可持续摆烂研究所

能源细节设计（1）——一级能源

摆【2025】第 0006 号

一、太阳能

1、能量密度

洱源县年均太阳辐射量为120-140千卡/平方厘米（1400-1600kWh/m²） 坝区（如右所镇、茈碧湖镇）地势开阔、遮挡少，总辐射量偏5000～5500兆焦/平方米；山区（如炼铁乡、乔后镇）地形抬升致云雾增多，总辐射量偏4500～5000兆焦/平方米。

数据来源： 《洱源县光伏可行性研究报告》 洱源县气象局《年度气象年报》《太阳辐射观测专题报告》 云南省能源局《云南省可再生能源发展“十四五”规划》“区域太阳能资源评估”章节

2、空间分布

坝区（海拔1900～2100米）： 以右所镇、三营镇为核心，年日照时数2200～2400小时，太阳总辐射量5000～5500兆焦/平方米，是集中式光伏电站最优区；

山区（海拔2100米以上）： 如牛街乡、凤羽镇，因多云雾，年日照时数1800～2200小时，总辐射量4500～5000兆焦/平方米，更适合分布式光伏（屋顶光伏）与光热利用（太阳能热水器）。

数据来源： 洱源县自然资源局《太阳能资源普查与开发利用专项规划》 洱源县发展和改革局《“十四五”新能源产业布局方案》“乡镇级资源分区”划定。

3、时间分布

受亚热带高原季风气候驱动，洱源县太阳能时间分布呈“旱季强、雨季弱”“冬春足、夏秋抑”特征。

4、季节差异

旱季（11月—次年4月）：受大陆性季风控制，晴朗少云，月均日照时数200～250小时，太阳辐射总量占全年约60%； 

雨季（5月—10月）：受西南季风影响，多阴雨、低云，月均日照时数150～200小时，辐射总量占比约40%。

5、月度差异

典型月份中，5月（旱季后期）日照超220小时，太阳总辐射量月均超500兆焦/平方米；7—8月（雨季峰值）日照仅160～180小时，辐射量月均降至400兆焦/平方米以下。

数据来源： 洱源县气象局《月气候影响评价报告》《年度太阳辐射监测年报》 洱源县人民政府《年度气候公报》“光照资源分析”章节

6、利用方式和数据

（1）光伏发电

在光伏发电上，采用TOPCon太阳电池（这是一种TOPCon电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触太阳电池技术），转化效率为26%

RICHTER A， MÜLLER R， BENICK J，et al ．Design rules for high-efficiency both-sides-contacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses [J]．Nature Energy，2021，6(4)：1-10． doi:10.1038/s41560-021-00805-w

（2）光热发电

在光热发电上，采用高成本的碟式发热，效率为25%-30%，取26%便于计算用于太阳能发电的总面积为10256m²。这部分面积会与建筑面积重叠，不占用额外空地。

Graham-Cumming J . The Geek Atlas:128 Places where science & technology come alive[M]. USA: O’Reilly Media, Inc, 2009. 

（3）光伏与光热联合发电

光伏在白天有日光时提供发电，光热在白天发电的同时，通过储热系统实现夜间发电。

二、地热能

1、能量密度

（1）温度范围

地表温泉温度普遍在40℃ - 90℃之间，地下2000米以浅的地热流体温度可达150℃以上，部分区域超过200℃，具备发电潜力。

（2）年平均可用的热能功率

如果仅考虑天然补给和可持续开采部分，其可持续开采的热能功率潜力估计可达 80-100 MW（兆瓦）。

（3）前沿科技视角（未来愿景）

如果应用增强型地热系统技术，开发深度3000-5000米、温度＞150℃的干热岩资源，其理论资源量将是现有浅层资源的数倍至数十倍。一个中等规模的EGS项目（占地1-2平方公里）即可持续提供 5-10 MWe（兆瓦电） 的发电能力，对应的热功率在 25-50 MW。

大理州洱源县地表至埋深3500m范围内的干热岩资源量约合5．69×10⁸吨标准煤，埋深3500m至7000m范围内的干热岩资源量约为9．16×10¹⁰吨标准煤，总资源量约为9．22×10¹⁰吨标准煤，具有良好的地热资源开发前景。 

毛倩菲. 云南洱源县地热资源三维地质建模及干热岩资源量计算[D]. 北京:中国地质大学(北京),2024.

2、空间分布

（1）核心热田面积

主要的九气台-温水热田，其有利的热储分布面积约为30平方公里，县城核心区，硫磺泉为主，康养疗愈价值高，衍生出独特的”春浴”民俗。牛街乡的资源总量最具优势，适合大规模、多元化的开发。

（2）地热出露点

全县已发现的天然温泉出露点超过 100处，平均每10平方公里就有一处地热显示，分布密度极高。

（3）主要热田/集中区

牛街热田： 县境北部。出露高温温泉，地热井口温度高

右所-三营热田： 县境中部，地热活动强烈，温泉众多，是当前旅游开发和农业温室利用的主要区域。

九气台片区：靠近县城，以“硫磺温泉”著称

（4）热流密度

在核心区，地表热流值可高达 100-120 mW/m²，远高于中国大陆地区平均值（约60 mW/m²），显示出极佳的能量聚集性。

在研究区域内，大地热流值的丰沛表明这里蕴藏着巨大的地热资源潜力，普遍超过了90mW/m²的标准 

毛倩菲. 云南洱源县地热资源三维地质建模及干热岩资源量计算[D]. 北京:中国地质大学(北京),2024.

