小；二是能源利用效率高，是太陽能的5.4倍、風能的3.5倍，且發電穩定，不是垃圾電；三是具有成本競爭力，至少沒有光伏那么費錢；四是干凈，減排優勢很明顯，治霾為地熱產業發展創造了一個非常好的發展機遇。”

地熱發電

地熱發電是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體應首先應用于發電。 地熱發電和火力發電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不象火力發電那樣要裝備龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。地熱發電的過程，就是把地下熱能首先轉變為機械能，然后再把機械能轉變為電能的過程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地熱發電的方式劃分為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩大類。

（1）蒸汽型地熱發電

蒸汽型地熱發電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽輪發電機組發電，但在引入發電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發電方式最為簡單，但干蒸汽地熱資源十分有限，且多存于較深的地層，開采技術難度大，故發展受到限制（參考《資源》欄目有關文章）。主要有背壓式和凝汽式兩種發電系統。

（2）熱水型地熱發電

熱水型地熱發電是地熱發電的主要方式。目前熱水型地熱電站有兩種循環系統：a、閃蒸系統。閃蒸系地能

當高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續利用后排出，當然最好是再回注人地層。 b、雙循環系統。雙循環系統的流程如圖所示。地熱水首先流經熱交換 器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體，使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進入汽輪機做功后進入凝汽器，再通過熱交換器而完成發電循環。地熱水則從熱交換器回注人地層。這種系統特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源。發展雙循環系統的關鍵技術是開發高效的熱交換器。

地熱能在區域能源中的應用及環保作用

1.1 在國際上的應用

冰島是世界上少數幾個擁有十分豐富地熱資源的國家之一。20世紀70年代以來，大力發展了本國地熱能的開發與利用。至2018年，全國90%的采暖是由地熱能供應的，90%的游泳池由地熱能加熱，地熱發電裝機容量755兆瓦。其中，首都雷克雅未克全部利用地熱采暖，該地區50多個地熱井，主要由該市能源公司運營，也是世界上最大最成熟的地熱供暖系統。另外，冰島還利用地熱資源養魚、除雪、溫室種植、工業生產等，已形成了資源開發與環境保護相協調的發展模式。

另一個地熱能利用示范案例的國家則是土耳其。截至2019年，全國11.6萬所住宅供暖，450萬m2溫室，4.64萬所酒店、康養設施，以及部分工業烘干、制冷等采用地熱能供給，地熱直接利用總量達3500兆瓦，成為地熱非電利用世界前四的國家。但其最受矚目的還是近些年在地熱發電領域的突飛猛進。土耳其地熱發電裝機容量經十幾年的發展，已從2005年的20兆瓦、世界第16位，飛躍至2019年的1595兆瓦、世界第4位，增長近80倍，成功進入世界地熱發電強國行列。不但環境清潔了，而且還使企業、居民用上了價格低廉的能源。其主要原因之一就是政府立法，凡投資地熱發電的均給予政策優惠。如基本激勵電價為10.5美分/千瓦時，額外激勵為2美分/千瓦時。極大地推動了社會資本參與地熱基礎設施建設。未來，該國還將繼續在干熱巖領域發展突破。

還有一些地熱開發強國，如美國、菲律賓、德國、瑞士等，都能很好地利用地熱為區域能源供給服務。在一些歐洲城市，幾乎所有需要的供暖和制冷都是通過地區熱、冷網提供的。而當前，全球碳排放問題也給世界地熱發展帶來了新的機遇，為地熱區域供能開辟了一條快速通道。

1.2 在我國的應用

區域能源在我國發展由來已久，只是人們更習慣稱之為“集中供暖”。2015年，中國就已建成世界最大的區域供暖系統，覆蓋建筑面積達85億m2。而地熱能則是在近幾年才在區域能源領域發力、發揮作用，但發展形勢良好。一些典型案例也值得借鑒和參考。

（1）地熱發電案例

西藏地區中高溫地熱資源豐富。1977年，我國最大地熱發電站——西藏羊八井高溫地熱發電成功。截至2014年底，羊八井地熱電站裝機容量24兆瓦，累計發電30.6億千瓦時，折合標準煤約95萬噸，減排二氧化碳260萬噸。還一度占到拉薩整個供電的60%，解決了區域供電問題（蔣勇，2014）。這是典型的地熱發電在區域能源中的應用。

（2）中深層地熱（水熱型）供暖案例

雄安新區是我國中東部地熱資源開發利用條件最好的地區，是自然資源部“打造地熱資源利用的全球樣板”的示范區。目前，其地熱資源利用已形成統一政策、統一管理、統一規劃、統一開發的“雄縣模式”（王少勇等，2017）。截至2018年底，雄安新區的雄縣和容城地熱供暖面積達700萬m2，基本實現了雄縣、容城城區地熱集中供暖全覆蓋。這是典型的地熱供暖在區域能源中的應用。

