第四章 地热能利用及技术

二、地热资源 1．地热资源定义 地热资源指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够 地热资源指 科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和热流体中的热能量 及其有用的伴生成分。 目前地热资源勘探的深度可达地表以下5000m，其中2000m内 为经济型地热资源，2000—5000m为亚经济型地热资源。 2、地热资源类型介绍 ①蒸汽型资源 蒸汽型资源是指地下热储中以蒸汽为主的对流水热系统，它 以产生温度较高的过热蒸汽为主，掺杂有少量其他气体，所含 水分很少或没有。这种干蒸汽可以直接进入汽轮机，对汽轮机 腐蚀较轻，能取得满意的工作效果。但这类构造需要独特的地 质条件，因而资源少、地区局限性大。
海底扩张、地幔对流、 海底扩张、地幔对流、板块俯冲
地幔对流与板块运动
地热资源形成的要素及形式 形成地热资源有热储层、热储体盖层、热流体通道和热源 4个要素。 地热资源在地下热储中的形式：蒸汽型、热水型、地压型、 干热岩型资源和岩浆型资源等几类。 目前能为人类开发利用的．主要是地热蒸汽和地热水两大 类资源，人类对这两类资源已有较多的应用；干热岩和地压 两大类资源尚处于试验阶段，开发利用很少。不过，仅仅是 蒸汽型和热水型资源所包括的热能，其储量也是极为可观的。 仅按目前可供开采的地下3km范围内的地热资源来计算，就 相当于2.9×1012 吨煤炭燃烧所发出的热量。
井 内 换 热 器 和 地 热 水 回 灌 系 统
地 热 潜 水 泵
地热换热站机房
（2）地热务农 ） 地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水 灌溉农田，可使农作物早熟增产；利用地热水养鱼，在28℃水温 下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温室，育秧、 种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量 等。 将 地热能直接用于农业在我国日益广泛，北京、天津、西藏和云南 等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展 养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾 等。
7.地热资源温度分级 7.地热资源温度分级 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： ► 200～400℃直接发电及综合利用； ► 150～200℃双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工； ► 100～150℃双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加 工，回收盐类，罐头食品； ► 50～100℃供暖，温室，家庭用热水，工业干燥； ► 20～50℃沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加 工。
②热水型资源 热水型资源是指地下热储中以水为主的对流水热系统，它包 括喷出地面时呈现的热水以及水汽混合的湿蒸汽。 这类资源分布广、储量丰富，根据其温度可分为高温 (>150℃)、中温(90—150℃)和低温(90 ℃以下)。 ③地压型资源 地压型资源是一种目前尚未被人们充分认识的、但可能是 一种十分重要的地热资源。它以高压水的形式储存于地表以下 2—3Km的深部沉积盆地中，并被不透水的盖层所封闭，形成 长1000km、宽数百千米的巨大热水体。地压水除了高压、高 温的特点外，还溶有大量的碳氢化合物(如甲烷等)。所以，地 压型资源中的能量，实际上是由机械能(压力)、热能(温度)和 化学能(天然气)3个部分组成的。
④干热岩型资源 干热岩型资源是比上述各种资源规模更为巨大的地热资源。 它是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石。从现阶段来说， 干热岩型资源专指埋深较浅、温度较高的有开发经济价值的热 岩石。提取干热岩中的热量，需要有特殊的办法，技术难度大。 ⑤岩浆型资源 岩浆型资源是指蕴藏在熔融状和半熔融状岩浆中的巨大能量， 它的温度高达600—1500℃左右。在一些多火山地区，这类资源 可以在地表以下较浅的地层中找到，但多数则是埋在目前钻探 还比较困难的地层中。
地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部 地热能 的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。ຫໍສະໝຸດ Baidu地球内部的温度高达摄氏7000度，而在80至100公英里的深 度处，温度会降至摄氏650度至1200度。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。
异物。
►地热水和天然蒸汽中的各种杂质，都会对地热利用产生影
响.
