地熱能供暖的多方面效益分析

馬翹楚

摘要：目前我國化石燃料利用依舊面臨的嚴峻的局面，消耗量急劇增加，伴隨而來的是環(huán)境的惡化與資源的枯竭，地熱能作為一種無污染可再生的清潔能源，其推廣使用對推動綠色發(fā)展，改善環(huán)境質量具有重要意義。

本文對幾種供暖方式進行節(jié)能效益分析、減排效益分析、經(jīng)濟效益分析得出地熱供暖的一次能源利用效率為134%。提供1 GJ熱量大氣污染排放量最少，且能源消耗成本僅為7.82元。地熱供暖的一次能源利用效率最高，提供相同熱量時大氣污染物排放量最小，且能源消耗的成本最小。

關鍵詞：地熱能供暖;節(jié)能減排;經(jīng)濟效益;排放量;

1節(jié)能能力分析

通過查閱有關文獻我們團隊總結出了目前最常見的幾種供熱方式：燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電熱采暖、分體式空調、空氣源熱泵。我們調研小組搜集了這幾種供熱方式的能源利用率和COP等數(shù)據(jù)，計算出了其一次能源利用效率，并和地熱源熱泵的一次能源利用效率進行比較，從而分析地熱源熱泵的節(jié)能效益。

對于直接將一次能源轉化成熱能的供熱方式，其一次能源利用率為它的能源利用率。對于不是直接利用一次能源供暖的供暖方式，其一次能源利用率=熱電廠發(fā)電效率×被有效利用的電能占比×COP。COP為制熱能效比，且COP=Q/W，Q是產(chǎn)生的總熱量，W是被有效利用的電能。

對于燃煤型鍋爐，通過參考文獻可知，其供熱效率通常為55%以內。

對于燃煤鍋爐，由于國家規(guī)定燃氣鍋爐的熱效率須達到二級能效即88%以上方可上市銷售，所以我們將燃氣鍋爐的熱效率記為88%。

對于電熱采暖，它直接電熱轉換，所以有效利用的電能占比為100%，且其COP近似為1，但我國火力發(fā)電的平均發(fā)電效率為33%，所以電熱采暖的一次能源利用效率為：33%×1=33%。

對于分體式空調，其有效利用的電能占比為90%，且其COP為2左右，又已知熱電廠的發(fā)電效率為33%，所以分體式空調器的一次能源利用率約為：33%×0.9×2=59.4%。

對于空氣源熱泵，其有效利用的電能占比為90%，COP=3，所以空氣源熱泵的一次能源利用率約為：33%×0.9×3=89.1%。

對于地熱源熱泵，其有效利用的電能占比為90%，COP=4.5，所以地熱源熱泵的一次能源利用率約為：33%×0.9×4.5=134%。

標準煤的低位熱值為29.3076MJ/kg，結合以上數(shù)據(jù)可以計算出每提供1GJ熱量，不同供暖方式各消耗多少標準煤的能量。不同供暖方式的一次能源利用效率和每產(chǎn)生1GJ熱量需要消耗的標準煤如圖1所示。

地熱能供暖對一次能源利用效率最高，每產(chǎn)生1GJ的熱量約消耗2.54kg標準煤，遠小于其它供暖方式的消耗量，由此可見，發(fā)展地熱能供暖對我國供暖領域的節(jié)能具有重要意義。

2減排能力分析

火力發(fā)電使用的煤炭為褐煤等動力煤，而對動力煤的質量要求在煤炭中是最低的，所以我們用原煤的熱值代表火力發(fā)電使用的煤炭的熱值。已知1kg原煤=0.7143kg標準煤，1立方米天然氣=1.33kg標準煤，我們可以計算出每產(chǎn)生1GJ熱量各供暖方式需要消耗多少原煤和天然氣。

再結合發(fā)電或供熱的CO2和大氣污染物排放因子;我們可以計算出各供熱方式CO2和大氣污染物的排放量。

由此可見，提供相同的熱量，地熱源熱泵的二氧化碳排放量最小，所以大力發(fā)展地熱能供暖將有助于我國實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和的目標。不過，由于我國目前還以燃煤發(fā)電為主，所以地熱能供暖用電帶來的大氣污染不容忽視，地熱能供暖用電排放的大氣污染物雖然整體高于消耗清潔能源天然氣的燃氣鍋爐，但小于其它供暖方式，特別是主流的燃煤供暖，所以發(fā)展地熱能供暖有助于降低大氣污染物的排放。

3節(jié)能減排的經(jīng)濟效益

煤炭價格約為220元/噸，即0.22元/kg;天然氣價格約為3.23元/m3。所以可以計算出各供暖方式提供1GJ能量的能源消耗成本，見圖2。

由此可見，燃氣鍋爐在運行過程中天然氣消費帶來的成本源高于其它供熱方式煤炭消費帶來的成本。其中，地熱能供暖能源消費帶來的成本最低，所以地熱能供暖在運行過程中具有相對較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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