為何地熱能需要綜合利用？

  1.1地熱能來(lái)源

 

  所謂地熱能，簡(jiǎn)單地說(shuō)．就是來(lái)自地下的熱能，即地球內部的熱能。據計算，地球陸地以下五公里內，15攝氏度以上巖石和地下水總含熱量達1.05E25焦爾，相當于9950萬(wàn)億噸標準煤。按世界年耗100億噸標準煤計算，可滿(mǎn)足人類(lèi)幾萬(wàn)年能源之需要.如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時(shí)所放出的熱量作為標準來(lái)計算、那么，石油的貯存量約為煤炭的3％，目前可利用的核燃料的貯存量約為煤炭的15％，而地熱能的總貯存量則為煤炭的1.7億倍。

 

  1.2地球構造  地球是一個(gè)巨大的實(shí)心橢球體，它的表面積約為5．11x108km2，體積約為1.0833x1012km2，赤道半徑為6378km，極半徑為6357km。地球的構造好像是一只半熟的雞蛋，主要分為3層。

 

  1)地殼:地球的員外面一層，即地球外表相當于雞蛋殼的部分，地殼由土層和堅硬的巖石組成，它的厚度各處不一，介于10—70km之間，2)地幔:地球的中間部分，即地殼下面相當于雞蛋白的部分，也叫做“中間層”，它大部分是熔融狀態(tài)的巖漿．地幅的厚度約為2900km,它內硅鎂物質(zhì)組成，溫度在1000℃以上.

 

  3)地核:地球的中心，即地球內部相當于雞蛋黃的部分．地核的溫度在2000—5000 ℃之間，外核深2900—5100km，內核深5100M以下至地心，一般認為是由鐵、鎳等重金屬組成的。

 

  關(guān)于地熱的來(lái)源源問(wèn)題，目前有許多不同的假說(shuō)，因此，關(guān)于地熱的來(lái)源問(wèn)題，也有許多不同的解釋。但是，這些解釋都一致承認，地球物質(zhì)中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地熱的主要來(lái)源。放射性元素有鈾238、鈾235、針232和鉀40等，這些放射性元素的衰變是原子核能的釋放過(guò)程。放射性物質(zhì)的原子核．無(wú)需外力的作用，就能自發(fā)地放出電子、氦核和光子等高速粒子并形成射線(xiàn)。在地球內部，這些粒子和射線(xiàn)的動(dòng)能和輻射能，在同地球物質(zhì)的碰撞過(guò)程中便轉變成了熱能。

 

  1.3地熱形成因素

 

  形成地熱資源有熱儲層、熱儲體蓋層、熱流體通道和熱源4個(gè)要素。

 

  2.2地熱分類(lèi)

 

  通常我們把地熱資源根據其在地下熱儲中存在的個(gè)同形式，分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型資源和巖漿型資源等幾類(lèi)。在上述5類(lèi)地熱資源中，目前能為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的．是地熱蒸汽和地熱水兩大類(lèi)資源，人類(lèi)對這兩類(lèi)資源已有較多的應用；干熱巖和地壓兩大類(lèi)資源尚處于試驗階段，開(kāi)發(fā)利用很少。不過(guò)，僅僅是蒸汽型資源和熱水型資源所包括的熱能，其儲量也是極為可觀(guān)的。僅按目前可供開(kāi)采的地下3km范圍內的地熱資源來(lái)計算，就相當于2.9×1012 t煤炭燃燒所發(fā)出的熱量。

 

  2.2.1蒸汽型資源

 

  蒸汽型資源是指地下熱儲中以蒸汽為主的對流水熱系統，它以產(chǎn)生溫度較高的過(guò)熱蒸汽為主，摻雜有少量其他氣體，所含水分很少或沒(méi)有。這種干蒸汽可以直接進(jìn)入汽輪機，對汽輪機腐蝕較輕，能取得滿(mǎn)意的工作效果。但這類(lèi)構造需要獨特的地質(zhì)條件，因而資源少、地區局限性。

 

  2.2.2熱水型資源

 

  熱水型資源是指地下熱儲中以水為主的對流水熱系統，它包括噴出地面時(shí)呈現的熱水以及水汽混合的濕蒸汽。這類(lèi)資源分布廣、儲量豐富，根據其溫度可分為高溫(>150℃)、中溫(90—150℃)和低溫(90 ℃以下)。

 

  2.2.3地壓型資源

 

