地热能的开发与利用

地热能简介地热能〔GeothermalEnergy〕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。地球内部温度高达相当于的温度更重要的是地热来源关于地热的来源，有多种假说。一般认为，地热主要来源于地球内部放射性元素蜕变放热能，其次，是地球自转产生的旋转能以及重力分异、化学反应，岩矿结晶释放的热能等。在地球形成过程中，这些热能的总量超过地球散逸的热能，形成巨大的热储量，使地壳局部熔化形成岩浆作用、变质作用。地表常温层（距地面约15米）以下约15公里范围内，地温随深度增加而增高。地热平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。普查勘探地热资源，一般采用地表地热调查、钻探和各种物探方法。近年来红外线遥感技术在勘查中取得显著效果。地热资源根据其在地下储热中存在的不同形式，可以分为五种类型：地下储热以温度较高的过热蒸汽为主，杂有少量其他气体，水很少或没有。地下热储以热水或湿蒸汽为主，根据其温度分为高温(150℃以上)、中温(90-150℃)和低温(90℃以下)。以地压水的形式储于地表下2—3km以下的深部沉积盆地中，被岩石盖层封闭有着很高压力，温度在150—260℃。地压水中还溶有大量的甲烷等碳氢化合物，构成有价值的产物。比上述各种资源规模更为巨大的地热资源，广义上是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石。从现阶段来说，是专指埋深较浅、温度较高(150-650℃)、有较大开发利用价值的热岩石。蕴藏于熔融状和半熔融状岩石中的巨大能量，温度在600-1500℃左右，埋藏部位最深，目前还难以开发。地热资源的类型(1)蒸汽型地热资源(2)热水型地热资源(3)地压型地热资源(4)干热岩型地热资源(5)岩浆型地热资源地热能开发利用概况1.地热发电3.地热务农5.地热行医2.地热供暖4.地热工业利用6.地热旅游下一步地热发电原理和分类1．直接利用地热蒸汽发电2．闪蒸地热发电系统(减压扩容法)3．双循环地热发电系统(低沸点工质循环)4．全流式地热发电系统5．利用干热岩发电上一步1．直接利用地热蒸汽发电将蒸汽型地热资源现有的温度、压力较高的干蒸汽，从地热井引出经井口分离装置分离掉蒸汽中所含的固体杂质，直接送人汽轮发电机组发电。这种方式投资少、系统最简单、经济性也高，但蒸汽型地热资源储量很少，只分布在有限的几个地热带上。这种方式投资少、系统最简单、经济性也高，但蒸汽型地热资源储量很少，只分布在有限的几个地热带上。2．闪蒸地热发电系统(减压扩容法)在目前经济、技术条件下开发普遍的是储量相对较多、分布较广的热水型地热资源，其热能产生形式是热水或湿蒸汽，比较合适采用闪蒸地热发电系统。来自地热井的热水首先进入减压扩容器，扩容器内维持着比热水压力低的压力，因而部分热水得以闪蒸并将产生的蒸汽送往汽轮机膨胀做功（如右图所示）如地热井口流体是湿蒸汽，则先进入汽水分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机做功，分离剩余的水再进入扩容器(如剩余热水直接排放就是汽水分离法，热能利用不充分)，扩容后得到的闪蒸蒸汽也送往汽轮机做功（如右图所示）闪蒸地热发电的特点是：系统比较简单，运行和维护较方便，而且扩容器结构简单、凝汽器采用混合式，金属消耗量少，造价低。存在的缺点主要是：产生的蒸汽压力低则比容大，蒸汽管道、汽轮机的尺寸相应也大，投资增加；设备直接受水质影响，易结垢、腐蚀；当蒸汽中挟带的不凝结气体较多时，需要容量大的抽气器维持高真空，因此自身能耗大。返回3．双循环地热发电系统(低沸点工质循环)低沸点工质循环是为克服闪蒸地热发电系统的缺点而出现的一种循环系统。地下热水用深井泵加压打到地面进入蒸发器，加热某种低沸点工质，使之变为低沸点工质过热蒸汽，然后送人汽轮发电机组发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，用工质泵再打回蒸发器重新加热，重复循环使用。