地热能概况介绍

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地热资源与潜力

  • 地热能来源于地球的天然热能。1它以高焓(火山、间歇泉)和低焓(储存在地壳岩石中的热量)两种形式存在。几乎所有的加热和冷却应用都利用低焓热。2
  • 地热能有两个主要用途:加热/冷却和发电。1
  • 用于加热和冷却的地源热泵比传统的加热和冷却系统节能75%。4
  • 美国只开发了不到0.7%的地热电力资源;大多数都可以通过增强型地热系统技术实现。5、6
  • 2016年，美国有3812兆瓦的地热发电厂在运行，是所有国家中最多的，并且每年的发展速度为2%。6
  • 地热发电厂的发电量预计将从2021年的160亿千瓦时增加到2050年的477亿千瓦时。7、82016年，加州、内华达州、犹他州和夏威夷州是地热能装机容量最大的州。6
  • 到2021年，美国、印度尼西亚、菲律宾、土耳其、新西兰和墨西哥的地热发电装机容量占全球的75%。9

美国地热资源3.水深10公里
美国地热资源


地热技术及影响

直接使用和加热/冷却

  • 地热(或地源)热泵(GSHPs)是直接利用地热能的主要方法。地源热泵利用浅层地面作为能量储存库，因为它能保持几乎恒定的温度在50-60之间oF(10到16oC)。11
  • 地源热泵在冷却季节将热量从建筑物转移到地面，在供暖季节从地面转移到建筑物。11
  • 直接使用的应用包括空间和区域供暖、温室、水产养殖以及商业和工业过程。12

地源热泵在住宅供暖中的应用10
地源热泵在住宅供暖中的应用


发电

  • 地热能目前占美国净发电量的0.4%。7
  • 2019年，美国的地热能发电量超过1.83万吉瓦时，是世界上最多的。9
  • 热液能源，通常由地下水库提供，是用于发电的热能的主要来源。水通常以蒸汽的形式被抽到地球表面，推动涡轮机发电。13
  • 干蒸汽发电厂使用地热库中的蒸汽，并直接通过涡轮机，从而驱动发电机发电。13
  • 闪蒸发电厂在高压下将热水泵入一个压力低得多的表面水箱。这种压力变化导致水迅速“闪现”成蒸汽，然后用来旋转涡轮机/发电机来发电。闪蒸发电厂是最常见的地热发电厂类型。13
  • 双循环发电厂的特点是地热水和工作流体被限制在单独的循环系统中，或称为“闭环”。热交换器将热量从水传递到工作流体，使其“闪”成蒸汽，然后驱动涡轮机/发电机发电。13
  • 增强型地热系统(EGS)是一项正在开发的技术，可以将地热资源的使用扩展到新的地理区域。EGS能够形成地下裂缝系统，增加岩石的渗透性，并注入传热流体(通常是水)。注入的流体被岩石加热后返回地面发电。14
  • 根据美国能源部的数据，美国大陆可能有超过100吉瓦的地热发电能力，这将占美国目前电力容量的近10%，是目前地热装机容量的40倍。14

闪蒸地热发电厂15
闪蒸地热发电厂

安装、制造和成本

  • 地热发电开发的主要阶段是资源勘探、钻井、储层/发电厂开发和发电。16
  • 美国传统地热发电厂的资本成本约为每千瓦装机容量2500美元。17
  • 虽然开发地热发电需要大量的资金投入，但地热的运行成本低，容量系数为>90%(实际发电量与生产潜力之比)。6、16
  • 2016年，地热能发电成本在7.8-22.5美分/千瓦时之间。6
  • 在2021年1月1日之前开始建设的地热发电厂有资格享受每千瓦时2.5美分的可再生电力生产税收抵免(PTC)。18

能源表现与环境影响

  • 美国燃煤电厂平均排放的二氧化碳约为美国的35倍2)每千瓦时产生的电力比地热发电厂多。19
  • 双循环发电厂和闪电发电厂每千瓦时分别消耗约0.24-4.21加仑和1.59-2.84加仑的水(2015年热电厂每千瓦时消耗15加仑的水)。20、21
  • 每年，美国地热发电抵消了410万吨二氧化碳的排放28万吨氮氧化物，以及燃煤电厂排放的11万吨颗粒物。19
  • 美国能源部正在积极资助将碳捕获和储存与地热能生产相结合的研究，尽管beplayer官网入口长期和大量的地质碳封存的风险尚不确定。22、23
  • 一些地热设施产生的固体废物必须在批准的地点处理，尽管一些副产品可以回收和循环利用。24

