地球的“热”情

吴璋翔 李先庭

地球内部隐藏的宝藏

地热能的两个来源

地热能主要有两个来源，一是地球最初形成时留下的热量，二是地球内部放射性元素衰变产生的热量。

这种内部能量通过地壳岩石的热传导，以大约44太瓦（1太瓦=1012瓦特）的速率缓慢向外传递。深度每增加100米，全球平均温度就会增加约3摄氏度。不同地区因地质环境不同，地热能梯度（温度变化）也不同。

地热能应用的限制

人类很早就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴，利用地下热水取暖、建造农作物温室等。

有些科学家认为，地热能是能够取代化石燃料发电的、最有前途的低碳能源。那么，我们能不能像科幻电影中那样，直接深入地心获取地热能呢？答案是否定的，因为现实中的情况比较复杂——地壳的平均厚度约为30千米，要深入地心获取能源，技术难度非常大。

地热能发电也能制冷

人类可以利用地热能产生电能，即通过地热制取高温热流体后，将其送至电厂产生电能。第一座地热发电站建于20世纪初，位于意大利的拉德瑞罗（Larderello）火山区。目前，世界已有数百个地热发电厂。在一些地热活跃的地区，例如冰岛，地熱能甚至可以为整个城市提供电力和暖气。

我国的地热资源分布广，高、中、低温地热资源全都有。例如，20世纪70年代，我国在西藏自治区建成了羊八井地热电站。

此外，地热还能够制冷。听起来热与冷是两个完全对立的概念，二者之间是如何实现转化的呢？

蒸气压缩式制冷系统是和空调、冰箱一样的、利用电能产生冷的设备

什么是制冷

制冷是使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境的温度，并使之维持这个温度。人类依靠制冷从自然环境开创了人工环境。当然，随着人工环境需求的增多，也要付出能源和环保的代价。因此，应充分利用自然环境，以减少能源需求，并创造更优质的人工环境。

实现制冷的两种途径

实现制冷有两种途径：一是利用天然冷源，二是利用人造冷源。公元前1000年，人类就有计划地存贮和应用天然冰，用于食品贮存和环境降温；1890年前后，空气调节获得初步发展，出现了工业空调和舒适性空调，创造出人类所需的温湿环境。

通常，我们接触到的制冷技术属于普通制冷范围，主要采用液体汽化制冷法（或者叫蒸发冷却），其原理在日常生活中也很常见，例如游泳上岸后会觉得冷、酒精涂抹在皮肤表面会感到凉等，都是蒸发冷却的缘故。

欲制冷 先发电

地热能制冷的第一种途径是利用地热产生电能，再进行制冷：将地热能发出的电能输给蒸气压缩式制冷系统。大家可以把蒸气压缩式制冷系统看成和空调、冰箱一样的、利用电能产生冷的设备。通过这个系统可以制取低温冷冻水（例如7～12摄氏度），再将冷冻水送入用户。

高温热水 也能制冷

地热能制冷的另一种途径是通过地热能制取高温热水，直接通入一种叫作吸收式制冷系统中。该系统以热能为主要驱动力制取冷冻水。

吸收式制冷系统最大的特点是，几乎不消耗电能，可以通过例如地热水、工业余热、太阳能等热源制取的热水来驱动系统运行。该系统的能效与地热温度有关，一般1份热量约能制取0.3～0.5份冷量。

利用浅层地热能 直接制冷

前两种形式主要是通过采集深层高温地热能，产生电能或高温热水进行制冷，而浅层地热能也是我们可以利用的一种冷量。

通过地下热能交换器，地热制冷系统可以将热量从建筑物内部或其他热源中吸走，然后将热量传递到地下，利用地下相对较低的温度来实现制冷。研究表明，华北地区2米以下土壤温度在15～18摄氏度，这为我们提供了一种很好的冷量来源。

利用浅层地热直接制冷系统原理

我们可以在地下铺设地埋管换热器，将温度较高的水通入地下降温，从而获取低温水为用户提供冷量。此外，夏季运行空调系统时，室外机会产生大量热（实际上，是将室内提取的热量排至空气中），我们可将这部分热量排入地下，从而提高空调系统的运行效率。

在未来，或许科学家能开发出一种新型的钻探设备，可以抵达地球的深处，让巨大的地热能为地球提供无尽的能源！

（责任编辑 / 高琳  美术编辑 / 周游）