为充分利用地热水的余热，从蒸发器排出的地热水去预热器加热来自凝汽器的低沸点工质液体，使其温度接近饱和温度，再进人蒸发器。为了保证从地热井来的地热水在输送过程中不闪蒸成蒸汽和避免溶解气体从水中逸出，管路中的热水压力始终大于其温度对应的饱和压力(见图1—50)。双循环系统与闪蒸系统相比较：优点：⑴低沸点工质的蒸汽比容比减压扩容后的水蒸汽比容小得多，因此系统的管道和汽轮机尺寸都十分紧凑、造价也低；⑵汽轮机的做功介质是低沸点工质的蒸汽，就避免了地热水中气、固杂质所导致的腐蚀问题；⑶可以适应各种不同化学类型的地下热水；能利用温度较低的地热水；地热排水回灌地下，避免了地面的大气污染。缺点：⑴低沸点工质价格贵，来源不广，有的还易燃易爆或有毒性，因而要求系统各处的密封性好、技术要求高；⑵蒸发器、凝汽器和预热器都必须采用面式换热器，增加了传热温差引起的不可逆热损失，低沸点工质一般传热性能较差，换热面积要求较大，从而增加了投资；⑶操作和维修要求高。返回4．全流式地热发电系统根据热力学原理，由井口状态直接膨胀到废弃状态，就有可能将最大份额的可用功转换出来，而扩容系统不论级数多少，总是有部分可用能量随最后一级扩容器分离出来的热水被排掉。全流发电系统就是试图将来自地热井的地热流体(不论是水或是湿蒸汽)通过一台特殊设计的两相膨胀机，使其一边膨胀一边做功，最后以汽体的形式从膨胀机的排汽口排出。该方法比闪蒸地热发电系统中的单级闪蒸法和两级闪蒸法地热发电系统的单位净输出功率可分别提高60％和30％左右。为了获得全流系统的优越性能，膨胀机的效率必须达到70％以上，但目前的实验机组还没有达到这一指标，全流地热发电系统仍未进人商业应用阶段。5．利用干热岩发电蒸汽型、热水型地热资源开发利用比较方便，但储量不多，尤其是适合发电的高温资源更少，而干热岩地热资源分布广、储量多，一般在地表以下4-6km的深度范围内就可找到。干热岩发电原理就是将地壳深处干热岩破碎、制造人工的裂隙系统，把洁净水强制注人裂隙系统取得干热岩的热能而获取可做功的高温蒸汽，干热岩裂隙系统就是地下锅炉，干热岩破碎可以采用水力破碎和核爆炸破碎。目前有少数国家在试验、研究，如果干热岩流程技术能够解决，地热能也许会成为重要的新能源。返回地热供暖将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，备受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中冰岛开发利用得最好。冰岛地热发电站返回地热务农地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产；利用地热水养鱼，在28℃水温下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温室，育秧、种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量等。返回地热工业利用我国中西部地区地热水中含有许多贵重的稀有元素、放射性元素、稀有气体和化合物，如：溴、碘、硼、钾、氦、重水和钾盐等，是国防工业、原子能工业、化工工业及农业不可缺少的原料。目前仅在化工工业和轻纺工业等方面获得较好的利用。返回地热行医地热在医疗领域的应用有诱人的前景，目前热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。伊宁火龙洞：神奇地热能治病返回地热医疗与旅游由于地热水具有较高的温度、特殊的化学成分、气体成分、少量生物活性离子以及放射性物质等，并在一些地热区形成矿泥，对人体具有明显的医疗、保健作用，用于医疗、保健早为人们所关注。我国中西部的许多地区既拥有医疗矿水资源，又拥有温泉旅游观光资源，不少已成为著名的矿泉旅游疗养胜地，如陕西省临憧的华清池、河南省的汝州、内蒙古自治区的阿尔山等地，均在温泉区建有疗养院。