地热能

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地热能(Geothermal energy)

目录

什么是地热能[1]

  地热能是指地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热量和地热流体中的热量。

地热能的前景[2]

  地热资源凭着自身一系列的可再生优点且蕴藏量丰富,随着石油、煤炭等传统资源的逐渐枯竭,必将成为未来新资源的一个重要组成部分。目前国际上有100多个国家在开发利用地热资源,且每年都以高于10%的速度发展。资源专家普遍预测,到2100年地热利用将在世界资源总值中占30%至U40%。

  由于地热能是来自于地球内部的热量,故其蕴藏量十分丰富。据估计,全球99%的物质处于1000℃以上的高温状态,只有不到l%处于100℃以下,尽管其中可利用部分很小,但仅利用现有技术可以开发利用的地热能就大于目前所有化石资源储量30倍以上,因此地热能是一种储量极其丰富的替代资源,与其他可再生资源相比,也有着巨大的蕴藏量优势。

  据专家估算,地球陆地表面以下5公里以内,15摄氏度以上岩石和地下水总含热量达1.05X1025焦耳,相当于9950万亿吨标准煤所能产生的热量。地球内部的温度高达4000℃,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。

  据测算,地球内部的总热能量,约为全球约煤炭储量的1.7亿倍。每年从地球内部经地表散失的热量,相当于10001'L桶石油燃烧产生的热量。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。按照传于地表的地热的温度高低,地热可划分为高温地热与中低温地热。高温地热一般用于发电。中低温地热则通常直接用于采暖、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。除了用于发电外,地热能还可以因地制宜,直接利用到日常生产生活的保温或制冷等。此外,地热能和一般矿物燃料不同,地热利用不用燃料,运行成本低。地热还是人类利用最古老的医疗保健方式之一。

  全球主要的地热资源分布带主要有环太平洋地热带、地中海一喜马拉雅地热带、大西洋中脊地热带、红海一亚丁湾一东非裂谷地热带等。这些环球性地热带中有着世界上许多著名的地热田,如美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福;墨西哥的塞罗、普列托;新西兰的怀腊开;中国的台湾马槽;日本的松川、大岳;中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田。冰岛的克拉弗拉、纳马菲亚尔和亚速尔群岛热气

地热能的储存形式[3]

  1、蒸汽型

  特点是排放蒸汽。蒸汽来源区的压力基本不随深度而改变。蒸汽排放的初始阶段可能是湿蒸汽、干饱和蒸汽或过热蒸汽,但随着开采的进行,蒸汽逐渐变干,或过热度逐渐增大。蒸汽温度高于150。C,且焓值高。生产层的压力约3.3MPa。世界上正在开发的意大利拉德瑞罗、美国盖瑟尔斯、印度尼西亚的卡瓦卡马江,及我国的西藏羊八井、云南热海、台湾大屯等地热田都属这种类型。这类地热田的形成一般都与火山或岩浆活动有关,有强大的热源补给,而地下水的补给适中。其天然状态下含有的不流动或微流动的水,就是热储蒸汽的补给源,即天然状态下有上升的蒸汽流和下降的水流(蒸汽凝结水)。

  2、热水型

  是单相的热水。通常既包括温度低于当地气压下饱和温度的热水和温度高于沸点的有压力的热水,又包括湿蒸汽。按其温度范围分为高温(150。C以上)、中温(90~150℃)和低温(25~90℃)。这类地热田分布极广,如美国加利福尼亚州的希伯、新西兰的怀拉基和布罗德兰兹、墨西哥的塞罗普列托、冰岛首都雷克雅未克地热田等。中国的地热田大都属这一类。

  3、地压型

  是以地压水的形式,在地表以下4000~5000m深处,被不透水层(页岩等)封闭在深部,沉积盆地中储存,地压可达几百个大气压。地压地热能资源中的能量,实际由机械能(压力差)、地热能(高温)和化学能(溶于水中以甲烷为主的天然气)三部分组成。如美国得克萨斯州和路易斯安那州的近海地区(墨西哥湾)宽160~320km、长约1290km、深3000~6000m、顶盖厚1200~4850m的地热田,地压水温随深度增加而增高,在3048m处为150℃,6096m处为260℃,压力梯度为2.187×104Pa/m,甲烷含量0.0036~0.0107m3/I。。每口井每日流量为15000m3,一个地压水井[地表面水压大于140atm(1atm一101325Pa),温度127℃]可提供动力1.05×106kW

  4、干热岩型

  是泛指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩体,是一种比蒸汽、热水和地压地热资源更为巨大的资源。具有开采价值的是埋藏较浅(10km以内)、干而不透水的热岩体。利用钻井穿入这种岩体,并设法使井间岩体破碎,然后注入流体,形成人工环流通道,并通过环流取出该系统的热能量。

  5、岩浆型

  是利用地球深部高温的岩浆,火山喷发时常把这种岩浆带至地面。这种类型的潜力相当大。岩浆型资源据估计约占已探明地热资源的40%左右,但直接利用的技术难度大,目前无一开发。

  上述五类地热资源中,目前应用最广的是热水型和蒸汽型。

  如前述,地热能资源与地质构造运动有关,而组成地球地壳的六大板块和一些小板块的边缘是地震活动、构造活动、火山爆发的主要发源地,也是高温地热的分布地带。世界四个大的地热带都是沿着板块边缘分布的,其中有两个大地热带分别经过我国台湾的大屯和西藏的阿里地区(包括羊八井、羊易乡)至云南腾冲的热海,使我国地热能资源非常丰富。

地热能的特点[4]

  地热是一种洁净的可再生能源,具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定(流量、温度)、使用方便等优点。地热不仅是一种矿产资源,也是宝贵的旅游资源和水资源。

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参考文献

  1. 李传统主编.新能源与可再生能源技术.东南大学出版社,2005年09月第1版.
  2. 关乐原著.中国资源安全战略思考.人民日报出版社,2010.12.
  3. 高秀清,胡霞,屈殿银编著.新能源应用技术.化学工业出版社,2011.09.
  4. 程林主编.能量之源 能源卷.山东科学技术出版社,2007.4.
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