地热能及其直接利用和发电技术

地热能及其直接利用和发电技术

目录

摘要： (2)

1 国内外地热能利用现状 (2)

2地热能的直接利用技术 (7)

2.1 地源热泵技术 (7)

2.2 地热务农技术 (10)

2.3 地热医疗技术 (10)

3地热发电技术 (11)

3.1 地热发电原理与技术 (11)

3.1.1地热蒸汽发电 (11)

3.1.2 地下热水发电 (12)

3.1.3 联合循环发电 (12)

3.1.4利用地下热岩石发电 (13)

3.2 地热发电循环系统 (14)

3.2.1 单机扩容系统 (14)

3.2.2 两级扩容系统 (15)

3.2.3 双循环系统 (16)

3.3 地热发电的技术关键 (16)

3.3.1 地热田的回灌 (17)

3.3.2 地热田的腐蚀 (18)

3.3.3 地热田的结垢 (18)

4 地热能开发产生的问题 (19)

4.1 利用率低 (19)

4.2 过量开采导致地面下降 (19)

4.3 环境污染 (19)

参考文献 (20)

摘要：

本文基于对国内外地热能及其应用技术的调研，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，以及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。

1 国内外地热能利用现状

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，地热能资源的范围一般指在地壳表层以下5000米以内岩石和地热流体所含的热量。

地球内部的温度高达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。

地球内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、中国台湾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西藏的羊八井及云南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

形成的地热带外，在板块内部靠近边界的部位，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、辽东半岛及华北平原的地热田。

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及其伴生的有用组成。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1．5 km左右的地表深度。

（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2km～3 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25～30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10715MW

e

，1980年以后，每5年约增加

1000 MW

e ，但从2005年的8902 MW

e

增加了1813 MW

e

，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 1950～2010年世界地热发电所的设备总容量、发电量及2015年预测

2005～2010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年增至72个，其设备容量从2005

年的28269 MW

e 增至2010年的50583MW

e

，增加约80％。据IGA 1995年以后的调

查，每5年约增加1．8倍，年间能量利用量也从2005年的273372TJ／a，增至2010年的438071TJ／a，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