发电产生的温室气体排放31按生命周期阶段划分
发电产生的温室气体排放

解决方案和可持续行动

资金的机会

  • 2019年，美国有16个国家实验室和研究机构对地热能技术进行研究。beplayer官网入口25
  • 地热发电的容量系数超过90%，可以抵消煤炭、天然气或核电作为电力市场的基本负荷供应。17
  • 可再生能源组合标准(RPS)要求电力供应商从可再生资源中获得最低比例的能源。26
  • 可再生能源证书(RECs)由可再生能源生产商在其生产的电力之外出售;每千瓦时只需几美分，消费者就可以购买可再生能源，以“抵消”他们的使用，并帮助可再生能源变得更具竞争力。27
  • 从2020年到2022年，房主的联邦税收抵免覆盖合格地源热泵系统成本的26%，到2023年降至22%。28
  • 美国约有850家公用事业公司为消费者提供购买可再生能源或“绿色能源”的选择。29
  • 许多公司购买可再生能源作为他们环保计划的一部分。截至2022年4月，微软、谷歌、T-Mobile、英特尔和宝洁公司是可再生能源的前五大用户。30.

蒸汽船山地热发电厂32汽船泉，内华达州
蒸汽船山地热发电厂

引用作为

可持续系统中心，密歇根大学，2021。“地热能简介。”酒吧。不。CSS10-10。

  1. 美国能源部(DOE)，国家可再生能源实验室(NREL)(2021)“地热能基础知识”。
  2. 班克斯，D.(2008)《热地质学导论:地源加热和冷却》。
  3. 麻省理工学院(2006)地热能源的未来:增强型地热系统(EGS)对21世纪美国的影响。
  4. 地热交换组织。(2019)地热效益。
  5. 美国地质调查局(2008)美国中高温地热资源评估。
  6. 美国能源部，能源效率和可再生能源(EERE) (2019)， GeoVision:利用我们脚下的热量。
  7. 美国能源情报署(EIA)(2022年)《每月能源评论》，2022年4月。
  8. 美国EIA(2022)年度能源展望2022。
  9. 国际可再生能源机构(2022)仪表盘-容量和发电。
  10. 改编自地热交换组织公司(2010)家庭供暖与GeoExchange。
  11. 美国能源部，NREL(2019)“地热热泵基础知识。”
  12. 美国环保署(2019)地热加热和冷却技术。
  13. 美国能源部，EERE，地热技术办公室(GTO)(2021年)“发电”。
  14. 美国能源部，EERE, GTO(2016)“增强型地热系统如何工作。”
  15. 美国能源部，爱达荷国家实验室(2010)“什么是地热能?”
  16. 美国能源部，NREL(2009) 2008年地热技术市场报告。
  17. 美国能源部，EERE, GTO(2021)“地热常见问题”。
  18. DSIRE(2021)“可再生电力生产税收抵免(PTC)。”
  19. 美国能源部，EERE(2018)地热发电厂-满足清洁空气标准。
  20. 美国能源部，EERE(2015)地热资源的节水能源生产。
  21. Dieter, C.等人(2018)“2015年美国用水量估计。”美国地质调查局通告1441。
  22. 美国能源部(2016)“能源部投资1150万美元推进地质碳储存和地热勘探。”
  23. Hitzman, M.等(2012)能源技术中的诱发地震活动势。国家科学院出版社。
  24. 美国能源部，EERE(2020)地热发电厂-减少固体废物和回收矿物。
  25. 美国能源部，EERE，“地热研究与开发计划”。beplayer官网入口
  26. 美国环保署(2021)“国家可再生能源资源。”
  27. 美国能源部，NREL(2015)“可再生电力:你如何知道你在使用它?”
  28. DSIRE(2021)“住宅可再生能源的联邦税收抵免。”
  29. 美国环保署(2018)“公用事业绿色电力产品。”
  30. 美国环保署(2022年)“绿色能源合作伙伴:全国前100名。”
  31. 美国能源部，阿贡国家实验室(2010)地热系统与其他电力系统比较的生命周期分析结果。
  32. 国家可再生能源实验室，NREL - 48126。

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