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地熱能

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地熱能(Geothermal energy)

目錄

什么是地熱能[1]

  地熱能是指地殼內能夠科學(xué)、合理地開(kāi)發(fā)出來(lái)的巖石中的熱量和地熱流體中的熱量。

地熱能的前景[2]

  地熱資源憑著(zhù)自身一系列的可再生優(yōu)點(diǎn)且蘊藏量豐富,隨著(zhù)石油、煤炭等傳統資源的逐漸枯竭,必將成為未來(lái)新資源的一個(gè)重要組成部分。目前國際上有100多個(gè)國家在開(kāi)發(fā)利用地熱資源,且每年都以高于10%的速度發(fā)展。資源專(zhuān)家普遍預測,到2100年地熱利用將在世界資源總值中占30%至U40%。

  由于地熱能是來(lái)自于地球內部的熱量,故其蘊藏量十分豐富。據估計,全球99%的物質(zhì)處于1000℃以上的高溫狀態(tài),只有不到l%處于100℃以下,盡管其中可利用部分很小,但僅利用現有技術(shù)可以開(kāi)發(fā)利用的地熱能就大于目前所有化石資源儲量30倍以上,因此地熱能是一種儲量極其豐富的替代資源,與其他可再生資源相比,也有著(zhù)巨大的蘊藏量?jì)?yōu)勢。

  據專(zhuān)家估算,地球陸地表面以下5公里以?xún)龋?5攝氏度以上巖石和地下水總含熱量達1.05X1025焦耳,相當于9950萬(wàn)億噸標準煤所能產(chǎn)生的熱量。地球內部的溫度高達4000℃,而在80至100公英里的深度處,溫度會(huì )降至650至1200℃。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。

  據測算,地球內部的總熱能量,約為全球約煤炭?jì)α康?.7億倍。每年從地球內部經(jīng)地表散失的熱量,相當于10001'L桶石油燃燒產(chǎn)生的熱量。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)。按照傳于地表的地熱的溫度高低,地熱可劃分為高溫地熱與中低溫地熱。高溫地熱一般用于發(fā)電。中低溫地熱則通常直接用于采暖、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。除了用于發(fā)電外,地熱能還可以因地制宜,直接利用到日常生產(chǎn)生活的保溫或制冷等。此外,地熱能和一般礦物燃料不同,地熱利用不用燃料,運行成本低。地熱還是人類(lèi)利用最古老的醫療保健方式之一。

  全球主要的地熱資源分布帶主要有環(huán)太平洋地熱帶、地中海一喜馬拉雅地熱帶、大西洋中脊地熱帶、紅海一亞丁灣一東非裂谷地熱帶等。這些環(huán)球性地熱帶中有著(zhù)世界上許多著(zhù)名的地熱田,如美國的蓋瑟爾斯、長(cháng)谷、羅斯福;墨西哥的塞羅、普列托;新西蘭的懷臘開(kāi);中國的臺灣馬槽;日本的松川、大岳;中國的西藏羊八井及云南騰沖地熱田。冰島的克拉弗拉、納馬菲亞爾和亞速爾群島熱氣

地熱能的儲存形式[3]

  1、蒸汽型

  特點(diǎn)是排放蒸汽。蒸汽來(lái)源區的壓力基本不隨深度而改變。蒸汽排放的初始階段可能是濕蒸汽、干飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽,但隨著(zhù)開(kāi)采的進(jìn)行,蒸汽逐漸變干,或過(guò)熱度逐漸增大。蒸汽溫度高于150。C,且焓值高。生產(chǎn)層的壓力約3.3MPa。世界上正在開(kāi)發(fā)的意大利拉德瑞羅、美國蓋瑟爾斯、印度尼西亞的卡瓦卡馬江,及我國的西藏羊八井、云南熱海、臺灣大屯等地熱田都屬這種類(lèi)型。這類(lèi)地熱田的形成一般都與火山或巖漿活動(dòng)有關(guān),有強大的熱源補給,而地下水的補給適中。其天然狀態(tài)下含有的不流動(dòng)或微流動(dòng)的水,就是熱儲蒸汽的補給源,即天然狀態(tài)下有上升的蒸汽流和下降的水流(蒸汽凝結水)。

