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1、地热能的利用及发展 地热能的利用及发展环境工程 黄旭 0902031025摘要： 地热能是来自地球深处的热能，它源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。深部地下水的循环和来自深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近地表层。在有些地方，热能随自然涌出的蒸汽和水而到达地面。严格地说，地热能不是一种可再生的资源，而是像石油一样，是可开采的能源，最终的可回采量将依赖于所采用的技术。如果将水重新注网到含水层中，使含水层不枯竭，可以提高地热的再生性。 近年来地热能还被应用于温室、热泵和地球供热。在商业应用方面，利用过热蒸汽和高温水发电已有几十午的历史。利用中等温度(100)水通过双流体循环发电设备发电
2、的技术现已成熟。地热热泵技术也取得了明显进展。由于这些技术的进展，地热资源的开发利用得到较快的发展。研究从干燥的岩石中和从地热增乐资源及岩浆资源中提取热能的有效方法，可进一步增加地热能的应用潜力。关键字： 地热能 开发利用 发展 一、地热能概述地热能Geothermal Energy是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达7 000，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1 200。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
3、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。 地球内部实际上是个大火球，但是我们生活在这个火球上却并不觉得灼热难忍，这得归功于组成地壳的岩石，它们是良好的热绝缘体，既有效地防止了地球内部的热量向太空散失，又很好的保护了我们免被地下高温烫伤。假定地球的平均温度是2000，地球的质量约为61024kg，地球内部的比热容为1.05kJ/（kg），那么整个地球内部的热含量大约是1.251031J。即便是在地球表面10km厚的薄薄一层里，所储存的热量就有11025J。地壳中的热主要靠导热传输，但地壳岩石的平均热流密度低，只有由于某种集
4、热作用才能开发利用。大大盆地中深埋的含水层可大量集热，每当钻探到这种含水层时，就会流出大量高温热水，这是天然集热的常见形式：岩浆侵入地壳浅处，是地壳内最强的导热形式，侵入的岩浆体形成局部高强度热源，也成为地热能开发的有利条件。在地壳中，地热的分布可分为三个带，即可变温度带、常温带和增温带。可变温度带厚度一般为1520m，它由于受到太阳辐射的影响，故温度有周期性变化的特点；常温带深度一般为2030m，其温度变化幅度几乎等于零；增温带在常温带以下，温度随深度的增加而升高，其热量的主要来源是地球内部的热能。这种温度的变化称为地热增温率。各地的地热增温率差别很大，平均来说地热增温率为每加深100m，温
5、度升高8，到达一定温度后，地热增温率由上而下逐渐减小（见图1-1）。按照地热增温率的差别，把陆地上不同的地区划分为正常地热区和异常地热区。地热增温率接近3的地区，称为正常地热区；远超过3的地区，称为异常地热区。在正常地热区， 较高温度的热水或蒸汽埋藏在地壳的深处；在异常地热区，由于地热增温率较大，较高温度的热水或蒸汽埋藏在地壳的较浅部位，有的甚至露出地表。按照地热资源的温度不同，通常把热储温度大于150的称为高温地热资源，小于90的称为低温地热资源。由于地热利用的范围越来越广，地热资源的温度分级也将随着利用价值而会有所改变。根据地热资源的性质和存在状态，可将其分为五种系统，如表1-1所示。表1
6、-1 地热资源分类 表1-1中前两类统称为水热型，是现在开发利用的主要地热资源。后两类属于今后大量利用时可加以考虑的潜在地热资源。第三类地压型地热资源虽然生成条件不太普遍，往往还含有甲烷之类的化学能及由高压所致的机械能。二、世界各国地热能的利用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能利用的范围如下：(1)200一400，直接发电及综合利用。(2)150一200，双工质循环发电、制冷、干燥、工业热加工。(3)100一150，双工质循环发电、供暖、制冷、干燥、脱水加工(4)50一100，供暖、温室、家庭用热水、干燥。(5)20一50，休浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加
