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阅读 4547 次 历史版本 1个 创建者:zhangheng2011 (2011/5/9 13:24:49)  最新编辑:zhangheng2011 (2011/6/10 13:28:55)
地熱能
拼音:dìrènéng (direneng)
英文:Geothermal Energy
同义词条:Geothermal Energy
  
地熱能
     地熱能
 
  地熱能〔Geothermal Energy〕是由地殼抽取的天然熱能,這種能量來自地球内部的熔岩,並以熱力形式存在,是引致火山爆發及地震的能量。地球内部的溫度高達7000℃,而在80至100公英里的深度處,溫度會降至650至1200℃。透過地下水的流動和熔岩湧至離地面1至5公里的地殼,熱力得以被轉送至較接近地面的地方。高溫的熔岩將附近的地下水加熱,這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法,就是直接取用這些熱源,並抽取其能量。地熱能是可再生資源
 
 

地熱能介紹

 
地熱能
     地熱能
  地熱能是來自地球深處的可再生熱能。它起源於地球的熔融岩漿和放射性物質的衰變。地下水的深處循環和來自極深處的岩漿侵入到地殼後,把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方,熱能隨自然湧出的熱蒸汽和水而到達地面,自史前起它們就已被用於洗浴和蒸煮。通過鑽井,這些熱能可以從地下的儲層引入水池。房間、溫室和發電站。這種熱能的儲量相當大。據估計,每年從地球内部傳到地面的熱能相當於100PW·h。不過,地熱能的分布相對來說比較分散,開發難度大。實際上,如果不是地球本身把地熱能集中在某些地區(一般來說是那些與地殼構造板塊的界面有關的地區),用目前的技術水平是無法將地熱能作爲一種熱源和發電能源來使用的。嚴格地說,地熱能不是一種“可再生的”資源,而是一種像石油一樣,可開采的能源,最終的可回采量將依賴於所采用的技術。將水(傳熱介質)重新注回到含水層中可以提高再生的性能,因爲這使含水層不枯竭。然而在這個問題上沒有明確的結論,因爲有相當一部分地熱點可采用某種方式進行開發,讓提取的熱量等於自然不斷補充的熱量。實事求是地講,任何情況下,即使從技術上來說地熱能不是可再生能源,但全球地熱資源潛量十分巨大,因此問題不在於資源規模的大小,而在於是否有適合的技術將這些資源經濟開發出來。

  地熱能是指貯存在地球内部的熱能。其儲量比目前人們所利用的總量多很多倍,而且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區。如果熱量提取的速度不超過補充的速度,那麼地熱能便是可再生的。高壓的過熱水或蒸汽的用途最大,但它們主要存在於幹熱岩層中,可以通過鑽井將它們引出。地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。老的技術現在依然富有生命力,新技術業已成熟,並且在不斷地完善。在能源的開發和技術轉讓方面,未來的發展潛力相當大。地熱能是天生就儲存在地下的,不受天氣狀況的影響,既可作爲基本負荷能使用,也可根據需要提供使用。

  地熱能的利用自古時候起人們就已將低溫地熱資源用於浴池和空間供熱,近來還應用於溫室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱。在商業應用方面,利用幹燥的過熱蒸汽和高溫水發電已有幾十年的歷史。利用中等溫度(100℃)水通過雙流體循環發電設備發電,在過去的10年中已取得了明顯的進展,該技術現在已經成熟。地熱熱泵技術後來也取得了明顯進展。由於這些技術的進展,這些資源的開發利用得到較快的發展,也使許多國家的經濟上可供利用的資源的潛力明顯增加。從長遠觀點來看,研究從幹燥的岩石中和從地熱增壓資源及岩漿資源中提取有用能的有效方法,可進一步增加地熱能的應用潛力。地熱能的勘探和提取技術依賴於石油工業的經驗,但爲了適應地熱資源的特殊性(例如資源的高溫環境和高鹽度)要求,這些經驗和技術必須進行改進。地熱資源的勘探和提取費用在總的能源費用中占有相當大的比例。這些成熟技術通過聯合國有關部門(聯合國培訓研究所和聯合國開發計劃署)的艱苦努力,已成功地推廣到發展中國家