  2、熱水型

  是單相的熱水。通常既包括溫度低于當地氣壓下飽和溫度的熱水和溫度高于沸點(diǎn)的有壓力的熱水,又包括濕蒸汽。按其溫度范圍分為高溫(150。C以上)、中溫(90~150℃)和低溫(25~90℃)。這類(lèi)地熱田分布極廣,如美國加利福尼亞州的希伯、新西蘭的懷拉基和布羅德蘭茲、墨西哥的塞羅普列托、冰島首都雷克雅未克地熱田等。中國的地熱田大都屬這一類(lèi)。

  3、地壓型

  是以地壓水的形式,在地表以下4000~5000m深處,被不透水層(頁(yè)巖等)封閉在深部,沉積盆地中儲存,地壓可達幾百個(gè)大氣壓。地壓地熱能資源中的能量,實(shí)際由機械能(壓力差)、地熱能(高溫)和化學(xué)能(溶于水中以甲烷為主的天然氣)三部分組成。如美國得克薩斯州和路易斯安那州的近海地區(墨西哥灣)寬160~320km、長(cháng)約1290km、深3000~6000m、頂蓋厚1200~4850m的地熱田,地壓水溫隨深度增加而增高,在3048m處為150℃,6096m處為260℃,壓力梯度為2.187×104Pa/m,甲烷含量0.0036~0.0107m3/I。。每口井每日流量為15000m3,一個(gè)地壓水井[地表面水壓大于140atm(1atm一101325Pa),溫度127℃]可提供動(dòng)力1.05×106kW。

  4、干熱巖型

  是泛指地下普遍存在的沒(méi)有水或蒸汽的熱巖體,是一種比蒸汽、熱水和地壓地熱資源更為巨大的資源。具有開(kāi)采價(jià)值的是埋藏較淺(10km以?xún)?、干而不透水的熱巖體。利用鉆井穿入這種巖體,并設法使井間巖體破碎,然后注入流體,形成人工環(huán)流通道,并通過(guò)環(huán)流取出該系統的熱能量。

  5、巖漿型

  是利用地球深部高溫的巖漿,火山噴發(fā)時(shí)常把這種巖漿帶至地面。這種類(lèi)型的潛力相當大。巖漿型資源據估計約占已探明地熱資源的40%左右,但直接利用的技術(shù)難度大,目前無(wú)一開(kāi)發(fā)。

  上述五類(lèi)地熱資源中,目前應用最廣的是熱水型和蒸汽型。

  如前述,地熱能資源與地質(zhì)構造運動(dòng)有關(guān),而組成地球地殼的六大板塊和一些小板塊的邊緣是地震活動(dòng)、構造活動(dòng)、火山爆發(fā)的主要發(fā)源地,也是高溫地熱的分布地帶。世界四個(gè)大的地熱帶都是沿著(zhù)板塊邊緣分布的,其中有兩個(gè)大地熱帶分別經(jīng)過(guò)我國臺灣的大屯和西藏的阿里地區(包括羊八井、羊易鄉)至云南騰沖的熱海,使我國地熱能資源非常豐富。

地熱能的特點(diǎn)[4]

  地熱是一種潔凈的可再生能源,具有熱流密度大、容易收集和輸送、參數穩定(流量、溫度)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。地熱不僅是一種礦產(chǎn)資源,也是寶貴的旅游資源和水資源。

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參考文獻

  1. 李傳統主編.新能源與可再生能源技術(shù).東南大學(xué)出版社,2005年09月第1版.
  2. 關(guān)樂(lè )原著(zhù).中國資源安全戰略思考.人民日報出版社,2010.12.
  3. 高秀清,胡霞,屈殿銀編著(zhù).新能源應用技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2011.09.
  4. 程林主編.能量之源 能源卷.山東科學(xué)技術(shù)出版社,2007.4.
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