6.地热资源分布 6.地热资源分布 ①世界地热资源分布。根据板块学说，在各大板块的交接 世界地热资源分布。 处形成了有丰富地热资源的地热带。从世界范围来说，主要有 如下4个地热带： ►环太平详地热带； ►大西洋洋中脊型地热带； ►红海——亚丁湾——东非裂谷型地热带； ►地中海一喜马拉雅缝合线型地热带；
②中国地热资源分布。 中国地热资源分布。 我国大多数省（区）都有为数不同的地热露头，地热点分 布比较多的有：云南（345处），西藏（342）处，河北（320 处），四川（295处），广东（229处）等省区。我国地热资源 大部分属于中低温热水，80℃以上的地热点只有600多处。西藏 羊八井地热田闻名世界，它在海拔4200米高处，两侧是5000～ 6000米的高山雪岭。谷地平坦，热水沼泽星罗棋布，热汽喷口 爆炸遍地可见，许多温泉、热泉和沸泉连成一片。最引人瞩目 的是热水湖，湖面7300多平方米，最深处达16米，水温常常在 46～57℃。中国地热资源的分类（按地热资源成因）： 中国地热资源的分类（按地热资源成因）： ►现代火火山型：在台湾和云南 现代火火山型：在台湾和云南 ►岩浆型：在西藏 岩浆型：在西藏 ►断裂型：如辽宁、山东、山西、陕西以及福建、广东等地。 断裂型：如辽宁、山东、山西、陕西以及福建、广东等地。 ►断陷、凹陷盆地型：如华北盆地、松辽盆地、江汉盆地等。 断陷、凹陷盆地型：如华北盆地、松辽盆地、江汉盆地等。
温度为20℃或低于20℃的热液源也可以被当作 一种热 源来使用。目前，地热能直接利用节约能源，其经济技术效益
良好，推广应用十分迅速。
1.地热能直接利用 1.地热能直接利用
（1）地热供暖 将地热能直接用于采暖、供热和供热水。这种利用利用方式 简单、经济性好，特别是位于高寒的地区。目前，我国利用地热 供暖和供热水发展非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普 遍的方式。 在国外，如冰岛地热供暖开发利用得最好。冰岛于1928年在 首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供 热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取 7740吨80℃的 热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已 被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。 地热直接利用
（3）地热行医 地热在医疗领域的应用有诱人的前景。目前热矿水就被视为 一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下 提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而 使它具有一定的医疗效果。如合碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃 酸、平衡人体酸碱度；含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症； 氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。 由 于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件，使 温泉常常成为旅游胜地，吸引大批疗养者和旅游者。在日本就有 1500多个温泉疗养院，每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国 利用地热治疗疾病的历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多， 因此充分发挥地热的医疗作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。
