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1、新能源专业-地热能1. 地热能概述1.1地热资源概念地热资源是指在当前地质环境和技术经济条件下能够被人类开发和利用的 地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。地热资源的热能一部分来源于地球 深处的高温熔融体和放射性元素衰变所产生的热，另一部分来源于近地表吸收太 阳辐射的低温热能。据估算，地热能的总量相当于地球内部埋藏的全部煤炭释放 出来的热能1.4亿倍。地热资源是矿产资源的一部分，同时地热资源中的地热 水又具有水资源的属性，可以说地热资源是集热、矿、水于一体的可再生资源， 也是一种有待大规模开发的清洁能源。1.2地热资源分类地热资源类型划分有多种方法。传统划分方式一般不考虑浅层地热，按照在地下
2、的赋存状态，地热资源可以 分为水热型（地下1004500m）、干热岩型和地压型地热资源（地下 3000 6000m），其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源；按成 因地热资源可分为现（近）代火山型、岩浆型地热资源、断裂型地热资源、断陷 盆地型地热资源和凹陷盆地型地热资源；按开采利用的地热流体的温度划分，地 热资源分为高温地热能（150C）、中温地热（90C-150C ）和低温地热（25C -90C）。地热资源按照其埋藏深度，可分为浅层地热能（地下200米以上地壳中储存 的地热能）、中深层地热能（地下200米至3000米的地热能）和深层地热能（地 下3000米以下的地热能）。浅
3、层地热是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温 带至200 m埋深），温度低于25C，在当前技术经济条件下具备开发利用价值 的地球内部的热能资源。浅层地热并不是传统意义上的常规地热，它可以通过热 泵技术进行采集利用后，为建筑物供暖、制冷。2. 我国地热能资源的分布和特点我国地热资源潜力巨大，以中低温地热资源为主，高温地热资源十分有限。高温地热带主要分布在我国的西藏、云南等高原地区，而中低温地热带广泛地分 布在平原地区、丘陵地区和内陆沉积盆地。相对于常规地热，浅层地热能的分布 则更为广泛，稳定地储存于浅层地下岩石或土层以及它们的缝隙之间的水体中。从现在已勘查到的情况来看，可利用的地热资源以西南地区
4、最为丰富，接着 是华北地区与中南地区，然后是华东沿海地区，最少的是东北和西北地区，具体 地热分布见图1。1. 高温(150C )地热资源分布区域性地球板块构造活动地带是我国高温地热资源的主要分布地区，具体表 现为沿欧亚板块边界分布的喜马拉雅地热带和菲律宾板块、欧亚板块、太平洋板 块的交汇处分布的台湾地热带。这两大高温地热带上的地区和城市是我国高温地 热资源的主要分布处，包括西南侧的西藏南部、云南西部、四川西部和东侧的台 湾地区。在这一部分有限的高温地热资源中，我国迄今尚未探测到易于发电开发 的十热蒸汽地热资源，以及浅成岩表的酸性侵入体有关的地热系统。这客观上成 为我国地热发电受到局限、发展缓慢
5、最为主要的原因。(1) 喜马拉雅地热带该高温地热带上各类高温表现丰富，包括沸泉、间歇喷泉、喷气孔、水热爆 炸等典型热泉表现形式，羊八井地热电、羊应乡地热电等我国著名的高温地热田 也分布在该地热带上。西藏和滇西地区已探测到的水热区分别高达700余处，占 全国温泉区的半数。滇藏地热带总的发电潜力6217MW,其中西藏为3357MW,占整 个地热带的54%,发电潜力巨大。(2) 台湾地热带台湾地热带属“环太平洋地热带”，也是高温地热资源丰富的一个地区，其 高温地热水主要分布在大屯现代火山区和中央山脉变质岩带，前者某些地区深部 热水最高温达到近300C，后者最高温也在200C左右。大屯现代火山区的热水
