地熱能利用規劃原則：地熱發(fā)電-地熱供暖-地熱務(wù)農

  1、地熱能

 

  地熱能是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來(lái)自地球內部的熔巖，并以熱力形式存在，是引致火山爆發(fā)及地震的能量。地球內部的溫度高達攝氏7000度，而在80至100公英里的深度處，溫度會(huì )降至攝氏650度至1200度。透過(guò)地下水的流動(dòng)和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會(huì )滲出地面。運用地熱能最簡(jiǎn)單和最合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，并抽取其能量。  在離地球表面5000米深，15℃以上的巖石和液體的總含熱量，據推算約為14.5×1025 焦耳，約相當于4948萬(wàn)億噸標準煤的熱量。地熱來(lái)源主要是地球內部長(cháng)壽命放射性同位素熱核反應產(chǎn)生的熱能。按照其儲存形式，地熱資源可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和熔巖型5大類(lèi)。

 

  2、地熱資源按溫度的劃分

 

  中國一般把高于150℃的稱(chēng)為高溫地熱，主要用于發(fā)電。低于此溫度的叫中低溫地熱，通常直接用于采暖、工農業(yè)加溫、水產(chǎn)養殖及醫療和洗浴等。截止1990年底，世界地熱資源開(kāi)發(fā)利用于發(fā)電的總裝機容量為588萬(wàn)千瓦，地熱水的中低溫直接利用約相當于1137萬(wàn)千瓦。    地熱能集中分布在構造板塊邊緣一帶，該區域也是火山和地震多發(fā)區。如果熱量提取的速度不超過(guò)補充的速度，那么地熱能便是可再生的。地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。據估計，每年從地球內部傳到地面的熱能相當于100PW?h。不過(guò)，地熱能的分布相對來(lái)說(shuō)比較分散，開(kāi)發(fā)難度大。

 

  3、世界主要地熱帶

 

  世界地熱資源主要分布于以下5個(gè)地熱帶：

 

  ①環(huán)太平洋地熱帶。世界最大的太平洋板塊與美洲、歐亞、印度板塊的碰撞邊界， 即從美國的阿拉斯加、加利福尼亞到墨西哥、智利，從新西蘭、印度尼西亞、菲律賓到中國沿海和日本。世界許多地熱田都位于這個(gè)地熱帶，如美國的蓋瑟斯地熱田，墨西哥的普列托、新西蘭的懷臘開(kāi)、中國臺灣的馬槽和日本的松川、大岳等地熱田。

 

  ②地中海、喜馬拉雅地熱帶。歐亞板塊與非洲、印度板塊的碰撞邊界，從意大利直至中國的滇藏。如意大利的拉德瑞羅地熱田和中國西藏的羊八井及云南的騰沖地熱田均屬這個(gè)地熱帶。

 

  ③大西洋中脊地熱帶。大西洋板塊的開(kāi)裂部位，包括冰島和亞速爾群島的一些地熱田。

 

  ④紅海、亞丁灣、東非裂谷地熱帶。包括肯尼亞、烏干達、扎伊爾、埃塞俄比亞、 吉布提等國的地熱田。

 

  ⑤其他地熱區。除板塊邊界形成的地熱帶外，在板塊內部靠近邊界的部位，在一定的地質(zhì)條件下也有高熱流區，可以蘊藏一些中低溫地熱，如中亞、東歐地區的一些地熱田和中國的膠東、遼東半島及華北平原的地熱田。

 

  4、地熱能的利用

 

  人類(lèi)很早以前就開(kāi)始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、醫療，利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產(chǎn)養殖及烘干谷物等。但真正認識地熱資源，并進(jìn)行較大規模的開(kāi)發(fā)利用卻是始于20世紀中葉。

 

  4.1、地熱發(fā)電

 

  地熱發(fā)電是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體應首先應用于發(fā)電。 地熱發(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變?yōu)闄C械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。所不同的是，地熱發(fā)電不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。地熱發(fā)電的過(guò)程，就是把地下熱能首先轉變?yōu)闄C械能，然后再把機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。目前能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類(lèi)型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地熱發(fā)電的方式劃分為蒸汽型地熱發(fā)電和熱水型地熱發(fā)電兩大類(lèi)。

 

  4.1.1、蒸汽型地熱發(fā)電

 

  蒸汽型地熱發(fā)電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽輪發(fā)電機組發(fā)電，但在引入發(fā)電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發(fā)電方式最為簡(jiǎn)單，但干蒸汽地熱資源十分有限，且多存于較深的地層，開(kāi)采技術(shù)難度大，故發(fā)展受到限制（參考《資源》欄目有關(guān)文章）。主要有背壓式和凝汽式兩種發(fā)電系統。

 

  4.1.2、熱水型地熱發(fā)電

 

  熱水型地熱發(fā)電是地熱發(fā)電的主要方式。目前熱水型地熱電站有兩種循環(huán)系統：a、閃蒸系統。當高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會(huì )沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續利用后排出，當然最好是再回注人地層。 b、雙循環(huán)系統。地熱水首先流經(jīng)熱交換器，將地熱能傳給另一種低沸點(diǎn)的工作流體，使之沸騰而產(chǎn)生蒸汽。蒸汽進(jìn)入汽輪機做功后進(jìn)入凝汽器，再通過(guò)熱交換器而完成發(fā)電循環(huán)。地熱水則從熱交換器回注人地層。這種系統特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源。發(fā)展雙循環(huán)系統的關(guān)鍵技術(shù)是開(kāi)發(fā)高效的熱交換器。

