1.1地熱能來源

 

  所謂地熱能，簡單地說．就是來自地下的熱能，即地球內部的熱能。據(jù)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9950萬億噸標準煤。按世界年耗100億噸標準煤計算，可滿足人類幾萬年能源之需要.如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為標準來計算、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  地球是一個巨大的實心橢球體，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。

 

  關于地熱的來源源問題，目前有許多不同的假說，因此，關于地熱的來源問題，也有許多不同的解釋。但是，這些解釋都一致承認，地球物質中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地熱的主要來源。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程。放射性物質的原子核．無需外力的作用，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。在地球內部，這些粒子和射線的動能和輻射能，在同地球物質的碰撞過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個要素。

 

  2.2地熱分類

 

  通常我們把地熱資源根據(jù)其在地下熱儲中存在的個同形式，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。在上述5類地熱資源中，目前能為人類開發(fā)利用的．是地熱蒸汽和地熱水兩大類資源，人類對這兩類資源已有較多的應用；干熱巖和地壓兩大類資源尚處于試驗階段，開發(fā)利用很少。不過，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的。僅按目前可供開采的地下3km范圍內的地熱資源來計算，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(tǒng)，它以產(chǎn)生溫度較高的過熱蒸汽為主，摻雜有少量其他氣體，所含水分很少或沒有。這種干蒸汽可以直接進入汽輪機，對汽輪機腐蝕較輕，能取得滿意的工作效果。但這類構造需要獨特的地質條件，因而資源少、地區(qū)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(tǒng)，它包括噴出地面時呈現(xiàn)的熱水以及水汽混合的濕蒸汽。這類資源分布廣、儲量豐富，根據(jù)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1000km、寬數(shù)百千米的巨大熱水體。地壓水除了高壓、高溫的特點外，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，實際上是由機械能(壓力)、熱能(溫度)和化學能(天然氣)3個部分組成的。

 

  2.2.4干熱巖型資源

 

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

 

  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(qū)，這類資源可以在地表以下較淺的地層中找到，但多數(shù)則是埋在目前鉆探還比較困難的地層中。

 

  目前能為人類開發(fā)利用的．主要是地熱蒸汽和地熱水兩大類資源，人類對這兩類資源已有較多的應用；干熱巖和地壓兩大類資源尚處于試驗階段，開發(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。深循環(huán)型地下熱水的形成、運動和儲存，與地質構造密切相關。

 

  (2)特殊熱源型。數(shù)十億年來地殼巖層一直在經(jīng)歷著斷裂、擠壓、折曲及破碎等變化。每當巖層破裂時，地球深部的巖漿就會通過裂縫向地表涌來。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(jù)板塊學說，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從世界范圍來說，主要有如下4個地熱帶：

 

  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型地熱帶 3.2 地熱在中國的分布  通過對中國30個省、市、自治區(qū)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(xiàn)地熱點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(xiàn)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(qū)。

 

  預計到20l0年，還可開發(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盆地以及東南沿海的福建、廣東、贛南、湘南等地。

 

  目前的開發(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

 

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

 

  4.2  分類:  按照載熱體類型、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.

 

  4.2.1．地熱蒸汽發(fā)電

 

  (1)背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。最簡單的地熱干蒸汽發(fā)電，是采用背壓式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。 工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質，然后就可把蒸汽通入汽輪機做功，驅動發(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)中的加熱過程。

 

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

 

  (2)凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)  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(tǒng)。 在該系統(tǒng)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抽氣，把由地熱蒸汽帶來的各種不凝結氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走 兩種方式：閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)；雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)4.2.2  地下熱水發(fā)電

 

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

 

  1）單級閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)(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(tǒng)；

 

  3）全流法地熱發(fā)電系統(tǒng)；

 

  （2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)：利用地下熱水來加熱某種低沸點工質，使其產(chǎn)生蒸汽進入汽輪機工作。雙循環(huán)地熱發(fā)電也叫做低沸點工質地熱發(fā)電或中間介質法地熱發(fā)電，又叫做熱交換法地熱發(fā)電。在這種發(fā)電系統(tǒng)中，低沸點介質常采用兩種流體；一種是采用地熱流體作熱源；另一種是采用低沸點工質流體作為一種工作介質來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(tǒng)即是由此而得名。常用的低沸點工質有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂—11、氟利昂—12等。

 

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

 

  缺點：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；大部分低沸點工質傳熱性都比水差，采用此方式需有相當大的金屬換熱面積；低沸點工質價格較高，來源欠廣，有些低沸點工質還有易燃、易爆、有毒、不穩(wěn)定、對金屬有腐蝕等特性。

 

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

 

  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：

 

  1）一個是發(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

 

  地熱可以用來為住戶取暖，提供熱水等。也可以用于溫室種植，溫水養(yǎng)殖，工業(yè)生產(chǎn)等。地熱資源在旅游業(yè)、醫(yī)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，清潔，以及幾乎無限的能源，隨著技術的發(fā)展，干熱巖及巖漿型地熱開發(fā)將取得突破，人們對地熱的直接利用也會多起來。在化石能源日益緊張的背景下，地熱資源的開發(fā)對人類更具吸引力，它是地球奉獻給人類的又一個能量寶庫，有其不可估量的前途。