7、温、脱水加工。为了提高地热利用率，常采用梯级开发和综合利用的办法，如热电联产、热电冷三联产、先供暖后养殖等。近年来，国外十分重视地热能的直接利用。因为进行地热发电，热效率低，温度要求高所谓热效率低，是指地热发电的效率一般只有6.4一18.6。所谓温度要求高，是指利用地热能发电，对地下热水或蒸汽的温度要求一班在150以上；否则，将严重地影响其经济性。而地热能的直接利用，不但能量的损耗要小得多，并且对地下热水的温度要求也低得多，15180的温度范围均可利用。在全部地热资源中，这类个、低温地热资源是十分丰富的，远比高温地热资源大得多。但是，地热能朗直接利用也有其局限性，由于受载热介质热水输送距离的制
8、约。目前地热能的直接利用发展十分迅速，已广泛地应用于丁业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田港溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等各个方面，收到了良好的经济效益，节约了能源。地热能的直接利用，技术要求较低，所需设备也较为简易。在直接利用地热的系统中，尽管有时因地热流中的盐和泥沙的含量很低而可以对地热加以宣接利用，但通常都是用泵将地热流抽上来，通过热交换器变成高温气体和高温液体后再使用。地热能直接利用中所用的热源温度大部分在40以上。如果利用热泵技术，温度20或低于20的热液源也可以被当作一种热源来使用。热泵的工作原理与家用电冰箱相同，只不过电冰箱实际上是单向输热，而地热热泵则可双向输
9、热。冬季，它从地球提取热量，然后提供给住宅或大楼(供热模式)；夏季，它从住宅或大楼提取热量，然后又提供给地球苫存起来(空调模式)。不管是哪一种循环方式，水都是加热并蓄存起来，发挥了一个独立热水加热器的全部或部分功能。因此地热泵可以提供比自身消耗的能量高34倍的能量，它可以在很宽的地球温度范围内使用。美国到2030年地热泵可为供暖、散热和水加热提供高达6.8l07t油当量的能量。三、地热能利用现状1)技术现状：我国已建立了一套比较完整的地热勘探技术方法和评价方法；地热开发利用丁程勘探、设计、施工已有资质实体；设备基本配套，国产化，有专业制造厂家；监测仪器基本完备并国产化。2) 产业化现状：概括全
10、国地热开发利用规模、技术、经济分析研究，可以认为：(1) 地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造30 MW以上规模的地热电站，单机可以达到10 MW。电站可以进行商业运行。(2) 地热供热产业。全国已实现地热供热8106mJ，在天津地区单个地热供暖小区面积已达(810)105mJ(3) 地热钻井产业。目前己具备施工5 000 m深度地热钻探工程的技术水平，在华北地区，从事地热钻探的3200 m型钻机就有15台套，具备了大规模开发地热的能力。(4) 地热监测体系、生产与回灌体系正逐步完善和建立，但当前正处在试验研究阶段，尚没有形成工业化运行。 (5) 地热法规和标准尚需健全和完善，特别是地
11、下、地面工程设施的施工，需尽快完善和建立技术规程相技术标准。培育专业化施工(从地下到地上)企业，建立企业标推和行业标准。3) 市场需求现状： 市场预测情况是到2010年的地热发电装机容量为2550 MW，累积装机容量65100 MW；地热采暖，(810)106m2，累积(2225)106m2四、地热能发展预测根据我国地热开发利用现状、资源潜力评估、国家和地区经济发展预田，地热产业规划目标是：到2010年高温地热发电装机达到75100 MW。主要勘探开发藏滇高温地热200一250以上深部热储。力争单并地热发电装机潜力达到10 MW以上，单机发电装机10 MW以上。地热采暖达到(2225)107m
12、2，主要在京、津、冀地区。环渤海经济区、京九产业带、东北松辽盆地、陕中盆地、宁夏银川平原地区也应大力发展地热采暖和地热高科技农业，建立地热示范区。单并地热采暖工程力争达到15105m2。热能利用总计约相当于15l07t标准煤当量。存在的主要障碍表现为：(1) 地热管理体制和开发利用工程、项目适合市场经济的运行机制还没有建立起来，旧的计划经济管理体制和运行机制还没有完成改变，影响地热产业快速健康发展。(2) 地热资源的勘探、开发是具有高投入、高风险和知识密集的新兴产业，分组风险的机制和社会保障制度尚未建立起来，影响投资者、开发者的信心，影响了地热产业的发展。(3) 系统的技术规程、规范和技术标准尚不健全和完善。参考文献（1） 陈墨香，汪集团，邓孝主编.中国地热资源形成特点和潜力估算.北京，北京科学出版社，1994（2） 蔡义汉.地热直接利用.天津，天津大学出版社，2004（3） 刘时彬.地热资源及其开发利用和保护.北京，化学丁业出版社，2005（4） 姜南.可再生能源配额制研究D.济南，山东大学，2007（5） 冯世良.我国新能源发展现状与开发前景.中国石油和化工经济分析，2007（6） 穆献中，刘炳义.新能源和可再生能源发展与产业化研究.北京，石油工业出版社 , 2009.01 （7） 李全林.新能源与可再生能源.2008,12- 5 -