 

  4.2、地熱供暖

 

  將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是僅次于地熱發(fā)電的地熱利用方式。因為這種利用方式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟性好，備受各國重視，特別是位于高寒地區的西方國家，其中冰島開(kāi)發(fā)利用得最好。該國早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個(gè)地熱供熱系統，現今這一供熱系統已發(fā)展得非常完善，每小時(shí)可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬(wàn)居民使用。由于沒(méi)有高聳的煙囪，冰島首都已被譽(yù)為“世界上最清潔無(wú)煙的城市”。此外利用地熱給工廠(chǎng)供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源， 用作硅藻土生產(chǎn)、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產(chǎn)過(guò)程的熱源也是大有前途的。目前世界上最大兩家地熱應用工廠(chǎng)就是冰島的硅藻土廠(chǎng)和新西蘭的紙槳加工廠(chǎng)。我國利用地熱供暖和供熱水發(fā)展也非常迅速，在京津地區已成為地熱利用中最普遍的方式。

 

  4.3、地熱務(wù)農

 

  地熱在農業(yè)中的應用范圍十分廣闊。如利用溫度適宜的地熱水灌溉農田，可使農作物早熟增產(chǎn)；利用地熱水養魚(yú)，在28℃水溫下可加速魚(yú)的育肥，提高魚(yú)的出產(chǎn)率；利用地熱建造溫室，育秧、種菜和養花；利用地熱給沼氣池加溫，提高沼氣的產(chǎn)量 等。 將地熱能直接用于農業(yè)在我國日益廣泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地熱溫室。各地還利用地熱大力發(fā)展養殖業(yè)，如培養菌種、養殖非洲鯽魚(yú)、鰻魚(yú)、羅非魚(yú)、羅氏沼蝦等。

 

  4．4、地熱行醫

 

  地熱在醫療領(lǐng)域的應用有誘人的前景，目前熱礦水就被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜。由于地熱水從很深的地下提取到地面，除溫度較高外，常含有一些特殊的化學(xué)元素，從而使它具有一定的醫療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調節胃酸、平衡人體酸堿度；含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥； 氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經(jīng)衰弱和關(guān)節炎、皮膚病等。 由于溫泉的醫療作用及伴隨溫泉出現的特殊的地質(zhì)、地貌條 件，使溫泉常常成為旅游勝地，吸引大批療養者和旅游者。在日本就有1500多個(gè)溫泉療養院，每年吸引1億人到這些療養院休養。我國利用地熱治療疾病的歷史悠久，含有各種礦物元素的溫泉眾多，因此充分發(fā)揮地熱的醫療作用，發(fā)展溫泉療養行業(yè)是大有可為的。

 

  未來(lái)隨著(zhù)與地熱利用相關(guān)的高新技術(shù)的發(fā)展，將使人們能更精確地查明更多的地熱資源；鉆更深的鉆井將地熱從地層深處取出，因此地熱利用也必將進(jìn)入一個(gè)飛速發(fā)展的階段。

 

  地熱能在應用中要注意地表的熱應力承受能力，不能形成過(guò)大的覆蓋率，這會(huì )對地表溫度和環(huán)境產(chǎn)生不利的影響！

 

  5. 中國地熱能的發(fā)展預測  利用地熱能的利用可分為地熱發(fā)電和直接利用兩大類(lèi)，而對于不同溫度的地熱流體可能利用的范圍如下：

  1、200～400℃直接發(fā)電及綜合利用；

 

  2、150～200℃雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工；3、100～150℃雙循環(huán)發(fā)電，供暖，制冷，工業(yè)干燥，脫水加工，回收鹽類(lèi)；4、50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業(yè)干燥；5、20～50℃沐浴，水產(chǎn)養殖，飼養牲畜，土壤加溫，脫水加工。

 

  現在許多國家為了提高地熱利用率，而采用梯級開(kāi)發(fā)和綜合利用的辦法，如熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，先供暖后養殖等。    我國的地熱資源也很豐富，但開(kāi)發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區。根據我國地熱開(kāi)發(fā)利用現狀、資源潛力評估和國家、地區經(jīng)濟發(fā)展預測，地熱產(chǎn)業(yè)規劃目標、任務(wù)初期，中期，遠期三個(gè)階段。

 

  在北方京、津、冀地區，環(huán)渤海經(jīng)濟區、京九產(chǎn)業(yè)帶、東北松遼盆地、陜中盆地、寧夏銀川平原地區發(fā)展地熱采暖、地熱高科技農業(yè)，建立地熱示范區，地熱采暖達到2200~2500m2。至2010年地熱開(kāi)發(fā)利用總量：地熱發(fā)電裝機達到75~100MW，地熱采暖達到2500m2。熱能利用總計約相當于1500萬(wàn)噸標煤當量。

 

  6、存在的障礙

 

  1．地熱管理體制和開(kāi)發(fā)利用工程、項目的適合市場(chǎng)經(jīng)濟的運行機制沒(méi)有建立起來(lái)，舊的計劃經(jīng)濟管理體制、運行機制還沒(méi)有完成改變，影響地熱產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展；2．地熱資源的勘探、開(kāi)發(fā)具有高投入、高風(fēng)險和知識密集的新興產(chǎn)業(yè)，化解風(fēng)險的機制和社會(huì )保障制度尚未建立起來(lái)，影響投資者、開(kāi)發(fā)者的信心、影響了地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展；3．系統的技術(shù)規程、規范和技術(shù)標準尚不健全和完善。