一、追本溯源：地?zé)崮艿幕A(chǔ)認(rèn)知演講人追本溯源：地?zé)崮艿幕A(chǔ)認(rèn)知01動手實踐：高中地?zé)崮芸萍紝嵺`的設(shè)計路徑02落地生根：地?zé)崮艿膽?yīng)用場景03面向未來：地?zé)崮艿陌l(fā)展趨勢與青年責(zé)任04目錄2025高中科技實踐之地?zé)崮軕?yīng)用課件各位老師、同學(xué)們：我是一名深耕能源領(lǐng)域十余年的科技教育工作者，曾參與過多個地?zé)崮茼椖康膶嵉卣{(diào)研與科普推廣。今天站在這里，我想以“地?zé)崮軕?yīng)用”為核心，帶大家走進(jìn)這個既古老又年輕的能源領(lǐng)域——它既是地球饋贈的“熱庫”，也是2025年科技實踐中最適合高中生探索的“活教材”。接下來，我將從基礎(chǔ)認(rèn)知、應(yīng)用場景、實踐路徑、未來展望四個維度展開，與大家共同構(gòu)建對地?zé)崮艿南到y(tǒng)認(rèn)知。01追本溯源：地?zé)崮艿幕A(chǔ)認(rèn)知追本溯源：地?zé)崮艿幕A(chǔ)認(rèn)知要開展科技實踐，首先需要建立清晰的理論框架。地?zé)崮懿⒎恰澳吧茉础?，它是地球?nèi)部熱能通過巖石、流體等介質(zhì)向地表傳遞的能量形式，本質(zhì)是地球內(nèi)部放射性元素衰變、重力分異等過程釋放的熱量。理解地?zé)崮埽鑿摹胺诸?特性-分布”三個層面切入。1地?zé)崮艿目茖W(xué)分類根據(jù)埋藏深度與開發(fā)難度，地?zé)崮芸煞譃槿箢悾簻\層地?zé)崮埽?-200米）：主要通過地源熱泵技術(shù)利用，溫度通常低于25℃，依賴地下水或土壤與空氣的熱交換，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的類型。我曾參與某中學(xué)的校園改造項目，其地下100米的豎直地埋管系統(tǒng)，僅用3臺熱泵機組就滿足了3000㎡教學(xué)樓的冬季供暖，這正是淺層地?zé)崮艿牡湫蛻?yīng)用。中深層地?zé)崮埽?00-3000米）：溫度25-150℃，以熱水型為主，可直接用于區(qū)域供暖、溫泉療養(yǎng)或發(fā)電（低參數(shù)機組）。例如，天津濱海新區(qū)的中深層地?zé)峁┡椖?，單井日開采量達(dá)2000立方米，可為50萬㎡建筑供暖，減排效果相當(dāng)于每年種植3.6萬棵冷杉。1地?zé)崮艿目茖W(xué)分類干熱巖地?zé)崮埽?000米以上）：溫度高于150℃，以熱巖本身為載體，需通過人工造縫注入冷水獲取蒸汽，是未來最具潛力的“超級能源”。2023年我國青海共和盆地已鉆獲370℃干熱巖，單井可支撐30MW電站運行，這標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域已進(jìn)入全球第一梯隊。2地?zé)崮艿暮诵奶匦韵噍^于太陽能、風(fēng)能等可再生能源，地?zé)崮艿摹胺€(wěn)定性”與“連續(xù)性”是其最大優(yōu)勢：時空穩(wěn)定：不受晝夜、季節(jié)、天氣影響，輸出功率波動小于5%（太陽能波動可達(dá)80%），適合作為“基荷能源”補充電網(wǎng)。環(huán)境友好：碳排放僅為燃煤的1/10，且不產(chǎn)生粉塵、硫化物。以冰島為例，其90%的居民供暖依賴地?zé)崮?，首都雷克雅未克的PM2.5常年低于5μg/m3。資源豐富：全球地?zé)崮軆α肯喈?dāng)于4948萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，我國可采資源量約為1.2×102?焦耳，相當(dāng)于4100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，僅西藏羊八井地區(qū)的可采量就夠全國用3年。3中國地?zé)崮艿姆植继卣魑覈責(zé)崮芊植汲尸F(xiàn)“三帶一區(qū)”格局：藏滇高溫帶（西藏、云南）：地?zé)崽荻茸罡撸ā?0℃/km），以干熱巖和高溫?zé)崴疄橹鳎m合發(fā)電。東南沿海中低溫帶（福建、廣東）：地?zé)崽荻?5-35℃/km，以中低溫?zé)崴疄橹鳎m合供暖與農(nóng)業(yè)。