地熱能利用包括發(fā)電和熱利用兩種方式,技術均比較成熟,在發(fā)達國家已得到廣泛應用,近5年來全世界地熱能熱利用年均增長約13%。其中德國地熱能的發(fā)展在政府政策的強力推動和支持下,依靠技術進步得到發(fā)展尤為突出。
淺層地熱能與熱泵技術 2007年淺層地熱能在德國供熱市場上有一定的增加,熱泵供應商賣出的熱泵系統(tǒng)從2006年的44980個增加到2007年45300個。截至2007底,德國大約已經(jīng)安裝了30萬個熱泵系統(tǒng),而且在新修的建筑中有15%的供熱系統(tǒng)采用的是熱泵。德國聯(lián)邦市場激勵計劃主要是來促進供熱部門對可再生能源利用的投入,所以對這個領域的可再生能源的發(fā)展有很大的貢獻作用。2007年,在這個計劃方案的激勵下,對總額大約達17億歐元的16.4萬個熱泵系統(tǒng)提供了資助。
淺部地熱能是指地表以下的所有物質(zhì),比如地下水、沉積物、巖石等所含有的熱量,以它們所具有的溫度來顯示。淺部地熱能是一種可重復再生的、可無間斷獲取的、可持續(xù)利用的、清潔環(huán)保的能源,也是經(jīng)濟上可
行、技術上可靠的能源。目前,德國從地下大約200米的深度內(nèi)獲得地熱能源,用來提供房屋的供暖以及供冷(降溫)所需的能源。
德國經(jīng)過多年的研發(fā)與實踐,以地下水開采井、井下?lián)Q熱器以及換熱樁等技術途徑獲得淺部地熱能源,這些技術與熱泵技術結合使用。熱泵可以從溫度較低的熱源中獲取熱量,釋放出較高溫度的、可利用的熱量。與燃燒天然氣或電力驅(qū)動的供暖系統(tǒng)比較,熱泵需要的常規(guī)電能要少75%,同時二氧化碳的排放減少20%至25%。與燃煤的供暖系統(tǒng)相比,排放減少更多。
在德國Wulfen鎮(zhèn),一個由71幢樓房、含有117個單元和1個公共室內(nèi)游泳池組成的
住宅區(qū),是由與2個開采井和3個注水井相連的地下水熱泵系統(tǒng)進行供暖的。地下水開采時的溫度是10℃,重新注入地下時的溫度是5℃。這個供暖系統(tǒng)已經(jīng)有效地運行了30年。
在德國,一個采用井下?lián)Q熱器的供暖系統(tǒng)的投資成本要比常規(guī)的燃油的、燒天然氣的或用電力驅(qū)動的供暖系統(tǒng)的投資成本高20%至30%。但是它的運行費用要低很多。根據(jù)2004年的核算,地熱供暖系統(tǒng)必須在經(jīng)過4到6年的運行后,其投資成本加上運行費用會比其他常規(guī)的供暖系統(tǒng)便宜。但考慮到能源價格的顯著增加,在不遠的將來,基于淺部地熱的供暖系統(tǒng)只要運行1至2年后就會比常規(guī)的供暖系統(tǒng)便宜。如果將供冷包括在內(nèi),那從運行初始就將更加經(jīng)濟!
德國圖賓根的Kreissparkasse Tuebingen銀行,其主樓是用深度18~22米的150個能源樁進行供暖和供冷的。地下地層由卵石和沙石組成,地下水水流經(jīng)過,溫度為11.5℃,地下水流速400米/年。這種水文地質(zhì)條件保證了地下溫度保持在常年恒定。
法蘭克福的美茵塔建筑有112個基礎樁(直徑1.5米,長度30米),還有101個保護樁用于建筑開挖(直徑0.9米,長度34米),熱能負荷500千瓦。
深層地熱能與開采技術 地球深處地熱能是極其豐富的。鉆探技術與以回灌為主的熱儲技術的進步是開發(fā)利用這種地熱能的技術關鍵。德國在這方面的研發(fā)活動也一直在進行中。目前,這種技術進步使深部地熱能在經(jīng)濟上具有了可行性。
波茨坦地球研究中心與德國隧道鉆探專業(yè)生產(chǎn)廠商海瑞克奈希特公司,一起開發(fā)了一臺充滿創(chuàng)新思想的深孔鉆機。今年2月份,他們組織了現(xiàn)場展示。來自全歐洲的100多位地質(zhì)工作者、技術人員和能源專家,來到慕尼黑附近的這個叫做多恩哈爾(Durrnhaar)的地方,共同體驗和了解了一下“地熱技術”的未來。鉆機有52米高,擁有約2700馬力,可鉆探深度達5000米。
這一鉆探計劃深度4400米,出水量150升、秒,溫度140℃左右。計劃建設一座5兆瓦的地熱發(fā)電廠。當然,該電站可以24小時全天候運轉(zhuǎn),無論有無風力和陽光。
然而,這只是進行中的許多項目中的一個。
德國萊茵地塹上部的Landau地熱電廠已經(jīng)在2007年11月投入商業(yè)運行,其裝機容量為2.5MW,可以為6000戶居民供電。而發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢棄的熱能則也足以滿足1000戶居民的采暖需求。
位于德國磨拉石盆地的Unterhaching地熱發(fā)電廠自2007年供暖季節(jié)開始就開始供應當?shù)氐臒峋W(wǎng),并與2008年初并入了電網(wǎng)。目前它的熱輸出達到了27 MWt。在地區(qū)熱消耗水平較低的夏季,它也為電網(wǎng)輸入了約3.3 MW的電能。該區(qū)有水溫達120 ℃,出水流量約100~150 l/s的兩個生產(chǎn)井用來發(fā)電。同時可以滿足該地區(qū)的供熱需求。
為了開發(fā)利用地熱能,在德國北部盆地的GroSchnebeck,人工制造了熱水巖儲。2007年1月第二個鉆孔最終深度達到了4400m,并完成了水壓致裂測試以及兩個鉆孔之間連通性的測試。實現(xiàn)出水量約25 l/s,溫度達到了140 ℃。目前正準備再修建一個發(fā)電廠。
目前主要集中在Munich和Rhine上部的裂谷還有很多正在計劃的地熱項目。根據(jù)德國地熱信息系統(tǒng)統(tǒng)計顯示,2007年裝機容量在供熱上達54.9MWt,在浴療上達44.9MWt,其年產(chǎn)量分別為193.2GHh和372GHh。