地熱能——地心熱的開發利用

何謂地熱

地熱原理
     地熱原理
  地球的内部非常熱,其地心溫度大約爲4000℃,熱能持續不斷地在流向地面,從地表輻射出去並消失在太空中。這一表面的平均熱能量值爲82毫瓦/米2,如果地球的表面積爲5.1×1014米2,那麼,這種連續不斷的熱流失率大約爲42兆兆瓦(熱)。到達地表的能量多數是很劣質的熱,很少被蒐集後直接使用。然而,在近百萬年間發生火山活動的地區,大量優質熱留存於熔岩或已結晶的2~10公里深的岩石中,用現代技術(如向岩石鑽探)可有效予以蒐集。

  從地殼岩石中抽取熱量並運至地表,需要熱傳遞介質。自然界是通過地下水實現這一點的。地熱庫下邊熱的熔岩將地下水加熱,熱水通過岩石中相互連接的斷層、裂縫和孔洞浮上來。斷層、裂縫和孔洞中的開放空間隻占岩石體積的2%~5%,但當它們充滿了熱水並且相互連接,將形成一個多孔滲透地熱庫。地熱水的溫度在一處與另一處可相差極大。有的地熱源可產生300℃以上的熱水,有的則產生沸點以下(在海平面水的沸點爲100℃)的水。高於150℃的高溫熱源一般可用以發電,低溫熱源可直接加熱使用,如工業加工、區域供熱、溫室加熱、食品幹燥和水產養殖。

地熱發電

  地熱發電,實際上是用蒸汽動力發電。通過打井找到正在上噴的天然熱水流。由於水是從1~4公里的地下深處上來的,所以水是處在高壓下。一眼底部直徑25釐米的井每小時可生產20~80萬公斤的地熱水與蒸汽。由於水溫的不同,5~10眼井產出的蒸汽可使一個發電裝置生產出55兆瓦的電。這種發電裝置有兩類:汽輪機發電和二元發電裝置。爲了供給一台汽輪發電機蒸汽,抽出的地熱水(帶壓)在稱爲閃蒸罐容器的表面釋放出來,一部分水(約占35%,取決於它的溫度)閃蒸(沸騰)爲蒸汽,進入汽輪發動機進而帶動一台發電機。渦輪的排氣用傳統冷卻塔冷卻。閃蒸罐内剩餘的水在沸騰階段之後又注入熱庫邊緣的地下,它有助於維持熱庫的壓力並補充對流的水熱系統。

  在二元發電裝置中,不是將熱水閃蒸爲蒸汽,而是送至一台熱交換器,用以加熱工作介質,後者通常是有機化合物,如異丁烷或異戊烷。工作介質被氣化,用氣化後的蒸汽驅動渦輪發動機,進而帶動發電機。在離開渦輪後工作介質冷凝爲液體,流回熱交換器再次被氣化。地熱流體通過噴射井又回到地下,這一點與汽輪發電機中的情況很相似。由於在二元地熱發電裝置中所用的工作介質是在比水低的溫度下蒸發的,所以它的發電效率比汽輪發電機高。這兩類發電裝置各有其優點。汽輪發電機制造和運行都不太貴,但爲了在高效率下操作,它要求水溫在180~200℃以上。二元發電裝置制造和運行費用較高,但它可用100℃或更低溫的水發電。目前世界上多數正在運行的地熱發電裝置屬於汽輪機型,但二元發電裝置越來越普及。

地熱能的可持續性

  岩漿/火山的地熱活動的典型壽命從最低5000年到100萬年以上。這麼長的壽命使地熱源成爲一種再生能源。此外,地熱庫的天然補充率從幾兆瓦到1000兆瓦(熱)以上。人類第一次用地熱水發電是在1904年意大利的拖斯卡納。1958年新西蘭的北島開始用地熱源發電(目前爲212兆瓦);美國加州的噴泉熱田,從1960年就開始發電,目前的輸出功率爲1300兆瓦。顯然,地熱資源能夠可靠、安全和可持續性地運行。地熱生產的可持續性也可從存在於熱庫岩石(含熱量85%~95%)中的熱源判斷。在美國加州的噴泉熱田,熱含量保守估計至少相當於燃燒280億桶石油或62億短頓(1短頓=907公斤)煤所得的能量。