這部分認(rèn)知是實踐的“地基”——只有明確地?zé)崮艿摹邦愋?特性-分布”，才能針對性設(shè)計實踐方案。華北沉降帶（河北、天津）：沉積盆地厚，地下熱水儲量大，是當(dāng)前供暖的主力區(qū)域。西北山地盆地區(qū)（新疆、陜西）：分布分散但局部富集，如西安地?zé)崮芄┡娣e已超4000萬㎡。02落地生根：地?zé)崮艿膽?yīng)用場景落地生根：地?zé)崮艿膽?yīng)用場景理論的價值在于指導(dǎo)實踐。地?zé)崮艿膽?yīng)用可分為“直接利用”與“發(fā)電利用”兩大方向，其中直接利用占全球地?zé)崮芾每偭康?5%，與高中生的生活場景更貼近。1直接利用：從生活到生產(chǎn)的多場景滲透直接利用是指不通過發(fā)電，直接將地?zé)崮苡糜诠?、制冷、干燥等場景，技術(shù)門檻較低，適合高中實踐探索。1直接利用：從生活到生產(chǎn)的多場景滲透1.1建筑供能：供暖與制冷的“雙效模式”

系統(tǒng)構(gòu)成：地下埋管（豎直井深80米，間距4米）、熱泵機組（COP值≥4.5）、末端風(fēng)機盤管。實踐切入點：學(xué)生可通過監(jiān)測室內(nèi)外溫度、記錄機組耗電量，對比傳統(tǒng)供能方式，分析節(jié)能效益。地源熱泵系統(tǒng)是最典型的應(yīng)用。以我參與設(shè)計的某高中地源熱泵示范項目為例：運行數(shù)據(jù)：冬季供暖能耗比傳統(tǒng)空調(diào)低40%，夏季制冷能耗低30%；經(jīng)測算，該系統(tǒng)年節(jié)省電費12萬元，減少CO?排放58噸。010203041直接利用：從生活到生產(chǎn)的多場景滲透1.2農(nóng)業(yè)賦能：溫室與養(yǎng)殖的“恒溫革命”1地?zé)崮茉谵r(nóng)業(yè)中的應(yīng)用以“地?zé)釡厥摇焙汀八a(chǎn)養(yǎng)殖”最具代表性：2地?zé)釡厥遥罕本┬降責(zé)釡厥依?0℃地?zé)崴ㄟ^管道循環(huán)維持室內(nèi)20-25℃，實現(xiàn)冬季草莓反季節(jié)種植，單棚年產(chǎn)值比普通溫室高3倍。3水產(chǎn)養(yǎng)殖：云南騰沖利用30℃地?zé)崴B(yǎng)殖羅非魚，縮短養(yǎng)殖周期20%，成活率提升至95%（普通池塘僅70%）。4實踐建議：學(xué)生可設(shè)計“地?zé)崴疁貙χ参锷L影響”的對照實驗，用溫度計、生長量測量儀記錄數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告。1直接利用：從生活到生產(chǎn)的多場景滲透1.3醫(yī)療康養(yǎng)：溫泉資源的科學(xué)開發(fā)我國溫泉療養(yǎng)院超2000家，其中70%依賴地?zé)崮?。但需注意：溫泉的醫(yī)療價值與“礦物成分”直接相關(guān)——例如，含硫化氫的溫泉可緩解皮膚病，含偏硅酸的可軟化血管。實踐延伸：學(xué)生可采集本地溫泉水樣，用PH試紙、電導(dǎo)率儀檢測基本參數(shù)，結(jié)合文獻(xiàn)分析其可能的醫(yī)療功效，撰寫科普短文。2發(fā)電利用：從傳統(tǒng)到前沿的技術(shù)跨越地?zé)崮馨l(fā)電是“高價值利用”，技術(shù)門檻較高，但通過模型演示可幫助學(xué)生理解原理。2發(fā)電利用：從傳統(tǒng)到前沿的技術(shù)跨越2.1傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)：閃蒸與雙工質(zhì)閃蒸發(fā)電（溫度≥150℃）：將地?zé)崴疁p壓閃蒸為蒸汽驅(qū)動汽輪機，西藏羊八井電站即用此技術(shù)，裝機容量25.18MW，年發(fā)電量1.1億度。雙工質(zhì)發(fā)電（溫度80-150℃）：用低沸點工質(zhì)（如異丁烷）吸收地?zé)崴疅崃科l(fā)電，適合中低溫資源，我國云南騰沖已建成500kW示范電站。2發(fā)電利用：從傳統(tǒng)到前沿的技術(shù)跨越2.2前沿發(fā)電技術(shù)：干熱巖與EGS干熱巖發(fā)電：通過“壓裂-注熱-取熱”流程，將冷水注入人工裂縫吸收熱巖熱量，轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)電。