地热资源及其利用

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NO ・34・2006摘要：地热资源及其利用

关键词：

袁银梅（安徽工业大学冶金与资源学院

马鞍山

243002）

对21世纪的新能源—地热资源进行了研究,重点探讨了地热能的利用技术。

地热新能源利用技术1引言

在传统能源面临枯竭的危机面前和全球环境不断恶化的双重挑战下,开发新能源,成为我国长期的能源发展战略之一。而地热能因其资源丰富,清洁无污染等优点倍受人们密切关注。2地热资源

地球本身是一座巨大的天然储热库,在地球的地壳下通过元素的放射性衰变,不断地放出热量,因此,地球内部蕴藏着大量热能。所谓地热就是指地球内部蕴藏的热能。

据估计在地壳表层10km 的范围内,地热资源就达12.6×1026J,相当于4.6×1016t 标准煤,超过世界可采煤储量含热量的70000倍。按世界年耗100亿吨标准煤计算,可满足人类几十万年能源之用。这些地热随着地球内部的剧烈变动,通过火山爆发、地震和温泉等途径,经常不断地传到地表上来。

地热资源按存在形式可分为五大类型,即蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型。而能为人类开发利用的,目前还仅限于蒸汽型和热水型两类,岩浆型的利用,尚处于基础研究阶段,而干热岩型和地压型的开发利用,则处于实验阶段。

3地热能的基本利用

地热能的基本利用可分为直接利用和地热发电两大类。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。3.1直接利用（1）地热取暖。地热能直接用于采暖、供热和供热水是最经济、最简便、最有效的利用方式,在有地热资源的地方钻一口井,将地下热水直接引入所需要的地方。冰岛是世界上采用地热供暖最多的国家,其首都不再燃烧矿物燃料,被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。

采用地热供暖,虽一次性初投资较大(主要是钻井费用,它取决于地热水的埋藏深度),但综合经济效益仍优于烧煤取暖。大面积的地热采暖,必须采取集中开发。首先评估好地热资源之后,全面规划地热开采和回灌方案,建立换热、调峰供热系统。若地热温度较高,还必须考虑采暖后尾水的综合利用方案,以求合理利用能源和获取更好的经济效益。（2）地热进厂。地热在工业领域的应用十分广泛。比如:用来调节厂房空气;作为干燥和蒸馏的热流,使谷物和食鱼干燥;从地下热水里提炼稀有金属和元素钠、锂、钾、硼、碘、溴、硫等,还可提取核能工业的原料重水、氢、氧的同位素等;作为矿物加工的热源,用于硅藻土生产和精炼;在永久冻土地带改进矿山工作条件;道路融雪;用作甘蔗和甜菜制糖工业、造纸业、木材业、纺织业、制革业、酿酒业和橡胶业等热流能源等等。目前,世界上最大的两家地热应用工厂是冰岛

的硅藻土厂和新西兰的纸浆木材加工厂。

（3）地热务农。农业应用是地热利用的重要方式,中低温地热水最适宜作温室的热源。比如:利用地热建造地热温室;利用适宜温度的地热水灌溉农田,可使农作物早熟增产;用地热温水养鱼,在28℃的水温下可加速鱼的育肥,提高鱼的出产率;利用地热给沼气池加温,提高沼气的产量;还可育秧种菜等等。

值得注意的是,地热水直接用于农业方面,不仅提供热源,还提供水源,由于地热水所含的成分不同,对养殖和农作物会产生一定的影响。地热水中有些微量元素能刺激动植物的正常生长,但也有不少元素会在动植物体内累积成有害物质,作为人类的食物这些残毒将十分危险。为了安全起见,除在利用地热水之前严格进行水质化验外,并应随时进行水质的复检,以控制水质的变化。

（4）地热行医。地热水一般都含有某些特殊化学元素,具有一定的医疗效果。如:碳酸矿泉水供饮用,可调节胃酸、平衡人体酸碱度;铁水泉水饮用后,可治疗缺铁贫血症;氢泉、硫化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。3.2地热发电

目前应用的主要有两种地热发电方式：（1）蒸汽型地热发电。对于有压力的地热蒸汽,由于其热焓高,可通过地热井直接引入汽轮发电机组发电。但在引入发电机组前要把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单,但蒸汽型地热资源的蕴藏量较少,故发展受到限制。

（2）热水型地热发电。热水型地热发电是目前地热发电的主要方式,有两种循环系统：①闪蒸系统。当高压热水从热水井中抽至地面,由于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽,蒸汽送至汽轮机做功;而分离后的热水可继续利用后排出,或通过“还原井”送回地下。这种地下热水钻井深度一般为300~1500m,温度为150~300℃；②双循环系统。有的地热水中含有多种腐蚀性气体、杂质以及放射性元素和稀有金属。这些物质对汽轮机组磨损和腐蚀程度都比较大。因此需要采取多种净化措施,例如,用过滤器先排除杂质,防止积垢附着等，或者采用双循环系统。双循环系统把地热水作为热源,首先流经热交换器,将地热能传给另一种低沸点的工作流体(如氯化烷、氟里昂等),使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器,再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注入地层。发展该系统的关键技术是开发高效的热交换器。3.3干热岩型地热发电

干热岩的储量十分丰富,这种高温岩体受到岩浆的不断加热,形成一种“永久加热器”。干热岩发电的设想最早是在美国的洛斯阿拉莫科学实验室提出的,在高温岩石中打两个深井钻孔,并通过水力将岩石破碎,然后从注水井中注进冷水,让水在岩石的缝隙中加热,再从生产井中抽出热水,热水

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2006年第34期