高温地热资源主要集中在环太平洋地热带通过的台湾省，地 中海-喜马拉雅地热带通过的西藏南部和云南、四川西部。温泉 几乎遍及全国各地，多数属中低温地热资源，主要分布在福建、 广东、湖南、湖北、山东、辽宁等省。中国400万km2的沉积盆 地的地热资源也比较丰富，但差别十分明显，除青藏高原外， 总的来说盆地的地温梯度是由东向西逐渐变小。地处东部的松 辽平原、华北盆地和下辽河盆地等地温梯度较高，一般为2.56℃/hm；位于中部的四川盆地一般为1.7-2.5℃/hm；位于西部 的柴达木盆地和塔里木盆地仅为1.5-2℃/hm。目前中国已发现 的水温在25℃以上的热水点(包括温泉、钻孔及矿坑热水)约 4000余处，分布广泛。温泉出露最多的西藏、云南、台湾、广 东和福建，温泉数约占全国温泉总数的1/2以上；其次是辽宁、 山东、江西、湖南、湖北和四川等省，每省温泉数都在50处以 上。
据估计，仅地壳最外层10公里范围内，就拥有1254亿亿亿 焦热量，相当于全世界现产煤炭总发热量的2000倍。如果计 算地热能的总量，则相当于煤炭总储量的1.7亿倍。有人估计， 地热资源要比水力发电的潜力大100倍。可供利用的地热能即 使按1％计算，仅地下3公里以内可开发的热能，就相当于2.9 万亿吨煤的能量。这是多么惊人的数字啊！不过世界各地的地 热资源分布是不均匀的，有些国家地热资源特别丰富。冰岛就 是富地热资源的国家。它地处北极圈附近，尽管气候寒冷，但 地下却蕴藏着巨大的热能。冰岛的岩流几乎占全球岩流的三分 之一，近几个世纪里，平均每五年有一次火山爆发，有形成地 热的得天独厚的条件。据统计，冰岛拥有温泉、热泉、蒸汽泉、 间歇泉等达1500多个。
蒸汽田模型
5.地热水和天然蒸汽杂质 5.地热水和天然蒸汽杂质
►通常热水中合有较多的硫酸和铵、铁、铝等硫酸盐;有时
还有盐酸、硅酸、偏硼酸等。
►在地热水和蒸汽中的气体成分，则有二氧化碳、硫化氢、
甲烷、氨、氮、氢、乙烷等；
►在有的热水中还台有二氧化琉、盐酸气等。 ►除此之外，无论热水或蒸汽，都还常常挟带有泥砂等固体
深循环型
特殊热源型
4.地热田类型 地热田分为热水田和蒸汽田两大类型。 ►热水田：这种地热田开采出的介质主要是液态水，温度在 60—120℃之间，多属于深循环型热水，但有时也可能是特 殊热源型热水。热水田是地热田中一种较普遍的类型，既可 直接用于供暖和工农业生产，也可用于减压扩容法地热发电 系统。 ►蒸汽田：当储水层的上方有一透水性很差的覆盖岩层时， 由于覆盖层的隔水、隔热作用，覆盖层下面的储水层在长期 受热的条件下，就成为聚集大量具有一定压力和温度的蒸汽 和热水的热储，即构成为蒸汽田。蒸汽田还可以按井口喷出 介质的状态分为干蒸汽田和湿蒸汽田。蒸汽田特别适合于发 电，是十分有开采价值的地热田。
3．地下热水形成 一般可分为深循环型和特殊热源型两种形成类型. ►深循环型：一边冷水下降，一边热水上升，这就构成地下 热水的循环运动。深循环型地下热水的形成、运动和储存，与 地质构造密切相关。 ►特殊热源型：数十亿年来地壳岩层一直在经历着断裂、挤 压、折曲及破碎等变化。每当岩层破裂时，地球深部的岩浆就 会通过裂缝向地表涌来。如果涌出地表，即成为火山爆发；如 果停驻在地表下一定的深度，则成为岩浆侵入体。
三、地热能利用及技术
地热能利于主要有地热发电和地热直接利用两种。 地热能发电：利用高温地热（一般在150℃以上）蒸汽（水）驱 动汽轮机组发电。根据地热温度不同采用不同类型的汽轮机，但 热能利用效率较低，一般热源温度要在6.4～18．6％之间。 热源温度在40℃以上的地热能可以直接利用，广泛地应用于工 业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、 土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等各个方面。地热能的直接利用， 技术要求较低，所需设备也较为简易；如果利用热泵技术，
第四章 地热能利用及技术
一、地热及地热能
地热来源于地球内部，是地球内部长寿命放射性同位素热核 地热 反应产生的。 关于地球的起源问题，目前有许多不同的假说，因此，关于 地热的来源问题，也有许多不同的解释。但是，这些解释都一 致承认，地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要 来源。即地热 放射性元素有铀238、铀235等，这些放射性 元素的衰变是原子核能的释放过程。 放射性物质的原子核．无需外力的作用，就能自发地放出电 子、氦核和光子等高速粒子并形成射线。在地球内部，这些粒 子和射线的动能和辐射能，在同地球物质的碰撞过程中便转变 成了热能。