地热能的利用及发展

地热能的利用及发展

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6×1024kg，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1.25×1031J。即便是在地球表面10km厚的薄薄一层里，所储存的热量就有1×1025J。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15～20m，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20～30m，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，温度升高8℃，到达一定温度后，地热增温率由上而下逐渐减小。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。

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，15—180℃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3—4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6.8×l07t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8×106mJ，在天津地区单个地热供暖小区面积已达（8—10）×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25—50 MW，累积装机容量65—100 MW；地热采暖，（8-10）×106m2，累积（22-25）×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75—100 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（2.2—2.5）×107m2，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1.5×105m2。热能利用总计约相当于1.5×l07t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