  地壓型資源是一種目前尚未被人們充分認識的、但可能是一種十分重要的地熱資源.它以高壓水的形式儲存于地表以下2—3Km的深部沉積盆地中，并被不透水的蓋層所封閉，形成長(cháng)1000km、寬數百千米的巨大熱水體。地壓水除了高壓、高溫的特點(diǎn)外，還溶有大量的碳氫化合物(如甲烷等)。所以，地壓型資源中的能量，實(shí)際上是由機械能(壓力)、熱能(溫度)和化學(xué)能(天然氣)3個(gè)部分組成的。

 

  2.2.4干熱巖型資源

 

  干熱巖型資源是比上述各種資源規模更為巨大的地熱資源。它是指地下普遍存在的沒(méi)有水或蒸汽的熱巖石。從現階段來(lái)說(shuō)，干熱巖型資源專(zhuān)指埋深較淺、溫度較高的有開(kāi)發(fā)經(jīng)濟價(jià)值的熱巖石。提取干熱巖中的熱量，需要有特殊的辦法，技術(shù)難度大。

 

  2.2.5巖漿型資源

 

  巖漿型資源是指蘊藏在熔融狀和半熔融狀巖漿中的巨大能量，它的溫度高達600—1500℃左右。在一些多火山地區，這類(lèi)資源可以在地表以下較淺的地層中找到，但多數則是埋在目前鉆探還比較困難的地層中。

 

  目前能為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的．主要是地熱蒸汽和地熱水兩大類(lèi)資源，人類(lèi)對這兩類(lèi)資源已有較多的應用；干熱巖和地壓兩大類(lèi)資源尚處于試驗階段，開(kāi)發(fā)利用少。

 

  2.3 地下熱水的形成一般可分為深循環(huán)型和持殊熱源型兩種形成類(lèi)型.

 

  (1)深循環(huán)型。一邊冷水下降，一邊熱水上升，這就構成地下熱水的循環(huán)運動(dòng)。深循環(huán)型地下熱水的形成、運動(dòng)和儲存，與地質(zhì)構造密切相關(guān)。

 

  (2)特殊熱源型。數十億年來(lái)地殼巖層一直在經(jīng)歷著(zhù)斷裂、擠壓、折曲及破碎等變化。每當巖層破裂時(shí)，地球深部的巖漿就會(huì )通過(guò)裂縫向地表涌來(lái)。如果涌出地表，即成為火山爆發(fā)。如果停駐在地表下一定的深度，則成為巖漿侵入體。根據板塊學(xué)說(shuō)，在各大板塊的交接處形成了有豐富地熱資源的地熱帶。

 

  3.1從世界范圍來(lái)說(shuō)，主要有如下4個(gè)地熱帶：

 

  1）．環(huán)太平詳地熱帶

 

  2）．大西洋洋中脊型地熱帶

 

  3）．紅?！獊喍场獤|非裂谷型地熱帶

 

  4）．地中海一喜馬拉雅縫合線(xiàn)型地熱帶 3.2 地熱在中國的分布  通過(guò)對中國30個(gè)省、市、自治區的地熱資源普查、勘探表明，中國地熱資源豐富，分布廣泛。其中盆地型地熱資源潛力在2000億噸標準煤當量以上。全國已發(fā)現地熱點(diǎn)3200多處，打成的地熱井2000多眼，其中具有高溫地熱發(fā)電潛力有255處，預計可獲發(fā)電裝機5800MW，現已利用的只有近30MW。

 

  1)．高溫地熱資源

 

  中國的高溫地熱資源豐富，可用于地熱發(fā)電的合255處，總發(fā)電潛力為5800Mw。主要分布在西藏、滇西和中國臺灣地區。

 

  預計到20l0年，還可開(kāi)發(fā)利用10余處新的高溫地熱資源，發(fā)電潛力約為300MW。

 

  2)．中、低溫地熱資源

 

  中國的中、低溫地熱資源中可用于非電直接利用的有2900多處，  其中盆地型潛在地熱資源埋藏量約相當于2000億t標準煤。主要分布在松遼盆地、華北盆地、江漢盆地、渭河盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地等眾多的山問(wèn)盆地以及東南沿海的福建、廣東、贛南、湘南等地。

 

  目前的開(kāi)發(fā)利用量還不到資源保有量的1‰。  地熱能的利用可分為直接利用和地熱發(fā)電兩大方面.

 

  4.  地熱發(fā)電原理及分類(lèi)

 

  4.1原理:  地熱發(fā)電是利用地廠(chǎng)熱水和蒸汽為動(dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)，它涉及地質(zhì)學(xué)、地球物理、地球化學(xué)、鉆探技術(shù)、材料科學(xué)和發(fā)電工程等多種現代科學(xué)技術(shù)。

 

  4.2  分類(lèi):  按照載熱體類(lèi)型、溫度、壓力和其他特性的不同，可把地熱發(fā)電的方式劃分為地熱蒸汽發(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類(lèi).