地熱資源特點


  “地熱”作爲一種礦產與其他礦產資源的區别在於它主要是通過開發其載體(地熱水或地熱流體)得以利用。因此對地熱資源的勘查與開發,主要是對地熱水資源的勘查與開發,其開發利用潛力的大小也主要取決於地熱水的存儲量及其補給速度的大小。在那些有地熱而無水的地區,地熱資源是難於得到開發利用的,既便是想利用,也必須采取特殊方式和手段,以水或其他流體作爲“熱”的載體通過水熱交換才能得到實現。作爲能源礦產有幾個顯著的特點:

  一是作爲能源利用的同時,還可以作爲水資源予以利用。尤其是那些不含有害組分、礦化度低的地熱水,作爲地熱能利用後,絕大多數都可作爲水資源加以利用,是淡水資源的必要補充。

  二是可開采利用地熱能的大小,應用範圍,取決於地熱水溫度及可開采水量。一個地熱田可開發利用的地熱能,依據地熱水溫度及可開采水量確定。

  地熱水溫度因所處地質條件不同而有很大差别, 對處於同一部位的傳導型地熱田,地熱水溫度隨熱儲層埋藏深度增溫。地熱資源按溫度分爲高溫、中溫、低溫三級,溫度不同其應用範圍也有所不同。

  三是地熱水中含有多種有益的礦物組分,具有廣泛的用途。地熱水是一個大的溶劑,尤其是在熱儲中滯留時間長、溫度高的地熱水,溶於其中的礦物質很多,地殼中被發現的所有元素在地熱水中幾乎都可以找到,有的地熱水中礦物質含量可達100g/L以上。一般說來,溫度較低的地熱水,礦物質絕對含量較少,但其中某些有益於人體的微量元素含量可達到飲用礦泉水標准,可作爲飲用天然礦泉水開發利用;溫度較高的地熱水,礦物質含量都較高,可含多種達到醫療礦水標准的物質組分,一般可作爲醫療礦水開發利用;有的地熱水中的某一種或幾種礦物質含量達到工業開發利用的程度而可作爲工業礦床開發利用。地熱水中可以提取有用元素的最低含量如下:

  碘(I):20-30 mg/L                 溴(Br)20-200 mg/L

  銫(Cs):>80 mg/L;              鋰(Li):>25 mg/L;

  銣(Rb):>200 mg/L;             鍺(Ge):>5 mg/L。

  四是地熱水中也不同程度的含有一些有害組分,開發利用會給當地環境造成一定的危害和影響,尤其是開發利用礦化度高的地熱水,其廢熱水排放會對附近水體造成一定的污染。我國不少地區的地熱水中氟含量較高,超過生活飲用水標准而不能直接用於飲用,就地排放,對附近水體也形成一定的污染;有的地熱水碳酸鹽含量高,或二氧化硅含量高,開發利用時,溫度降低會產生過飽和沉澱而形成結垢,影響設備的使用壽命;有的地熱水中硫化氫含量高,尤其是油田區的地熱水,對設備具有較強的腐蝕作用;還有的地熱水中含有一定的有毒、有害氣體, 排放也會給環境造成污染。

淺層地熱能開發利用存在的問題及對策

 
地熱能開發與利用
  地熱能開發與利用
  雖然淺層地熱能應用發展很快,但由於地源泵技術在我國的應用時間不長,人們對它的認識和一些規程規範的不盡完善,使得地源熱泵技術的全面推廣與應用存在不同程度的問題,尤其是這一行業的多專業結合性,各專業的密切配合,合理利用地溫資源,優化利用熱泵技術仍然是今後工作的重點,應引起高度重視。爲此,需要聚集“地源熱泵技術、水文地質工程地質勘察、監測與數字模擬和系統控制”等多專業的技術力量聯合開展這一技術的研發與應用。

  首先是我國大部分地源熱泵工程的審批、設計、施工和驗收,以及後期的監測與管理的整套程序沒有明確的管理部門。目前,隻有少數地方政府設立審批部門,如北京沈陽等。尤其是工程後期的管理與監測工作,尚無統一部門管理,因此,造成地源熱泵工程運行後的時間里,不了解地源熱泵系統是否節能與經濟。隻有當整個系統完全停止工作時,才知道出了問題,這樣導致人們對地源熱泵技術的擔心和疑慮,影響了新技術的推廣應用。