（3）淺層地熱能的開發與利用案例

北京城市副中心行政辦公區一期建設面積236.5萬m2，實現以淺層地熱能為主，中深層地熱為輔，其他清潔能源補充的方式，為建筑供暖和制冷。目前，該淺層地熱能復合系統已投入運營，效果良好。這是典型的地熱供暖/制冷在區域能源中的應用。

（4）旅、養產業發展案例

山東臨沂成立湯泉旅游度假區管委會，統一規劃、建設、管理區內地熱資源的開發利用。近年來招商引資200億元，建設規模300萬m2，利用地熱開發的溫泉、旅游、療養、種養殖等產業發展壯大。特色學校、聯合辦學培養地熱開發利用專業人才，帶動就業，推動區域經濟發展。這是典型的地熱旅、養產業在區域能源中的應用（臨沂市人民政府，2018）。

這些實際案例都證明：只要地熱能應用科學合理，是可以支撐區域能源系統運轉、解決區域供能問題，甚至能夠成為系統的主力軍。

1.3 服務生態文明建設

近些年，地熱能在我國著力的大氣污染防治方面發揮重要作用。一份由清華大學學者完成的《2013—2017年間中國PM2.5空氣質量改善的驅動力》報告指出，中國范圍內所有城市空氣污染水平在2013—2017年間從61.8mg/m3降至42mg/m3，下降了32%。其中，燃煤鍋爐整治和民用燃料清潔化分別使PM2.5濃度下降了4.4mg/m3和2.2mg/m3（Zhang et al., 2019）。而地熱能在其中發揮很大作用。

如北京市，2017年地熱及熱泵利用總量約67.6萬噸標準煤，減少46萬噸碳粉塵、168.5萬噸二氧化碳、5萬噸二氧化硫、2.5萬噸氮氧化物的排放，為北京地區降低PM2.5做出顯著貢獻。從圖1可以看出，近些年，北京市空氣質量在不斷提升，空氣污染細顆粒物指數在逐年下降。而北京市地熱能開發利用量也在不斷增長，并在其中發揮重要作用。地熱清潔取暖真正服務了生態文明建設。

地熱供暖

將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是僅次于地熱發電的地熱利用方式。因為這種利用方式簡單、經濟性好，備受各國重視，特別是位于高寒地區的西方國家，其中冰島開發利用得最好。該國早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個地熱供熱系統，現今這一供熱系統已發展得非常完善，每小時可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽為“世界上最清潔無煙的城市”。此外利用地熱給工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源， 用作硅藻土生產、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產過程的熱源也是大有前途的。目前世界上最大兩家地熱應用工廠就是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙槳加工廠。我國利用地熱供暖和供熱水發展也非常迅速，在京津地區已成為地熱利用中最普遍的方式。

地熱務農

地熱在農業中的應用范圍十分廣闊。如利用溫度適宜的地熱水灌溉農田，可使農作物早熟增產；利用地熱水養魚，在28℃水溫下可加速魚的育肥，提高魚的出產率；利用地熱建造溫室，育秧、種菜和養花；利用地熱給沼氣池加溫，提高沼氣的產量 等。 將地熱能直接用于農業在我國日益廣泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地熱溫室。各地還利用地熱大力發展養殖業，如培養菌種、養殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等。

地熱行醫

地熱在醫療領域的應用有誘人的前景，目前熱礦水就被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜。由于地熱水從很深的地下提取到地面，除溫度較高外，常含有一些特殊的化學元素，從而使它具有一定的醫療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調節胃酸、平衡人體酸堿度；含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥； 氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經衰弱和關節炎、皮膚病等。 由于溫泉的醫療作用及伴隨溫泉出現的特殊的地質、地貌條 件，使溫泉常常成為旅游勝地，吸引大批療養者和旅游者。在日本就有1500多個溫泉療養院，每年吸引1億人到這些療養院休養。我國利用地熱治療疾病的歷史悠久，含有各種礦物元素的溫泉眾多，因此充分發揮地熱的醫療作用，發展溫泉療養行業是大有可為的。

未來隨著與地熱利用相關的高新技術的發展，將使人們能更精確地查明更多的地熱資源；鉆更深的鉆井將地熱從地層深處取出，因此地熱利用也必將進入一個飛速發展的階段。

地熱能在應用中要注意地表的熱應力承受能力，不能形成過大的覆蓋率，這會對地表溫度和環境產生不利的影響！

因此，需要我們充分計算！