新世纪以来,国际可再生能源技术突飞猛进,产业规模快速扩大。到2019年,全球太阳能发电累计装机容量639 GW,风电653 GW,而地热直接利用只有108 GW,约是前两者的六分之一,在可再生能源家族中位置比较靠后,很少引起政府和社会关注。
1 高温地热带国家引领世界地热发电发展
地热能发电是地热能利用的重要方式和地热科研的主要研究领域。2020年,全球地热发电装机容量16.0 GW。美国、印度尼西亚、菲律宾、土耳其、新西兰位列全球装机容量前五名。地热发电在全球分布不均,主要集中在地壳板块构造带上。例如,美国Gersirs地热田,资源埋藏深度1500-2500m,温度150-250°C左右,发电装机容量约700MW,约占美国地热发电量总装机容量的五分之一;冰岛Hellisheidi地热田,资源埋藏深度2000-3000m,温度200-300°C,发电装机容量330MW,占冰岛地热发电量总装机容量的一半;印度尼西亚有四个全球最大的地热电站,其中最大的是Gunung Salak电站,装机375MW。在过去五年中,土耳其(1074MW)、印度尼西亚(998MW)、肯尼亚(599MW)带动了全球地热发电装机容量增长。
2 地热直接利用发展成为主要利用方式
地热能开发利用量逐年增加,尤其是进入新世纪的20年中,地热能直接利用装机容量增长了7.1倍,热能利用量增长了5.4倍。到2020年,全球直接利用装机容量为108 GW,是地热发电装机容量的6.8倍,热能利用量为2835亿kWh/年,装机容量利用系数为0.30。在全球经济增长和能源消费疲软的大环境下,地热直接利用的发展成绩十分难能可贵。
地热热泵方面,地热(地源)热泵是全球地热利用的最主要方式,全球装机容量达到77.5GW,年利用热量为60.0万 TJ/年。主要分布在北美、欧洲和中国等地区。全球地热热泵装机容量排名前五的国家依次为中国、美国、瑞典、德国和芬兰。
地热供暖方面,水热型地热供暖装机容量为12. 8 GW,年能源使用量为16.3万TJ/年。集中供暖在装机容量和年利用量方面排名前五名的国家是中国、冰岛、土耳其、法国和德国。
地热农业种植方面,温室种植的主要作物是蔬菜和花卉。2020年,全球地热农业温室种植装机容量2.5GW,年利用量为3.6万TJ/年。年利用热量土耳其、中国、荷兰、俄罗斯和匈牙利依次位列前五。
地热水产养殖方面,装机容量为950MW,年利用量1.4万TJ/年,年利用量方中国、美国、冰岛、意大利和以色列依次位列前五。罗非鱼、鲑鱼、鲈鱼和鳟鱼似乎是最常见的养殖物种,但也养殖了热带鱼、龙虾、淡水虾和海虾以及鳄鱼。
地热工业利用方面,地热能与风电、光伏发电等新能源相比,没有昼夜和季节性周期变化,没有明显波动,输出负荷十分稳定,除去检修维护,基本上可以全年运行,全球地热工业利用系数为0.61,是所有地热直接利用方式中最高的。全球地热工业利用方式非常灵活,应用的领域有很多,例如:混凝土养护(危地马拉和斯洛文尼亚)、瓶装水和碳酸饮料(保加利亚、塞尔维亚和美国)、牛奶巴氏杀菌(罗马尼亚和新西兰)、皮革工业(塞尔维亚和斯洛文尼亚)、化学萃取(保加利亚、波兰和俄罗斯),二氧化碳萃取(冰岛和土耳其)、纸浆和纸张加工(新西兰)、碘和盐提取(越南)、硼酸盐和硼酸生产(意大利)。地热能的输出负荷稳定的特点在工业利用方面得到了充分的体现。2020年,全球地热工业利用装机容量为852MW,年利用量为1.6万 TJ/年。
地热温泉康养方面,由于地热温泉用途很广,可以用于发展温泉旅游、休闲、娱乐、游泳、洗浴、康养等方面,具有很高的附加值,在全球范围内,虽然没有政府的主动推动,却一直在自发的迅速发展。到2020年,总装机容量为12,253MW,年利用量为18.4万TJ/年。
其他方面,估计全球加热融雪的路面达250万平方米,其中大部分在冰岛。此外,地热还在干燥各种谷物、蔬菜和水果作物,在畜牧业、螺旋藻种植、海水淡化和瓶子灭菌方面有少量的应用。