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1、绿色能源材料结课论文论文题目: 地热能开发与利用 姓 名 马兴峰 学 号 100370102 专 业 应用化学 学 院 理 学 院 2013年 6月摘要：节能减排和发展低碳经济是当前一项重要工作。国家对能源问题非常重视，将其作为贯彻落实科学发展观、实现可持续发展的重要内容，并采取了一系列措施，如大力发展包括浅层地热能在内的可再生能源。随着当前经济社会的快速发展，能源供求矛盾不断加剧，要实现“十二五”期间节能减排的目标和区域可持续发展，必须重视可再生、环保、经济型能源的开发利用。本文概述了全球地热能的开发利用的现状，重点分析了我国地热能开发和利用的情况，我国地热能开发利用潜力巨大，目前地热能的利
2、用主要集中在地热发电、地热采暖、以及种植和养殖业。关键词：新能源；地热能；开发利用一、引言在可再生能源大家族中，地热是唯一的来自地球内部的能量。因为地球处于壮年期，地心温度高达 45000,所以能量巨大。由于人类利用的热量很小，地温一般可以在相同的时间尺度上恢复.因而地热能是可再生能源只要设定合理的利用上限，地热田的寿命可以达到 100300a。地热能是一种清洁的能源，基本不污染大气.也不排放温室气体。地热能具有来源稳定的特征，平均利用系数高达 73%，地热电站的利用系数可达 95%，也易于调峰和实施热电联供。而且，电站建设与运行费用也不算高，地热直接利用的成本更低采用地源热泵技术开采浅层地热
3、能也比其他热源更为有利，主要在于它可以把夏季回收的热量用于冬天供热，从而降低了能耗。2011 年 5 月，联合国政府气候变化专门委员会（IPCC）第三工作组发表分析报告指出，就技术开采潜力而言，地热能是仅次于太阳能的第二大清洁能源。IPCC 和国际能源署预测到 2050 年地热发电装机容量将占世界电力总装机容量的 3%。二、世界地热能研究及发展现状近年来，国际能源署(TFA)牵头制定了世界地热能技术路线图，政府间气候变化组织(IPCC)牵头编写了地热能特别报告。国际能源署领导了世界地热能技术路线图的制定，自 2010 年开始制定.并于 2011 年正式发布。TEA 的路线图内容包括:全球地热资
4、源的潜力，至 2050 年的地热能愿景，地热能开发利用技术现状，不同时间节点上的发展目标和相应的行动方案、配套政策措施等内容。这个路线图仅涉及了水热型和干热型地热能的发电与直接利用。另外一项工作是由政府间气候变化组织完成的地热能特别报告(IPCC SRREN )。该报告涉及的地热能类型更多，与 IEA 的路线图不同的是，它对于浅层地热能也给出了发展愿景。此外，中国科学院组织编制了中国能源技术路线图，其中包括地热能部分。中国地球物理学会地热专业委员会也多次组织国内相关专家研讨地热能发展战略。路线图的制定实际上是一次科技界与企业界对于能源发展取得共识的机会与表达的平台，对于技术与产业发展，对于政府
5、能源政策的制定具有一定支撑作用。本文在借鉴国外地热能发展战略研究与技术路线图制定方法的基础上，结合多次讨论中形成的认识，探讨中国地热能技术与产业发展的路线图。2.1 世界地热能技术路线图2.1.1 地热资源与利用现状地热能分为浅热、水热和干热 3 种主要类型。其利用方式包括发电和直接利用两个主要方面。考虑到技术上的差异，IEA 的路线图仅包括水热能和干热能开发。根据目前的评价结果，水热型地热能的电力资源量为每年 45EJ，或12500TWh，这个数字相当于 2008 年全世界发电量的 62%。直接利用的地热资源量为每年 1040EJ，相当于 289000 TWh，是 2008 年全世界用热量的
