地热能的开发与利用

地热能的开发与利用

摘要:

相对于太阳能和风能的不稳定性，地热能是较为可靠的可再生能源，这让人们相信地热能可以作为煤炭、天然气和核能的最佳替代能源。另外，地热能确实是较为理想的清洁能源，能源蕴藏丰富并且在使用过程中不会产生温室气体，对地球环境不产生危害。目前地热能的利用主要集中在地热发电，地热采暖，以及种植和养殖业。

关键词:

地热能发电清洁能源可持续发展

引言：

在可再生能源大家族中，地热是唯一的来自地球内部的能量，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。因为地球处于壮年期，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℃。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。由于人类利用的热量很小，地温一般可以在相同的时间尺度上恢复。因而地热能是可再生能源，基本不污染大气.也不排放温室气体。

1.地热能的产生及分布

离地球表面5000米深，15℃以上的岩石和液体的总含热量，据推算约为14.5×1025

焦耳，约相当于4948万亿吨标准煤的热量。地热来源主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能。按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。

地热资源按温度的划分。中国一般把高于150℃的称为高温地热，主要用于发电。低于此温度的叫中低温地热，通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。截止1990年底，世界地热资源开发利用于发电的总装机容量为588万千瓦，地热水的中低温直接利用约相当于1137万千瓦。

地热能集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。

据美国地热资源委员会1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。

2.地热能的利用现状

近年来，国际能源署(TFA)牵头制定了世界地热能技术路线图，政府间气候变化组织(IPCC)牵头编写了地热能特别报告。国际能源署领导了世界地热能技术路线图的制定，自2010年开始制定.并于2011年正式发布。TEA的路线图内容包括:全球地热资源的潜力，至2050年的地热能愿景，地热能开发利用技术现状，不同时间节点上的发展目标和相应的行

动方案、配套政策措施等内容。这个路线图仅涉及了水热型和干热型地热能的发电与直接利用。另外一项工作是由政府间气候变化组织完成的地热能特别报告(IPCC SRREN )。该报告涉及的地热能类型更多，与IEA的路线图不同的是，它对于浅层地热能也给出了发展愿景。

此外，中国科学院组织编制了中国能源技术路线图，其中包括地热能部分。中国地球物理学会地热专业委员会也多次组织国内相关专家研讨地热能发展战略。路线图的制定实际上是一次科技界与企业界对于能源发展取得共识的机会与表达的平台，对于技术与产业发展，对于政府能源政策的制定具有一定支撑作用。本文在借鉴国外地热能发展战略研究与技术路线图制定方法的基础上，结合多次讨论中形成的认识，探讨中国地热能技术与产业发展的路线图。

3.地热能的开发与利用方式

(1)地热采暖。

利用地热水采暖不烧煤、无污染，可昼夜供热水，可保持室温恒定舒适。地热采暖虽初投资较高，但总成本只相当于燃油锅炉供暖的四分之一，不仅节省能源、运输、占地等，又大大改善了大气环境，经济效益和社会效益十分明显，是一种比较理想的采暖能源。地热采暖在我国北方城镇也很有发展前途。北京、天津、辽宁、陕西等省市的采暖面积逐年增多，已具一定规模。天津已开采到80℃以上的热水, 据不完全统计, 天津目前共有地热井184眼, 供暖面积863万h , 利用地热水供生活热水达4176万户, 近百万市民通过各种渠道享用着地热资源带来的便利[ 4 ]。北京地热供暖目前已发展到数十家, 供暖面积已超过40万m2 , 供暖方式已由单一的直接供暖向间接供暖(利用换热器) 、地板式采暖以及热泵技术配合其他能源的调峰技术供暖等多种方式发展。

(2)地热在农副业方面的应用。

地热水也广泛应用于农副业生产。北京、河北等地用热水灌溉农田,调节水温, 用30～40℃的地热水种植水稻, 以解决春寒时的早稻烂秧问题。温室种植所需热源温度不高,在有地热资源的地方, 发展温室种植是促进该地区农业发展的方法之一。例如北京已建特种蔬菜温室20多hm2。此外, 昆明市利用地热水发展甲鱼养殖。从其饲养结果看, 每公顷水面养殖甲鱼的利润是池塘养鱼的40倍,且具有周期短、资金周转快和利润高的优点。

(3)应用于医疗保健、娱乐和旅游。

北京地区的地热水属于中低温热矿水, 富含锂、氟、氡、偏硼酸和偏硅酸等多种矿物质, 有一定的医疗和保健作用。经常用热矿水进行洗浴, 对高血压、冠心病、心脑血管、风湿病、皮肤病等有一定疗效。热矿水入室, 会提高居民的生活质量。此外, 依托温泉浴疗, 可以开发游泳馆、嬉水乐园、疗养中心、温泉饭店和温泉度假村等一系列娱乐旅游项目。[ 3 ]

4.地热能发电

由于热水和蒸汽的温度、压力以及它们的水、汽品质的不同，地热发电的方式也不同。常用的地热发电方式有以下几种：

(1)直接蒸汽法。从地热井取出的高温蒸汽，首先经过净化分离器，脱除井下带来的各种杂质，清洁的蒸汽推动汽轮机作功，并使发电机发电。所用发电设备基本上同常规火电设备一样。

(2)扩容发电方式。即地热水经井口引出至热水箱部分扩容后进人厂房扩容器，扩容后的二次蒸汽进人汽机作功发电。这种一次扩容系统，热利用率仅为3%左右。将一级扩容器出口蒸汽引人汽机前几级作功，一级扩容器后的地热水进人二极扩容器，经二级扩容后进人汽轮机中间级作功，这就是两次扩容地热发电，其热利用率可达6%左右。西藏羊八井地热发电站属此种发电方式的机组，单机容量为3000千瓦。