地热能工作原理

地热能工作原理

我们凭借小汽车前去工作或者带孩子上学，我们依赖家庭供热系统让自己在冬天保持温暖。我们认为轻易接通电脑、吸尘器与微波炉理所当然。

现在，科学家声称，用于驱动这些现代化生活设备的能源已经达到了极端短缺的地步。我们将在40年之内耗尽地球上的石油资源，随后天然气也将消耗殆尽。这些化石燃料的形成需要在地下埋藏数百万年，它们一旦被消耗完毕，我们仍然需要等待数百万年才能进行补充。我们不仅正在耗尽这些化石燃料，而且由于释放污染性副产品而造成生态灾难，包括增加污染与导致地球变暖。

新西兰波胡图间歇泉由于地球内部热量的膨胀而喷发

科学家目前正在和时间赛跑，希望在化石燃料耗尽之前找到更为清洁、有效和可再生的新能源。一种我们很少注意到的潜在能源就存在于我们的脚下。位于地球深层的热水与蒸气，可以用来为家庭和商业设施加热，并且能够更为清洁高效地发电，这种能源被称之为地热能（geothermal energy），这一词汇来源于古希腊语，geo代表地球，而therme意思是热量。

在地球中心积蓄着大量的地热，越是往下，温度越高。距离地球表面6437公里的地心位置，其温度可以高达4204摄氏度。大约在40亿年前，地球在形成过程中保存了部分能量。地球内部的温度足以熔化岩石，这些熔化状态的岩石被称为岩浆。由于岩浆的浓度低于周围的岩石，它们可能上升到地表。一些岩浆从地壳的裂缝中逸出，并通过火山的形式喷发出来。但是大部分情况下，岩浆都滞留在地表之下，从而对阻挡它们的岩石和蓄积在附近的水体进行加热。有时，这些水分从地壳裂缝中逃出并在地表形成湖泊和温泉，或者以热水和蒸汽（间歇泉）的形式喷发出来。余下的热水储蓄在地表之下的水池，被称为地热水库。

我们如何利用地热能

地热就存在于地下，只是需要我们收集罢了。地热能可以通过以下三种方法予以利用：

一、直接地热能：在接近地球表面的温泉或者地热水库，我们可以直接汲取热水加热房间或办公室。地热水通过热交换机泵出，然后引入到建筑物的加热系统。使用过的废水可以再注入到通往地热水库的井里，加热后再重新利用。

二、地热蒸汽泵：在地下几公里深，土壤和水的温度长期保持在10-15摄氏度。实际上一点点温度即可用来加热或者为家庭和办公室降温。水流会在一系列位地下、水下的管道，在地下水库与建筑物之间循环。一套压缩机或者热交换机将管中的热量泵出，并将它们输送到建筑中的风管网路。到夏天，这个程序是颠倒的。管道会将热量从房内抽出，并将它们带到地下或者室外的水中，从而在这些地方被吸收掉。

三、地热发电站：来自地下的热水或者蒸汽可以通过地下井排出地面，并且用于在电厂里发电。目前存在三种地热发电站：

1.干蒸汽发电站：热蒸汽直接从地下水库抽出，并注入热电站的发电机。蒸汽驱动涡

轮，进而产生电能。

2.

3.二次蒸汽发电站：温度介于148-371摄氏度之间的地热水通过水井泵出地面，一些

水转化为蒸汽，以驱动涡轮机。当蒸汽冷却后又重新凝结为水并返回土地。

4.

5.双循环发电站：中等水温的地热水通过热交换机，它的热量转移到一种低沸点液体

（比如异丁烯）当中，它可以在低于水温的情况下沸腾。当液体加热汽化，可以驱

动涡轮。

地热能与其它能源比较

专家们认为，地热能更加清洁、高效，比使用化石燃料更加划算，并且可以减小对国外石油的依赖。

地热能更加清洁是因为它可以在不必燃烧化石燃料的情况下产生能量。地热发电站所释放的二氧化碳只占化石燃料电站的极小部分，并且释放的一氧化碳和硫化气体也低得多。冰岛雷克雅维克通过地热为全市95%的建筑物供热，因而被认为是全世界最为清洁的城市之一。

位于美国俄勒冈州纽伯利火山口附近的地热钻探井正在接近地热源因为能量就近产生，它还节省了运输其它化石燃料的成本。地热能还被认为比煤炭和核电站更为可靠，因为它可以每天24小时，全年365天持续供热。

地热能的初装成本会比较高——钻每口地热井需要花费1-4百万美元，而每户家庭安装地热泵系统需要3万美元。但是，家庭地热系统可以为家庭节省能源开支达30%-40%，5-10年即可收回成本。

地热能被认为是可再生能源，因为它的热量会持续更替。热水的热量被使用后，会通过循环系统返回地下。

全世界每年利用的地热能达7,000瓦特，其中有2,700瓦特在美国生产（相当于每年燃烧6000万桶石油）。目前，我们并未充分开发地热能源的潜力。其主要原因是地球上的地热能源比较有限，而且通过钻探来利用地热比较困难且成本高昂。人们正在逐步开发更为先进的设备进行更深的钻探，从而将地热能带到更多的地方，并让更多人受益。现在，地热泵是最为可行的方法。它们可以在世界各地使用，因为地下的温度常年恒定。

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