6、 6.5 倍干热岩地热资源潜力巨大。尽管目前尚未作出全球总量的评价结果，但是，美国和中国的数据已经表明，这个量是巨大的。据美国麻省理工学院(MIT)的评估报告，美国在深度 3.5-7.5km 之间、温度 150-250范围内具有约 1330x 104EJ 的巨大基础资源，只开发这些资源的 2%，就相当于 2006 年美国一次能源消耗量的 2600 倍2.12 发展愿景基于增强地热系统技术的发展前景和应对气候变化的需求，IEA 提出到2050 年世界地热能发展愿景为地热发电量达到每年 1400TWh，约占全球总发电量的 3.5%(图 1)，地热能直接利用的量将达到每年 5.8EJ.相当于 160
7、0TWh热量，占总供热需求的 3.9%。这些愿景的提出与工 EA 预测的 2050 年全球二氧化碳减排目标(ETP2010)相关，同时，假定干热岩发电将在 2030 年达到商业利用的水平，并将逐步占据重要地位，到 2050 年占据地热发电及直接利用总量的50%。图 1 世界不同国家和地区的地热发电量预测(IEA,2012 )Fig. 1 Forecast of geothermal generating capacity in the different countries and regions of the world (IEA, 2012)2.1.3 地热能利用技术1974-2005 年
8、，美国 Los Alamos，国家实验室(LANL)助在位于新墨西哥州Fenton Hill 的干热岩(EGS)试验场开展了两期试验研究。在 4390m 深井中获得的最高井底温度为 3270注水试验表明，在冷水注入流量为 12.5-15kgs 时，产出的热水温度在 180以上，但该试验规模较小，发电容量小于 0.5MW。尽管如此，该试验表明 EGS 技术已非常接近于商业示范。目前许多国家开展了 EGS 试验研究，如德国、英国、法国、澳大利亚、日本、瑞典等预计到 2030 年，干热岩地热发电将达到商业规模。同时，各国一也在积极探索超临界流体地热能、岩浆地热能、海域地热能等“非常规”地热能。但是，
9、这些技术何时能够商业化尚无明确的时间表在发电技术和热电联供技术方面，也取得了可喜的进展，人大拓展了地热能的利用空间。2.2 中国地热能技术路线图2.2.1 地热资源与利用现状2.2.1.1 工程地热系统地热能根据国土资源部最近发布的评价数据，中国浅层地热能资源量相当于 95亿 t 标准煤。每年可利用量相当于 3.5 亿 t 标准煤。全国水热型地热能资源储量折合标准煤 8530 亿 t;何年可利用量相当于 6.4 亿 t 标准煤。中国大陆 3000-10000m 深度范围内干热岩地热能资源量相当于 860 万亿 t 标准煤，相当于中国大陆 2010 年度能源消耗总量的 26 万倍。汪集等根据最近
10、更新的大地热流数据和深部地温资料，给出了中国陆域干热岩地热能资源评价，圈定了优势区域(图 2)，按照 2%的可开采比例.其能量相当于 2010 年中国总能耗的 4400 倍。图 2 中国大陆地区深部 (7km)地温与干热 图 3 中国大型岩溶热储及其热背景2.2.2.2 大型岩溶热储及开发利用中国几大主要沉积盆地均有丰富的水热型地热资源，包括华北平原、苏北盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、江汉盆地等。王贵玲等专家估算了全国主要平原(盆地)地热资源量，约为 2.5X104J，折合标准煤 8531.9 亿t。但是，其计算的热储大部分为中生代和新生代地层.深部的古生代，甚至元古代地层米做计算。
