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地源热泵技术在全球发展迅速

浏览次数: 日期:2015年12月18日 09:53

  利用地源热泵技术开发浅层地热能已成为地热资源直接利用的重要方面,我们可以从地源热泵在世界上的发展历程和发展现状,充分其强大的生命力和发展前景。从刚刚结束的世界地热大会显示出世界地热利用,尤其是地源热泵的利用达到了历史最大规模。

  2010年世界地热大会在印度尼西亚巴厘岛刚刚结束,这是国际地热协会主办的五年一次地热盛会,今年大会的主题是“地热:改变世界的能源”。2010年的大会有85个国家的2500名与会者,达到了历史最大规模。同时,世界地热利用,尤其是地源热泵的利用,也达到了历史最大规模。世界地热大会从各国提交的国家报告中,统计、总结了世界地热发展的总况,这是五年一次最精确的权威统计数字。

  一、世界地热利用概貌

  地热发电在27个国家,总装机容量达到了10751MWe,年发电利用67246GWh,平均利用系数为72%(一年中有72%的时间在工作)。近五年内增长最大的是美国530MWe、印尼400MWe、冰岛373MWe、新西兰193MWe。地热发电装机容量和发电量的世界排名前十位的是:美国、菲律宾、印尼、墨西哥、意大利、冰岛、新西兰、日本、萨尔瓦多、肯尼亚。印尼近5年的快速发展使其排名从2005年的第四位升为第三位,与墨西哥对换了位置。地热直接利用在78个国家,总设备容量达到了50583MWt,年利用热能121696GWh,平均利用系数0.27。利用热能量的世界排名前十位的是:中国、美国、瑞典、土耳其、日本、挪威、冰岛、法国、德国和荷兰。在2005年世界地热大会统计中,瑞典因大力发展地源热泵,从2000年的第十位一下跃升至第二位;这五年其热泵发展减缓,与美国对换了位置,美国升为第二名。

  二、世界地热直接利用数据的分析

  2009年世界地热直接利用的总设备容量50583MWt,比2005年世界地热大会的数据(统计截止至2004年)增长了78.9%。这五年的平均年增长率是12.33%。地热直接利用总设备容量的最大份额是地源热泵占69.7%,其次是洗浴游泳占13.2%,再次是常规地热供暖占10.7%,其余温室、水产、工业、融雪等所占比例很小。

  2009年世界地热直接利用的能量是438071TJ(121696GWh),比2005年世界地热大会的数据(2004年)增长了60.2%。近五年的平均年增长率是9.89%。地热直接利用的能量最大份额是地源热泵占49.0%,其次是洗浴游泳占24.9%,再次是常规地热供暖占14.4%,其余温室、水产、工业、融雪等所占比例很小。

  全球平均的地热直接利用的利用系数为0.27,即在每年8760小时中的运行小时数为2365小时。这个数字比2005年的0.31和2000年的0.40均有下降,这是因为地源热泵利用的迅速增长,而地源热泵的利用系数2009年世界平均值为0.19%。

  三、地源热泵的飞速增长

  世界地源热泵的增长远远超出了地热直接利用和高温地热发电的发展速度,这是由于地源热泵节能、减排的优势被认知和普及,因此吸引了投资商和客户的眼球。

  2010年世界地热大会的统计数据,地源热泵的年利用能量达到了214782TJ(1012焦耳),与2005年世界地热大会的统计数据相比,五年内增长了2.45倍,平均年增长率达到了19.7%。2010年世界地热大会的统计的地源热泵的设备容量为35236MWt(兆瓦热量),其在五年间增长了2.29倍,平均年增长率为18.0%。总之,这是社会和客户更好地认可了地源热泵的能力而产生的效果。

  世界地源热泵的应用集中在北美、欧洲和中国。向世界地热大会报告地源热泵利用的国家,2000年是26国,2005年是33国,这次2010年是43个国家。

  按美国和西欧典型家用机组的平均容量12kW计算,2010年世界累计装机294万套,是2005年的2倍,是2000年的4倍。实际使用的家用机组,有的小至5.5kW,而商业和公用建筑的机组可大至150kW甚至更高,中国生产的特大型单体机组已大于4000kW。

  美国的绝大多数机组按制冷荷载的峰值设计,可以涵盖全部供热需求(除北部的州),其平均运行2000小时供暖,利用系数0.23。欧洲的绝大部分机组按供暖基础荷载设计,并常考虑用化石燃料补充峰值荷载,这样的机组在北欧国家一年可运行6000小时,利用系数达0.68。但欧洲国家的平均利用约为2200小时。

  地源热泵的平均能效系数(COP)按3.5考虑,它消耗一份电能(例1kW)的同时,利用了2.5倍(即2.5kW)的浅层地热能,总输出3.5kWt热能,这样其额定容量(设计效率)是(COP-1)/COP=0.71,即在其输出功率中利用了71%的浅层地热能。地源热泵的制冷应用不作为地热利用考虑,因为这是将热量排入了地下岩土体或地下水,但制冷应用替代了化石燃料,减少了温室气体排放。

  世界地源热泵应用的前5个国家是美国、中国、瑞典、挪威和德国。

  四、节能减排效果

  地热是本土化的、可持续和可再生能源,它替代了其它形式的能源利用,尤其是化石燃料能源。许多国家的地热利用减少了对进口燃料的依赖,而且对所有的国家都减少了污染,即颗粒物和温室气体。

  一桶石油的热量是6.06×109J,如果这些能量用于发电,效率因子是0.35,即2.121×109J转化成了电能;如果这能源用于供热,效率因子是0.70,即4.242×109J转化成了有效利用的热能。

  2009年世界地源热泵利用热能214782×1012J,若按发电利用考虑,这相当于一年节省了1.012亿桶或1519万吨石油,这相当于全球石油1天半的消耗量,即全球石油年消耗量的0.42%;如果按锅炉供热考虑,这相当于一年节省了0.506亿桶或760万吨石油。

  美国劳伦斯实验室为美国能源部(1997)创立了减排的算法,我们可以用之来计算地源热泵利用能量的减排效果。算法数据是:石油每1012J的热等于节省碳62.6吨,每MWh的利用减排二氧化碳817kg。据此,2009年世界地源热泵利用热能214782×1012J当作发电考虑时相当于节省碳1343万吨,相当于减排二氧化碳4872万吨。另外,地源热泵的制冷利用还节省了1.013亿桶或1520万吨石油,这相当于另节省碳1345万吨,相当于减排二氧化碳4872万吨。

  这样,2009年世界地源热泵利用总计节省碳2688万吨,相当于减排二氧化碳9744万吨。当这214782×1012J热能作供热利用时,算得的数据略小。

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