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1、1绪论22 地热能的直接利用技术72.1地源热泵技术72.2地热务农技术92.3地热医疗技术103 地热发电技术103.1地热发电原理与技术103.1.1地热蒸汽发电103.1.2地下热水发电113.1.3联合循环发电123.1.4利用地下热岩石发电123.2地热发电循环系统133.2.1单机扩容系统133.2.2两级扩容系统143.2.3双循环系统153.3地热发电的技术关键153.3.1地热田的回灌153.3.2地热田的腐蚀163.3.3地热田的结垢164 地热能开发产生的问题184.1利用率低184.2过量开采导致地面下降184.3环境污染18参考文献19地热能与其直接利用和发电技术摘要
2、：地热资源有节能减排、高效利用和价廉量稳的三大优势，20世纪70年代以来，国外都在大规模地利用地热资源来发电、供暖。本文基于对国外地热能与其应用技术的调研，总结了地热能的直接利用技术和地热能发电技术的发展和亟待解决的技术问题，以与地热能应用带来的影响。重点讨论了地热发电技术的原理和应用。关键词：地热资源；开发；现状；发电技术；前景1绪论地热能Geothermal Energy是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发与地震的能量。地热能是蕴藏于地球深处的热能。按照现有开发技术的可能性，地热能资源的围一般指在地壳表层以下5000米以岩石和地热流体所含的热量
3、。地球部的温度高达7000，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。地热能是可再生资源。地球部蕴藏着的热能称为地热能，来自(1)高温岩浆，(2)岩石中放射性元素衰变；在地球上所有的能源中，地热能仅次于太阳辐射能，排在第二位（火山爆发、地震和其他地壳变动）；世界地热资源主要分布于以下5个地热带：（1）环太平洋地热带。世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的
4、碰撞边界，即从美国的阿拉斯加、加利福尼亚到墨西哥、智利，从新西兰、印度尼西亚、菲律宾到中国沿海和日本。世界许多地热田都位于这个地热带，如美国的盖瑟斯地热田，墨西哥的普列托、新西兰的怀腊开、中国的马槽和日本的松川、大岳等地热田。（2）地中海、喜马拉雅地热带。欧亚板块与非洲、印度板块的碰撞边界，从意大利直至中国的滇藏。如意大利的拉德瑞罗地热田和中国的羊八井与的腾冲地热田均属这个地热带。（3）大西洋中脊地热带。大西洋板块的开裂部位，包括冰岛和亚速尔群岛的一些地热田。（4）红海、亚丁湾、东非大裂谷地热带。包括肯尼亚、乌干达、扎伊尔、埃塞俄比亚、吉布提等国的地热田。（5）其他地热区。除板块边界形成的地热
5、带外，在板块部靠近边界的部位，在一定的地质条件下也有高热流区，可以蕴藏一些中低温地热，如中亚、东欧地区的一些地热田和中国的胶东、辽东半岛与华北平原的地热田。地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳中科学、合理的开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量与其伴生 的有用组成。地热能是通过漫长的地质作用而形成的集热、矿、水为一 体的矿产资源。地热资源按它在地下的储存形式可分为五大类：蒸汽 型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。 （1）蒸汽型地热资源：指以温度较高的蒸汽为主的地下对流水热系统，这类地热资源由于需要特殊的地质条件才能形成，因此储量较少。 一般蕴藏在15 km左右的地表深
6、度。 （2）热水型地热资源：指地下以水为主的对流水热系统，是存在于地热区的水从周围储热岩体中获得能量形成的，包括喷出地面的热水和湿蒸汽。这类资源分布广泛，储量丰富，是当前重点研究对象。 （3）地压型地热资源：蕴藏深度为2km3 km，以高压水形式存在，溶解大量碳氢化合物，开发时可同时得到压力能，热能，化学能。 （4）干热岩型地热资源：在地壳深处，岩石具有很高的温度，储存大量得热能，干热岩型地热资源主要指地表下10km左右深处的干燥无水的热岩石。这类资源十分丰富，是未来开发的重点。 （5）岩浆型地热资源：指蕴藏在地层深处的呈完全熔融状态或半熔 融状态的岩浆中所具有的巨大能量。据2010年4月25
7、30日在印度尼西亚巴厘岛召开的世界地热会议报告，到2010年世界地热发电所的设备总容量为10715MWe，1980年以后，每5年约增加1000 MWe，但从2005年的8902 MWe增加了1813 MWe，增加稍为迅速。年间发电量，IGA从1995年开始统计，在2010年约为67246GWh，从2005年起增加约1 l537GWh。有地热发电所的24个国家的设备容量和年间发电量如表1.1所示。图1.1 19502010年世界地热发电所的设备总容量、发电量与2015年预测20052010年的地热直接利用的进展，据Lnnd先生的论文和78个国家的报告汇总，2000年热利用国家为58个，2005年
8、增至72个，其设备容量从2005年的28269 MWe增至2010年的50583 MWe，增加约80。据IGA 1995年以后的调查，每5年约增加18倍，年间能量利用量也从2005年的273372 TJa，增至2010年的438071TJa，约增n60，利用领域的年间能量利用率变化如图1.2示。在直接利用中，有利用中低温地热水和浅部地中热的情况(GHP)。图1.2 直接利用各领域年间能量利用率的变化表1.1 各国的地热发电设备容量和发电量（2010）表1.2 直接利用量在2000GWh/a以上的前15国情况表1.3 GHP（地中热利用）前9国中国是以中低温为主的地热资源大国，全国地热资源潜力接