我國青海共和項目已實現(xiàn)“3000米深、200℃”的穩(wěn)定取熱，預(yù)計2025年建成10MW示范電站。01增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）：通過人工改造提高熱儲滲透率，可將可利用資源量擴大100倍，是未來地?zé)崮芤?guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。01這部分內(nèi)容需結(jié)合圖片、視頻（如羊八井電站運行畫面）輔助講解，讓學(xué)生直觀感受“熱能→機械能→電能”的轉(zhuǎn)化過程。0103動手實踐：高中地?zé)崮芸萍紝嵺`的設(shè)計路徑動手實踐：高中地?zé)崮芸萍紝嵺`的設(shè)計路徑科技實踐的核心是“做中學(xué)”。結(jié)合高中生的知識水平與學(xué)校條件，可設(shè)計“調(diào)研-實驗-項目”三位一體的實踐方案，讓理論真正“落地”。1調(diào)研實踐：摸清本地地?zé)崮堋凹业住蹦繕?biāo)：通過實地走訪，了解本地地?zé)崮苜Y源類型、應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題。1調(diào)研實踐：摸清本地地?zé)崮堋凹业住?.1調(diào)研步驟設(shè)計前期準(zhǔn)備：查閱《中國地?zé)崮苜Y源分布圖》《省級地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)劃》，確定本地地?zé)岙惓^(qū)（如溫泉出露點、已建地?zé)犴椖浚?。實地走訪：訪談對象：自然資源局（獲取資源數(shù)據(jù)）、熱力公司（了解應(yīng)用模式）、居民（收集使用反饋）。記錄內(nèi)容：地?zé)峋疃?、水溫、用途（供?養(yǎng)殖等）、運行成本、用戶滿意度。數(shù)據(jù)整理：用Excel制作“本地地?zé)崮軕?yīng)用統(tǒng)計表”，用MapGIS繪制“地?zé)豳Y源分布熱力圖”。1調(diào)研實踐：摸清本地地?zé)崮堋凹业住?.2案例參考我曾指導(dǎo)學(xué)生對北京小湯山地區(qū)開展調(diào)研：發(fā)現(xiàn)問題：部分地?zé)峋蜻^度開采導(dǎo)致水位下降（年均下降1.2米），尾水直接排放造成熱污染（排放水溫35℃，高于環(huán)境20℃）。提出建議：推廣“梯級利用”（高溫段供暖、中溫段養(yǎng)殖、低溫段灌溉），安裝尾水回灌系統(tǒng)（回灌率需≥80%）。成果輸出：調(diào)研報告獲北京市青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎，部分建議被當(dāng)?shù)卣杉{。2實驗實踐：模擬地?zé)崮艿膫鬟f與利用目標(biāo)：通過簡單實驗，理解“熱傳導(dǎo)-熱交換-熱利用”的核心原理。2實驗實踐：模擬地?zé)崮艿膫鬟f與利用2.1實驗1：地溫梯度測量原理：地溫隨深度增加而升高（平均梯度3℃/100米），通過測量不同深度地溫，驗證這一規(guī)律。器材：地溫傳感器（精度±0.5℃）、卷尺、數(shù)據(jù)采集器。步驟：在校園內(nèi)選3個測點（操場、綠化帶、建筑旁）；分別測量0cm（地表）、50cm、100cm、150cm深度的地溫（可用洛陽鏟打孔）；記錄數(shù)據(jù)并繪制“深度-地溫”曲線圖。預(yù)期結(jié)論：地表溫度受晝夜溫差影響大（日波動10-15℃），150cm深度地溫穩(wěn)定（日波動＜2℃），驗證淺層地?zé)崮艿摹昂銣靥匦浴薄?實驗實踐：模擬地?zé)崮艿膫鬟f與利用2.2實驗2：地源熱泵熱交換模擬原理：地源熱泵通過埋管內(nèi)循環(huán)液與土壤換熱，模擬這一過程可理解“熱交換效率”的影響因素。器材：保溫箱（模擬土壤）、銅管（模擬埋管）、恒溫水?。M地?zé)崴?、溫度計。步驟：在保溫箱內(nèi)填充濕沙（含水率20%），插入銅管；向銅管內(nèi)通入30℃溫水（流量500ml/min），每隔2分鐘測量沙層溫度（距銅管5cm、10cm處）；改變水溫（25℃、35℃）和流量（300ml/min、700ml/min），重復(fù)實驗。