冰岛著名的地热温泉——蓝湖（图）返回地热开发利用存在的问题一、可持续发展的问题二、环境保护的问题下一步（一）可持续发展问题随着地热资源利用领域的拓宽和社会需求的增加会给人们的生活带来越来越多的好处，但是人们对地热资源的综合利用价值和产业化开发利用的意义认识不足，将地热混同于一般的矿产资源或水资源。一些地热资源丰富的地区未能建立有自己特点的地热产业，使宝贵的地热资源开发停留在低层次、低效益的水平上，且资源浪费现象严重，相当一部分地区天然的温泉没有充分利用，被白白浪费；一些开发商对地热资源的特点认识不清，造成地热资源得不到合理开发和有效保护。地热资源是在特定的地质、构造、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的，由于埋藏深，补给途径远，再生能力弱，其资源量是有限的，并非取之不竭。要保持其资源的长期连续稳定开采，做到有计划合理开发利用，防止盲目无序随意开采造成资源浪费和环境地质问题的发生，否则就会造成资源的快速枯竭。为实现可持续开发利用的目的，在开发中，要采取行之有效的措施，建立资源利用中心的高教低耗体系，要积极推广应用高新技术与设施，提高地热开发的科技含量，发展节约型、效益型的开发利用模式，努力提高地热利用率，减少资源浪费，使地热创造更高的社会、环境、经济效益。、（二）环境保护问题地热资源的开发利用可能产生的环境问题是多方面的，主要有水污染、热污染、空气污染、土壤污染、地面沉降等。地热开发利用过程中，必然向大气和水体排放大量的热量，造成周围的空气或水体温度上升，影响了周围环境和生物的存活生长，破坏了水体的生态平衡；地热资源的开发利用过程中，热流体中所含的各种有害气体和悬浮物将排入大气中，造成空气污染；含盐量较高的地热水排入农田将侵蚀土地、破坏植被，会造成严重的土壤板结和盐碱化，同时地热水中，不同程度的含有氧、铀及钍等放射性元素，对人体健康有不同程度的危害；长期地热流体开采而不回灌，将导致地面的沉降和水平位移。所以，地热开发利用过程中引起的环境问题是不容忽视的，对于这些问题我们只要正确认识，给予必要的重视，且积极、认真的研究，采取各种有效的技术措施，严格监测和防治，是可以解决和控制的。美国看好地热能产业发展前景(一)产业发展有潜力(二)政府加大支持力度(三)企业、城市欢迎地热能下一步美国地热能协会（GEA）执行董事卡尔格威尔表示：“对于美国来说，地热能已经成为实现可再生和可持续发展未来的重要因素。”返回值得一提的是美国能源部还推出了一项“地热技术和发展行动计划”（GTP），用于推动地热能的勘探和开发。据GTP项目经理道格拉斯霍利特透露，仅在2008年，美能源部就为地热能开发筹集了3.68亿美元的资金。霍利特同时表示，在庞大的GTP计划中包含数十个技术项目，其中，又以“增强地热系统（EGS）”是最为主要的发展目标。“如今，EGS已经成为最有开发前途的地热技术。”负责该项目的美国家可再生能源实验室项目经理汤姆威廉姆斯证实。他同时透露，目前EGS在几个州共有7个示范项目正处于不同阶段，并且每个项目都被寄予厚望。“我们的目标是在2020年前，再开发一个装机5兆瓦的示范项目。能源部为此也投入许多，帮助解决技术等方面的问题。”他补充称。返回有了政策层面的大力支持，美国的诸多企业也对地热能开发表现出了兴趣。越来越多的企业加入了开发地热能的行列。“近年来，地热能这一产业已经开始脱胎换骨。同5年前相比，参与这一产业的公司数量大增；同2年前相比，地热能企业的发展也更活跃了。”美国地热能协会执行董事卡尔格威尔表示。比如，位于拉斯维加斯的内华达能源公司，自上世纪80年代以来，就根据购电协议出售地热能发出的电力。“2013年前，我们预计将有大量的地热能电力并入电网。”该公司地热能部门负责人鲍比霍利斯十分看好该产业的前景。另据内华达能源公司预计，未来几年内，地热能发电的增长有助于将该公司的可再生能源电力比例从目前的42%提升到50%左右。返回我国的地热资源1，中国地热概述2，地热资源3，中国地热资源按其属性可分为三种类型4，地热开发与利用下一步中国地热概述最近两年，在中国的东北高纬度寒冷的大庆地区和西北干旱的宁夏银川地区开展了地热勘探和开发利用工作，巨大的盆地型地热