6、温 度较高，具备很好的发电潜力，但是，由于矿化度较高(5g/L-12g/L)，水质腐 烛性大，因此大规模发电利用极为困难。中央山脉变质岩带上的清水和土场地区 也曾经在上个世纪80年代分别建造了小型发电站，均因地热发电的普遍性难题 腐蚀结垢而先后停产，目前仅用于洗浴。2. 中温(90-150C)、低温(25-90C )地热资源分布(1) 板内构造隆起区东南沿海地热带。东南沿海的广东、福建、海南地处板块构造隆起区，本带 上的地热田面积狭小，多数面积小于1平方公里，由于地热田面积小，因此水温 主要由地下水的循环深度决定，本带上地热水循环深度在3.5-4.5km之间，推算 地下热储的基准温度90-14
7、0C,属于中温地热水。该地热带上的城市和地区多数 为经济较为发达地区和城市，因此也是我国东部地热资源直接利用潜力最大的地 区。(2) 大陆构造沉降区中新生带大中型沉积盆地是油气和煤炭等各种矿产资源的主要产地，而这类 沉积盆地，如松辽盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、渭河盆地和苏北盆地也是地 热资源的主要分布地区。长久以来,我国这10个主要沉积盆地主要因为常规矿产 资源的庞大储备量而受到重视，据估算，该区可开采资源量用标准煤换算，可达 到18.54亿吨标准煤，而地热资源常受到忽略。图1我国地热资源分布图3. 浅层地热资源分布(25C)浅层地热能包括浅层岩土体和地下水的所包含的热量，同口寸也包含地表水
8、和 地下尾水所包含的热量。浅层地热能并不是传统意义上的常规地热。浅层地温能 的温度略高于当地年平均气温3-5 C,比较恒定，储存于地下岩石或土层以及它 们的缝隙之间的水体中，可以通过水热交换方式利用其部分低品位的地热资源。相对于常规地热，浅层地热能的分布广泛，储存量巨大，可迅速再生，循环利用， 提取方便，开发利用价值大。浅层地温能的利用主要是通过运用地源热泵技术， 通过输入较少量的高品位的电能，就可以将低品位热能向高品位来转化，从而实 现为建筑供暖和制冷的效用，经济价值极大。按照国土资源部的官方统计，我国 现有的287个地级以上的城市范围内，地下200m以上的土壤岩石中，年均可采 低温能可折合
9、成95 X 108t标准煤，是2009年全国总发电量的20倍。3. 我国地热能发展状况我国开发利用地热资源已有上千年的历史，但真正大规模勘查和开发利用始 于20世纪70年初期，尤其是20世纪90年代以来，在市场经济需求的推动下， 地热资源的开发利用得到更加蓬勃的发展。统计数据表明，我国地热开采利用量 以每年近10%的速度增长，至2005的我国直接利用地热资源为13.756立方米/ 时，年利用地热能10779GW，居世界第一位。但总体上与国际先进水平相比尚有 一定差距，目前正在由粗放型转入集约式。地热能开发利用主要用于地热发电和非电直接利用两方面。目前，我国非电 直接利用已居世界首位，与非电直接
10、利用相比，地热发电在我国规模较小。从具 体利用方式来说，目前，我国地热资源的利用方式主要有三种，即高温地热发电、 中低温地热直接利用、浅层地热能供暖制冷。(1) 高温地热发电我国地热发电始于20世纪70年代初期，先后在河北郝窑、广东邓屋、湖南 灰汤、江西宜春、广西象州、山东招远、辽宁熊岳、河北怀来等地建立了地热发 电试验电站，但因可利用的地热水温度偏低，除湖南灰汤、广东邓屋两个试验电 站时而发电外，其他的均已停用。20世纪80年代初在西藏羊八井、那曲建立了 工业性地热电站，总装机容量30.4MW。据中国能源研究会地热专业委员会统计 资料，西藏地热资源总计可开采约2.99亿KW，在喜马拉雅地热带
11、共有高温地热 系统255处，30年内发电潜力约5800MW。(2) 中低温地热直接利用我国中低温地热直接利用主要在地热供暖、医疗保健、洗浴和旅游度假、养 殖、农业温室种植和灌溉、工业生产、矿泉水生产等方面。并逐步开发了地热资 源梯级利用技术、地下含水层储能技术等。目前，在全国地热水利用方式中，供 热采暖占18.0%，医疗洗浴与娱乐健身占65.2%，种植与养殖占9.1%，其他占7.7%。1）地热采暖。地热采暖、供热可以有效替代常规能源，减少大量有害物质 的排放，避免大气污染，此外地热取暖的成本仅相当于烧油锅炉的1/4,其经济、 社会、环境效益非常明显，据统计，全国地热供暖总面积目前连同地源热泵供