11、经勘探发现和研究证实，某些盆地在沉积盖层下游深部基岩热水储层系统发育.最典型的是华北平原北段09。该基岩热储层由岩溶卡斯特化的中、上元古界和下古生界碳酸盐岩地层组成，在隐伏的基岩隆起带(或凸起带)这一系统具有重要经济价值从已知的基岩热储发育和形成特点可以推测，以中朝陆台、扬子准陆台和塔里木陆台为基底发育起来的许多盆地都有发育深部基岩热储，因为:(1)这些古老台块广泛发育有古生界或中、上元古界碳酸盐岩建造;(2)这些台块在碳酸盐岩建造之后曾经历过地壳隆升和构造变动，碳酸盐岩地层遭受风化剥蚀和岩溶化作用，裂隙岩溶化的碳酸盐岩具深部储集层;(3)基岩储层为中、新生代厚层沉积掩盖.有利丁储集层的聚热和
12、保温。岩溶在中国分布广泛，碳酸盐岩的出露面积约 91 万 km 控制古岩溶发育的最重要的外在囚素是构造，它是岩溶发育的基础，且控制了岩溶分区.断裂和裂隙是地下热水运动的主要通道。岩溶储层作为地热资源储层的潜力巨大，中国古生界碳酸盐岩的分布区域主要集中在各大沉积盆地内 (图 3)，其中，处于较高热流值背景下的几大主要区域有:渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、苏北盆地、江汉盆地、楚雄盆地、兰坪思茅盆地、昂拉仁错盆地和羌塘盆地2010 年，中国非电直接利用的能量当量为:装机容量 3687MWt，相当于电量TWh，其中 55%作为洗浴及温泉疗养，14%为地热供暖，其他 14%为地热“份联供” ，属世界首位。近
13、年来，浅层地热能的利用为 3000MWt，且发展迅速。截止2011 年底，供暖面积达到 1.4 亿 m。但中国地热发电装机容量为 25MW .20 多年没有增加。2.2.2 2050 年发展愿景中国工程院于 2011 年提出了地热能直接利用和发电不同时间节点的发展目标(表 1)到 2050 年，中低温地热直接利用的规模与总量将是现状的三倍，浅层地热能利用的规模可达 50000MWt，地热发电部分，将大力提升高温发电的装机容量，中低温和 EGS 地热发电也将重点发展。表（1）中国地热能发展战略目标针对干热岩的开发利用，中国科学院的能源技术路线图给出了相应的愿景(图 4)。到 2035 年，中国的
14、干热岩开采技要达到商业化水平。2012 年国家发展和改革委员会能源局发布了中国可再生能源十二五规划，确定了可再生能源发电占总发电量的 20%的宏伟目标。其中地热能的发展目标为:在青藏铁路沿线、滇酉南 图 4 干热岩地热能利用技术路线图 2050 等高温地热资源分布区，启动建设若十兆瓦级地热电站。在东部沿海及天山北麓等中低温地热资源富集分布区，因地制宜发展中小型分布式中低 温地热发电项日。到 2015 年，各类地热能开发利用总量达到 1500 万 t 标准煤，其中，地热发电装机容量争取达到 10 万 KW.浅层地热能建筑供热制冷面积达到5 亿 m。这个规划中地热发电量超过了中国工程院路线图确定的
15、 2020 年发电目标，体现了对于技术与市场的信心。2.2.3 地热能利用技术中低温地热发电技术在中国拥有悠久的历史，积累了丰富的实践经验。20世纪 70 年代初，先后在广东丰顺、山东招远、辽宁熊岳、江西温汤、湖南灰汤、广西象州、河北怀来等地建成试验性地热电站。这些地热区热水的温度低，均属于中低温地热，大部分采用一次扩容发电，仅有江西温汤采用双工质循环。目前除广东丰顺地热电站还在运行外，其他均已停止运行。地热能实质上是一种以流体为载体的热能，地热发电属于火力发电，所有一切可以把热能转化为电能的技术和方法理论上都可以用丁地热发电。热能转化成机械功再转化为电能的最实用的方法只有通过热力循环，用热机来实现这种转化。利用不同的工质，或不同的热力过程，可以组成各种不同的热力循环。目前，使用较多的是双工质发电，较成熟的有两种:有机朗肯循环和 Kalina 循环工程地热系统 (EGS)开发利用技术在中国已经起步。工程地热系统(增强型地热系统)开发的关键技术是:深部地热资源的圈定和储量评价;干热岩选址、调查和描述;降低成本和提高效率的技术例如数值模拟)。部分其他技术也