  其次是淺層地熱能地質基礎研究工作比較滯後。“淺層地熱能在我國起步並不晚,但現在發展已經滯後了。一個主要的原因就是對淺層地熱能沒有進行詳盡的研究。”專家說,淺層地熱能在國外發展依靠的是地質先行,而在我國,則是一些地質以外的行業(主要是熱泵機組廠商)作爲推動力量,有一部分人以爲隻要有了先進的熱泵技術就可以進行淺層地熱能的開發。“事實上,熱泵就如同礦山中常用的鑿岩機,隻是一個手段,盡管效率很高,但究竟可不可以采出礦石,最終還是需要地質工作來評價的。”淺層地熱能發展的好壞,取決於對地質條件的研究程度。當前,我國即將迎來一個淺層地熱能開發利用的高潮,需要有大量能夠研究淺層地熱能結構和換熱效果的專業隊伍,這樣在設計的過程中才能更合理地根據供暖面積來決定工程的施工方案。

  另外,我國的地源熱泵工程規模普遍比國外的大,國外大部分都集中在1萬平方米以下,我國十幾萬平方米的工程很多,而且建設規模有越來越大的趨勢,現在20~30萬平方米的工程很多城市都有。工程越大對地下環境的要求越高,尤其是大量地埋管換熱器集中在一個地塊,在城市里不但沒有充足的地下空間,而且對地下環境的影響也很大。有些工程把成百上千的地埋管換熱器集中布置在一塊地方,長期運行後,在中間部位的換熱器的換熱能力大大下降,從而影響整個地源熱泵系統的效率,甚至導致系統的癱瘓。

對策


  針對淺層地熱能開發與利用過程中出現的一些問題,北京有關專家與學者提出了可持續開發利用和保護淺層地熱能資源的對策。

  1、依靠科技進步和創新,提高淺層地熱能利用技術水平。地源熱泵系統是地質環境、熱泵系統、自動控制和暖通空調系統等多學科的有機結合。需要加強暖通空調與水文地質工程地質人員的密切配合,做到每一部分都要與整體相協調,才能使整個系統達到經濟、節能環保

  2、要貫徹落實科學發展觀,堅持"在保護中開發,在開發中保護"的方針。重視開發利用資源前環境影響評估工作,開展水源熱泵適用區開發利用淺層地熱能資源對環境影響的評估工作,重點評估因開發淺層地熱能資源而造成新的地面沉降、水質污染和熱污染等環境地質問題,減少環境隱患,實現可持續發展

  3、以地質勘查評價爲基礎,查清資源家底。科學開發利用淺層地熱能資源,必須重視開發利用前期的資源調查評價工作,重點開展熱泵相關土壤參數調查;研究淺層地熱能資源和地下水之間的相互關係;進行熱泵適用區劃分,估算熱泵適宜區淺層地熱能資源量;制訂切合實際的淺層地熱能開發利用規劃,將淺層地熱能的開發利用納入近期或遠期規劃建設中。

  4、加強相關技術研發,建立地溫場長期監測系統,提高能源利用效率。科學開發利用淺層地熱能資源,必須堅持節約高效原則,加強淺層岩土熱物性測試的研究;建立不同地層熱物性數據庫;開展不同換熱方式地下傳熱模型的模擬試驗;地埋管換熱器提高效率的設計優化;高性能回填材料的研究等相關技術研發工作,使采用熱泵系統開發利用淺層地熱能資源的功效更高;建立地溫場長期觀測換熱井及周圍地層溫度、水位、水質以及換熱(換冷)情況,了解(監測)其變化規律,特别是地源井回灌能力和溫度恢複情況;進行熱源井井距試驗,確定最佳井距數據;觀測地下換熱系統的實際換熱(換冷)效果,測量地層熱流值及熱傳導系數。通過長期觀測,爲建設地源熱泵系統工程的設計、勘察與施工管理部門提供可靠的科學的基礎數據,使熱泵系統不斷完善、不斷提高效率。
 




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