9、近全球的8%中国地热资源遍布全国各地。据估算，中国深度2000米以的地热资源所含的热能相当于2500万亿吨标准煤，初步估计可以开发其中的500亿吨。中国地热资源主要分为三类:(1)高温对流型地热资源，主要分布在滇藏与地区，其中适用于发电的高温地热资源较少，主要分布在藏南、川西、滇区，可装机潜力约为1000万千瓦;(2)中低温对流型地热资源，主要分布在东南沿海地区包括、，以与、和等地;t3)中低温传导型地热资源，主要埋藏在华北、松辽、北、鄂尔多斯等地的大中型沉积盆地之中。目前，中国经正式勘察并经国土资源主管部门审批的地热田为103处，全国已打成地热井2000多眼，提交的B+C级可采地热资源量每年
10、3.3亿立方米;经初步评价的地热田214个，D+C级地热可开采资源量每年约5亿立方米。2 地热能的直接利用技术地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热流体可利用的围如下：(1)200400，直接发电与综合利用；(2)150200，可用于双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工等；(3)100150，可用于双循环发电、供暖、制冷、工业干燥、脱水加工、回收盐类、制作罐头食品等；(4)50100，可用于供暖、温室、家庭用热水、工业干燥；(5)2050，可用于沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工等。2.1地源热泵技术（1）原理：地源热泵系统是一种利用地球(土壤、地表或地下
11、水体)所储藏的太阳能资源为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，由地能换热系统、热泵机组和室采暖空调末端系统所组成。热泵是先进的热能利用设备，能有效地利用空气、水体和土壤中蕴藏的低温热能。利用热泵，可以从低温地热尾水中提取热量，从而降低地热尾水的排放温度，增热利用温差。图2.1 地源热泵原理图（2）分类：根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。图2.2 地源热泵分类（3）特点：绿色清洁。地球表面的水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，收集了约47%的太阳辐射能量，是人类每年所利用能量的500多倍。地源热泵利用地球所储藏的太阳能资
12、源作为冷热源，是可再生能源利用技术。经济高效。地源热泵通过消耗少量电能，可从土壤、地表水、地下水等浅层地热中提取4-6倍于自身所消耗电能的能量进行利用。与常规冷热源系统相比，地源热泵系统的能量利用效率整体可提高30%左右，大大减少了系统运行能耗和费用，而且除实现制冷、制热功能外，可一套系统同时实现生活热水的制取。低碳环保。地源热泵系统在使用中利用清洁能源，减少煤、石油等化石能源的利用，并提高了能源使用效率，可大大减少二氧化碳等温室气体的排放，缓解城市热岛效应，并避免由于使用锅炉和冷却塔而引发的空气污染和噪声污染。运行稳定。由于浅层地热的温度相对稳定，热泵机组吸热或放热受外界气候影响小，其运行工
13、况比其它空调设备更稳定，可避免常规空调当外界气温过高或过低运行时不稳定的问题。（4）地源热泵技术在中国的发展：中国浅层地热能应用潜力巨大，初步估算，287个地级以上城市每年浅层地热能可利用资源量相当于3.56亿吨标准煤，扣除开发消耗的电能，净节能量相当干2.48亿吨标准煤，减少二氧化碳排放6.13亿吨。目前，中国地源热泵技术的建筑应用面积已超过1.4亿平方米，全国地源热泵系统年销售额已超过50亿元，并以30%以上的速度在增长，单体地源热泵系统应用面积高达80万平方米。(5)地源热泵有关利用技术：20世纪90年代以来，中国地源热泵系统取得许多突破性新技术，并广泛应用于地热工程领域，地源热泵技术是
14、实现地热能梯级利用、地温能利用和污水热能利用的有效手段，热泵技术、低温地板辐射技术和信息技术的有机结合与应用给地热能在供暖、制冷、环保等方面存在的问题提供了有效解决方法，整体提高了资源的利用率，保护了资源与环境。低温地板辐射技术。低温地板辐射采暖是将地暖专用塑管埋于地下，在管道通入3060的热水，使地面达到一定的温度，靠地面和围护结构、家具、人体等实体的辐射换热来维持房间需要的温度和人体的舒适性，具有高效节能等优点。信息技术。信息技术的应用有效提高了地热资源开发利用技术与管理水平。中国成功研制出地热资源数据库，建立了部分省市的地热资源开发利用评价设计系统和地热井远程监控系统，可实现对地热井的水
15、温、流量、水位等动态数据进行远程监控，有效进行地热资源的开发管理。地热梯级利用技术。地热梯级利用就是多级次地从地热水中提取热能，多层次地利用，以达到“能尽其用”的目的。通常情况下，可以将地热能要供暖的总负荷分成高温供暖部分与低温供暖部分，高温部分一般可以采用管网方式供暖，低温部分可以采用地板辐射采暖等。混合水源联动运行空调技术。混合水源联动运行空调技术是一项新的能源利用技术，利用处理后的工业废水与城市污水、湖水、地热尾水等低品位的能源作为空调系统的热、冷源，利用水源热泵提取热能与冷能进行供热与制冷。回灌技术。地热资源是在漫长的地质历史时期形成的，其补给来源十分有限。地热水的大量集中开采会因其理
16、藏深度大、补偿缓慢、再生速度不快而使地热水水位下降形成地面沉降和人为的资源“医乏”，而且地热水的随意排放对水土与大气造成污染。回灌是解决上述问题的根本方法口市塘沽区于220世纪80年代初开始进行基岩热储回灌，近几年回灌量是同期开采量的63%，有效遏制了水位下降过快的势头。增强型地热系统。增强型地热系统是国际上最为关注的两个发展趋势之一。增强型地热系统也叫干热岩地热，原理是从地表往干热岩中打一眼井(注入并)，封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水，高压水在岩体致密无裂隙的情况下，会使岩体大致沿垂直于最小地应力的方向产生许多裂缝，注入的水会沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，可以产生温度高达200300的高温高