 

  4.2.1．地熱蒸汽發(fā)電

 

  (1)背壓式汽輪機發(fā)電系統。最簡(jiǎn)單的地熱干蒸汽發(fā)電，是采用背壓式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統。 工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以?xún)艋?，?jīng)過(guò)分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后就可把蒸汽通入汽輪機做功，驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業(yè)生產(chǎn)中的加熱過(guò)程。

 

  應用：這種系統大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場(chǎng)合，或者綜合利用于工農業(yè)生產(chǎn)和人民生活的場(chǎng)合.

 

  (2)凝汽式汽輪機發(fā)電系統  為提高地熱電站的機組出力和發(fā)電效率，通常采用凝汽式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統。 在該系統中，由于蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環(huán)水泵打入冷卻水所冷卻而凝結成水，然后排走。 在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力，即真空狀態(tài)，設有兩臺帶有冷卻器的射汽抽氣器來(lái)抽氣，把由地熱蒸汽帶來(lái)的各種不凝結氣體和外界漏入系統中的空氣從凝汽器中抽走 兩種方式：閃蒸地熱發(fā)電系統；雙循環(huán)地熱發(fā)電系統4.2.2  地下熱水發(fā)電

 

  （1）閃蒸地熱發(fā)電系統：直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機工作。也叫做減壓擴容法地熱發(fā)電系統。

 

  1）單級閃蒸地熱發(fā)電系統(又包括濕蒸汽型和熱水型兩種)；2）兩級閃蒸地熱發(fā)電系統；

 

  3）全流法地熱發(fā)電系統；

 

  （2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統：利用地下熱水來(lái)加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)，使其產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機工作。雙循環(huán)地熱發(fā)電也叫做低沸點(diǎn)工質(zhì)地熱發(fā)電或中間介質(zhì)法地熱發(fā)電，又叫做熱交換法地熱發(fā)電。在這種發(fā)電系統中，低沸點(diǎn)介質(zhì)常采用兩種流體；一種是采用地熱流體作熱源；另一種是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為一種工作介質(zhì)來(lái)完成將地下熱水的熱能轉變?yōu)闄C械能。所謂雙循環(huán)地熱發(fā)電系統即是由此而得名。常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂—11、氟利昂—12等。

 

  優(yōu)點(diǎn)：利用低溫位熱能的熱效率較高：設備緊湊，汽輪機的尺寸??；易于適應化學(xué)成分比較復雜的地下熱水。

 

  缺點(diǎn)：不像擴容法那樣可以方便地使用混合式蒸發(fā)器和冷凝器；大部分低沸點(diǎn)工質(zhì)傳熱性都比水差，采用此方式需有相當大的金屬換熱面積；低沸點(diǎn)工質(zhì)價(jià)格較高，來(lái)源欠廣，有些低沸點(diǎn)工質(zhì)還有易燃、易爆、有毒、不穩定、對金屬有腐蝕等特性。

 

  單級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統 兩級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統；  閃蒸與雙循環(huán)兩級串聯(lián)發(fā)電系統。

 

  4.3.  經(jīng)濟性是考察地熱發(fā)電站設計和建設的最重要的綜合性指標。 衡量地熱發(fā)電站經(jīng)濟性的指標，主要有兩個(gè)：

 

  1）一個(gè)是發(fā)電量(kWh／t熱水)，它表示地熱發(fā)電站發(fā)電效率的高低；2）一個(gè)是地熱發(fā)電站的投資費用(元/kw)，它表示電站建設費用的大小。

 

  5.  地熱直接利用

 

  地熱可以用來(lái)為住戶(hù)取暖，提供熱水等。也可以用于溫室種植，溫水養殖，工業(yè)生產(chǎn)等。地熱資源在旅游業(yè)、醫療業(yè)也發(fā)揮重要作用。  地熱能中，蒸汽和熱水只是一小部分的地熱資源。地球的巖漿和干熱巖將提供廉價(jià)，清潔，以及幾乎無(wú)限的能源，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，干熱巖及巖漿型地熱開(kāi)發(fā)將取得突破，人們對地熱的直接利用也會(huì )多起來(lái)。在化石能源日益緊張的背景下，地熱資源的開(kāi)發(fā)對人類(lèi)更具吸引力，它是地球奉獻給人類(lèi)的又一個(gè)能量寶庫，有其不可估量的前途。