預(yù)期結(jié)論：水溫越高、流量越大，熱交換效率越高；但流量過大（＞700ml/min）會增加泵功消耗，需尋找“最優(yōu)平衡點”。3項目實踐：設(shè)計校園地?zé)崮芪⑾到y(tǒng)目標(biāo)：結(jié)合學(xué)校需求，設(shè)計可落地的地?zé)崮軕?yīng)用方案，培養(yǎng)系統(tǒng)思維與工程能力。3項目實踐：設(shè)計校園地?zé)崮芪⑾到y(tǒng)3.1需求分析學(xué)校需求：是否有供暖/制冷缺口？是否有閑置空地（用于埋管）？是否有資金預(yù)算？資源條件：本地地溫梯度多少？地下水位多深？土壤類型（黏土/沙土，影響熱傳導(dǎo)率）？3項目實踐：設(shè)計校園地?zé)崮芪⑾到y(tǒng)3.2方案設(shè)計以“校園溫室供暖”為例：系統(tǒng)選型：淺層地源熱泵（埋管深度80米，水平埋管間距4米）。負(fù)荷計算：溫室面積200㎡，冬季設(shè)計溫度18℃，熱負(fù)荷=200㎡×100W/㎡=20kW（參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》）。設(shè)備選型：選擇COP=4.5的熱泵機組（輸入功率=20kW/4.5≈4.4kW）。經(jīng)濟(jì)性分析：初始投資（埋管+機組）約8萬元，年電費（4.4kW×24h×120天×0.5元/kWh）≈7.6萬元；對比傳統(tǒng)電供暖（20kW×24h×120天×0.5元/kWh）≈34.6萬元，年節(jié)省27萬元，投資回收期約0.3年。3項目實踐：設(shè)計校園地?zé)崮芪⑾到y(tǒng)3.3成果輸出繪制系統(tǒng)流程圖（CAD或手繪圖）；01撰寫《校園地?zé)崮軕?yīng)用可行性報告》；02制作實物模型（用PVC管模擬埋管，小水泵模擬循環(huán)系統(tǒng)）。0304面向未來：地?zé)崮艿陌l(fā)展趨勢與青年責(zé)任面向未來：地?zé)崮艿陌l(fā)展趨勢與青年責(zé)任站在2025年的時間節(jié)點，地?zé)崮苷龔摹把a充能源”向“戰(zhàn)略能源”跨越。理解其發(fā)展趨勢，能幫助我們明確實踐的方向與價值。1技術(shù)趨勢：從“被動利用”到“主動開發(fā)”010203增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）：通過人工壓裂技術(shù)，將干熱巖資源利用率從5%提升至30%，我國計劃2030年實現(xiàn)EGS商業(yè)化。智能調(diào)控技術(shù)：利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）實時監(jiān)測地溫、壓力、流量，通過AI算法優(yōu)化運行參數(shù)，將系統(tǒng)效率提升15%以上。多能互補模式：地?zé)崮芘c太陽能（光熱）、生物質(zhì)能耦合，解決單一能源的季節(jié)性波動問題，如“地?zé)?光伏”供暖系統(tǒng)已在河北試點成功。2青年責(zé)任：從“觀察者”到“參與者”作為未來的科技主力軍，高中生可從三方面參與地?zé)崮馨l(fā)展：研究者：通過科技實踐積累數(shù)據(jù)（如本地地溫梯度、熱交換效率），為區(qū)域資源評估提供基礎(chǔ)資料。推廣者：用短視頻、科普講座向社區(qū)宣傳地?zé)崮艿沫h(huán)保價值，例如計算“1個家庭使用地源熱泵1年可少開多少輛汽車”（1戶≈減少2輛汽車年排放）。創(chuàng)新者：針對現(xiàn)有問題提出解決方案，如設(shè)計“地?zé)崮芪菜毓嘧詣涌刂葡到y(tǒng)”“低成本地溫傳感器”等，我指導(dǎo)的學(xué)生曾用Arduino開發(fā)了“地源熱泵智能控制器”，獲全國青少年科技創(chuàng)新大賽三等獎。結(jié)語：讓地?zé)崮艿摹盁帷睖嘏萍紝嵺`的“心”2青年責(zé)任：從“觀察者”到“參與者”從地球內(nèi)部的熾熱巖漿，到校園里的地埋管；從千年溫泉的自然饋贈，到2025年的智能電站——地?zé)崮艿墓适拢堑厍蚺c人類的“熱交換史”，更是科技與實踐的“共生史”。今天的課件，