茈碧湖地热田地温场呈条带状分布,受金沙江—洱海断裂带控制,构成二元热储结构:上部为第四系冲湖积层孔隙型层状热储(面积3.696km²)、下部为盆地基岩裂隙型带状热储(面积2.4km²)。经评价,热田地热水资源总量为2.971×10¹⁴ kJ,有效资源总量为7.322×10¹² kJ,发电量为2321 kW。热田地热水允许开采量为10048.6 m³/d。为地热水资源开发利用与保护提供重要依据。

大理洱源茈碧湖地热田热水资源评价[J]. 云南地质,2012(1):89-92.

洱源地区地热水资源丰富，分布范围广。洱源盆地主要位于剑川．下关．金平高温地热带内，水热活动主要分布在牛街．三营、洱源．炼城、下山口一右所等三个区域内。区内温泉呈带状分布，多且分布广，拥有热泉、热水泥塘、人丁钻井等形式的丰富地热显示。共有55个温泉点，包括18处自然流露温泉，37处人工温泉井。牛街一三营片区共有24处温泉，包括10处自然温泉和14处人工温泉。水温一般在60～75℃，最高可达到80℃；洱源县城．炼铁片区共有10处温泉，包括2处自然泉和8处人工温泉。水温一般在63～70℃，最高可达到88℃；下山口右所片区共有21处温泉，包括2处自然泉和19处人工温泉。下山口及坡头村一带水温一般在36～60℃。

张晓晗. 基于GIS的地热有利区预测–以大理洱源地区为例[D]. 北京:中国地质大学(北京),2024.

4、时间分布（稳定性）

（1）长期稳定性

不受昼夜、季节和天气变化的影响。

（2）短期波动

在自然状态下，单个温泉的流量和温度可能会有极微小的季节性波动，但这对于工程化开发利用（如打井取热）的影响可以忽略不计。通过供需关系动态调节和科学回灌，可以确保地热田压力的长期稳定，实现可持续开采。 

（3）设备维护

腐蚀和结垢是地热能利用过程中常见的问题。因地热水中含多种离子，矿化程度高，尤其是氯离子，通过电化学反应腐蚀管道、深井泵、换热器等装置与设备，需投入大量资金对其进行维修以保证正常发电。现多采用涂防腐层、选择防腐材质、充氮注硫等方法减轻腐蚀现象。结垢是地热水利用过程中的另一大难题，该难题也与地热水的成分有关。在地热岩附近高温高压的环境下，地热水可溶解多种可溶性矿物质，但在提至地面的过程中，随着周围温度、压力的变化，可溶性矿物质逐渐析出并附着于管道等设备表面，形成垢层，降低地热水的流动性与传热器的传热效率。目前，常见的防垢技术包括添加化学阻垢剂、电磁场等物理除垢、涂层防垢等。 

李克勋, 宗明珠, 魏高升. 地热能及与其他新能源联合发电综述[J]. 发电技术, 2020, 41(1): 79-87 doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19013

通过新材料的应用和AI+机器人协作维护，能够实现长期稳定运转。 如果遇到自然灾害，采用氢能、电能等备用能源也能通过人类机器协作进行修缮。

5、利用方法和数据

（1）直接利用

医疗洗浴与旅游：温泉度假、疗养

农业供暖：利用中低温地热水为种植模块和养殖模块供暖 （反季节蔬菜、花卉，甚至热带水果和热带动物等）

城乡供水、供暖：为居民提供生活用热水以及冬季供暖

联合供能：为嗜热藻类提供60摄氏度的生长环境，和生物质能生产结合

（2）间接利用

①高温地热发电

闪蒸发电：适用于温度在150℃以上的高温热水田。将高温地热水引入低压罐，部分热水迅速“闪蒸”成蒸汽，推动汽轮机发电。

双级扩容法工艺流程以及设备相对复杂，但系统转换效率大大提高，在相同冷热源的条件下，热效率可提高20%-30%。 而已经成熟的单级扩容法工艺效率低于 10% 。

刘广林, 吕鹏飞. 简述地热发电利用形式 [J]. 科技创新导报, 2013, (28): 68.

因此我们把闪蒸法的效率按 25% 计算。

②中低温地热发电

对于洱源大量存在的90℃-150℃的地热流体，传统的闪蒸发电效率低。

双循环发电（ORC）：地热水通过换热器加热一种低沸点工质（如异丁烷），工质汽化推动涡轮机发电。这种方式可以充分利用不能直接闪蒸的中低温资源，提高整体利用率。

以热效率为优化目标函数,通过模拟对比得出，当蒸发温度为111℃，一级闪蒸温度为100℃，二级闪蒸温度为95℃，干度为0.9时，系统获得最大热效率为14.82%，对应的预热器出口热源水温度为80.46℃。 蒋执俊. 有机朗肯闪蒸地热发电系统性能影响模拟及试验研究[D]. 浙江:浙江大学,2023.

（3）数据计算

注：由于信息获取渠道有限（不可能进行实地考察），洱源县地下热水的具体参数无法精确获得，故本文给出范围并从低估计。

以闪蒸法计算，取25%的效率，为产生每年250万千瓦时的电力，需要每小时给出约10吨高温水（直接钻孔进入地层开采）用于发电。

根据已有的数据来看，牛街乡热田能提供800立方米/小时的中低温热水， 使用双循环法可年产约350万千瓦时。

此处计算尚未考虑联合梯级利用，和多能联合系统，因此地热资源足够丰富，该方案完全可行。