地热能供暖的多方面效益分析

马翘楚

摘要：目前我国化石燃料利用依旧面临的严峻的局面，消耗量急剧增加，伴随而来的是环境的恶化与资源的枯竭，地热能作为一种无污染可再生的清洁能源，其推广使用对推动绿色发展，改善环境质量具有重要意义。

本文对几种供暖方式进行节能效益分析、减排效益分析、经济效益分析得出地热供暖的一次能源利用效率为134%。提供1 GJ热量大气污染排放量最少，且能源消耗成本仅为7.82元。地热供暖的一次能源利用效率最高，提供相同热量时大气污染物排放量最小，且能源消耗的成本最小。

关键词：地热能供暖;节能减排;经济效益;排放量;

1节能能力分析

通过查阅有关文献我们团队总结出了目前最常见的几种供热方式：燃煤锅炉、燃气锅炉、电热采暖、分体式空调、空气源热泵。我们调研小组搜集了这几种供热方式的能源利用率和COP等数据，计算出了其一次能源利用效率，并和地热源热泵的一次能源利用效率进行比较，从而分析地热源热泵的节能效益。

对于直接将一次能源转化成热能的供热方式，其一次能源利用率为它的能源利用率。对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=热电厂发电效率×被有效利用的电能占比×COP。COP为制热能效比，且COP=Q/W，Q是产生的总热量，W是被有效利用的电能。

对于燃煤型锅炉，通过参考文献可知，其供热效率通常为55%以内。

对于燃煤锅炉，由于国家规定燃气锅炉的热效率须达到二级能效即88%以上方可上市销售，所以我们将燃气锅炉的热效率记为88%。

对于电热采暖，它直接电热转换，所以有效利用的电能占比为100%，且其COP近似为1，但我国火力发电的平均发电效率为33%，所以电热采暖的一次能源利用效率为：33%×1=33%。

对于分体式空调，其有效利用的电能占比为90%，且其COP为2左右，又已知热电厂的发电效率为33%，所以分体式空调器的一次能源利用率约为：33%×0.9×2=59.4%。

对于空气源热泵，其有效利用的电能占比为90%，COP=3，所以空气源热泵的一次能源利用率约为：33%×0.9×3=89.1%。

对于地热源热泵，其有效利用的电能占比为90%，COP=4.5，所以地热源热泵的一次能源利用率约为：33%×0.9×4.5=134%。

标准煤的低位热值为29.3076MJ/kg，结合以上数据可以计算出每提供1GJ热量，不同供暖方式各消耗多少标准煤的能量。不同供暖方式的一次能源利用效率和每产生1GJ热量需要消耗的标准煤如图1所示。

地热能供暖对一次能源利用效率最高，每产生1GJ的热量约消耗2.54kg标准煤，远小于其它供暖方式的消耗量，由此可见，发展地热能供暖对我国供暖领域的节能具有重要意义。

2减排能力分析

火力发电使用的煤炭为褐煤等动力煤，而对动力煤的质量要求在煤炭中是最低的，所以我们用原煤的热值代表火力发电使用的煤炭的热值。已知1kg原煤=0.7143kg标准煤，1立方米天然气=1.33kg标准煤，我们可以计算出每产生1GJ热量各供暖方式需要消耗多少原煤和天然气。

再结合发电或供热的CO2和大气污染物排放因子;我们可以计算出各供热方式CO2和大气污染物的排放量。

由此可见，提供相同的热量，地热源热泵的二氧化碳排放量最小，所以大力发展地热能供暖将有助于我国实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。不过，由于我国目前还以燃煤发电为主，所以地热能供暖用电带来的大气污染不容忽视，地热能供暖用电排放的大气污染物虽然整体高于消耗清洁能源天然气的燃气锅炉，但小于其它供暖方式，特别是主流的燃煤供暖，所以发展地热能供暖有助于降低大气污染物的排放。

3节能减排的经济效益

煤炭价格约为220元/吨，即0.22元/kg;天然气价格约为3.23元/m3。所以可以计算出各供暖方式提供1GJ能量的能源消耗成本，见图2。

由此可见，燃气锅炉在运行过程中天然气消费带来的成本源高于其它供热方式煤炭消费带来的成本。其中，地熱能供暖能源消费带来的成本最低，所以地热能供暖在运行过程中具有相对较好的经济效益。

参考文献：

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