12、暖 面积己接近2000万m2。主要集中在北方的北京、天津、西安、郑州、鞍山等大 中城市以及黑龙江大庆、河北霸州、固安、牛驼镇等油区城镇，开发利用60-100C 的中低温地热水和浅层地热能。2）水产养殖。地热水产养殖可提高喜暖性的名贵、高产鱼类在北方的生长 期和繁殖期，不但能保证特种水产品的安全越冬、全年生长，而且成本低、效益 高。我国利用地热水进行水产养殖始于20世纪70年代，北京、天津、福建、广 东等地起步较早，现己遍及20多个省（区、市）的47个地热田，建有养殖场约 300处，鱼池面积约445万m2。全国水产养殖耗水量约占地热水总用水量的5.7% 左右，主要养殖罗非鱼、鳗鱼、甲鱼、青虾、牛
13、蛙、观赏鱼等以及鱼苗越冬。由 于各地温泉养殖业迅速发展，新鲜成鱼畅销海内外，取得显著经济效益。此外， 还有地热孵化禽类、地热烘干蔬菜、地热水加温沼气池与牲畜洗浴池和养殖浮莲、 红萍、绿萍等饲料，也取得良好效果。3）医疗保健。地热流体中具有较高的温度，含有特殊的化学成分与气体成 分、少量生物活性离子及放射性物质等，对人体各系统器官功能调节具有明显的 医疗和保健作用。随着经济发展和人民生活水平提高，全国相继在许多地区建立 了一批集医疗、洗浴、保健、娱乐、旅游度假于一体的“温泉度假村”或“医疗 康复中心”。据统计，用于医疗保健的地热田在全国已有126处，遍及全国20 多个省（区、市）。4）洗浴和旅游
14、。随着人民生活水平的提高，旅游业已成为我国一些地区的 一项新型的经济支柱产业。以地热、地貌景观和特殊的地热现象为依托，利用当 地秀丽的自然山水，开展观赏型的地热旅游。如云南的腾冲、黑龙江的五大连池、 西藏的羊八井等地都有珍贵的地热火山景观。据不完全统计，全国已建温泉地热 水疗养院200余处，突出医疗利用的温泉浴疗有430处。除疗养院外，在已经开 发利用的地热田中，全部或部分用于洗浴方面约占热田总数60%以上。全国现有 公共温泉浴池和温泉游泳池1600处。5）农业温室种植和灌溉。地热是一种复合型资源，非常适合生物的反季节、 异地养殖与种植。利用地热能可以为温室供暖，利用地热水可以进行温带水生物
15、的养殖，地热水中的矿物质还可以为生物提供所需的养分。在我国北方，地热主 要用于种植较高档的瓜果类、菜类、食用菌、花卉等，在南方，主要用于育秧。 据统计，全国现共有地热温室和大棚133万m2。6）矿泉水生产。由于饮用水源污染日益严重，为了生存和发展，人们渴望 获得优质饮用水，矿泉水以其“天然、纯净、安全、卫生和有益健康”而成为新 型热门商品。我国开发地热水生产饮用天然矿泉水始于20世纪80年代后期，据 统计，目前已勘察评价并经国家和地方主管部门认可的饮用矿泉水源地约有 3000多处，主要分布在北京、天津、安徽、广东、广西、重庆、贵州、云南、 陕西、青海等省（自治区、直辖市）。以利用矿化度0.6g
16、/L以下、温度50C以 下的地热水为主。7）工业生产。目前主要用于纺织印染、洗涤、制革、造纸与木材、粮食烘 干等，其中用温泉区地下热水印的纺织品色泽鲜艳、着色率高，手感柔软、富有 弹性，其利用在纺织工业及化工工业方面均获得较好的利用和效益。同时，部分 地热水还可提取工业原料，如腾冲热海硫磺塘采用淘洗法取磺，洱源县九台温泉 区挖取芒硝和自然硫，台湾自明清以来就已经在大屯火山温泉区开采自然硫等。 华北油田利用封存的油井深部奥陶系进行地热水伴热输油，完全替代了锅炉热水 伴热输油，取得了明显的经济、社会效益。（3）浅层地热能供暖制冷我国浅层地热能的开发利用起步较晚，2000年以来浅层地下热能开发利用 的热泵技术在全国得到普遍推广，京津地区和长江沿岸发展最快。浅层低温能的 应用，不直接开采使用地下热流体，主要通过热泵技术，利用浅层地表或大气作 为热泵系统的热汇或热源，采用水源热泵
