地熱能——地心熱的開發(fā)利用

1、地熱能地心熱的開發(fā)利用             【摘要】地球的內部非常熱，其地心溫度大約為4000，熱能持續(xù)不斷地在流向地面，從地表輻射出去并消失在太空中。這一表面的平均熱能量值為82毫瓦/米2，如果地球的表面積為5.1×1014米2，那么，這種連續(xù)不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦(熱)。何謂地熱地球的內部非常熱，其地心溫度大約為4000，熱能持續(xù)不斷地在流向地面，從地表輻射出去并消失在太空中。這一表面的平均熱能量值為82毫瓦/米2，如果地球的表面積為5.1×

2、;1014米2，那么，這種連續(xù)不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦(熱)。到達地表的能量多數(shù)是很劣質的熱，很少被搜集后直接使用。然而，在近百萬年間發(fā)生火山活動的地區(qū)，大量優(yōu)質熱留存于熔巖或已結晶的210公里深的巖石中，用現(xiàn)代技術(如向巖石鉆探)可有效予以搜集。從地殼巖石中抽取熱量并運至地表，需要熱傳遞介質。自然界是通過地下水實現(xiàn)這一點的。地熱庫下邊熱的熔巖將地下水加熱，熱水通過巖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只占巖石體積的2%5%，但當它們充滿了熱水并且相互連接，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

3、則產生沸點以下(在海平面水的沸點為100)的水。高于150的高溫熱源一般可用以發(fā)電，低溫熱源可直接加熱使用，如工業(yè)加工、區(qū)域供熱、溫室加熱、食品干燥和水產養(yǎng)殖。地熱發(fā)電地熱發(fā)電，實際上是用蒸汽動力發(fā)電。通過打井找到正在上噴的天然熱水流。由于水是從14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厘米的井每小時可生產2080萬公斤的地熱水與蒸汽。由于水溫的不同，510眼井產出的蒸汽可使一個發(fā)電裝置生產出55兆瓦的電。這種發(fā)電裝置有兩類：汽輪機發(fā)電和二元發(fā)電裝置。為了供給一臺汽輪發(fā)電機蒸汽，抽出的地熱水(帶壓)在稱為閃蒸罐容器的表面釋放出來，一部分水(約占35%，取決于它的溫度)閃蒸(

4、沸騰)為蒸汽，進入汽輪發(fā)動機進而帶動一臺發(fā)電機。渦輪的排氣用傳統(tǒng)冷卻塔冷卻。閃蒸罐內剩余的水在沸騰階段之后又注入熱庫邊緣的地下，它有助于維持熱庫的壓力并補充對流的水熱系統(tǒng)。在二元發(fā)電裝置中，不是將熱水閃蒸為蒸汽，而是送至一臺熱交換器，用以加熱工作介質，后者通常是有機化合物，如異丁烷或異戊烷。工作介質被氣化，用氣化后的蒸汽驅動渦輪發(fā)動機，進而帶動發(fā)電機。在離開渦輪后工作介質冷凝為液體，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(fā)電機中的情況很相似。由于在二元地熱發(fā)電裝置中所用的工作介質是在比水低的溫度下蒸發(fā)的，所以它的發(fā)電效率比汽輪發(fā)電機高。這兩類發(fā)電裝置各有其優(yōu)點。汽輪

5、發(fā)電機制造和運行都不太貴，但為了在高效率下操作，它要求水溫在180200以上。二元發(fā)電裝置制造和運行費用較高，但它可用100或更低溫的水發(fā)電。目前世界上多數(shù)正在運行的地熱發(fā)電裝置屬于汽輪機型，但二元發(fā)電裝置越來越普及。地熱能的可持續(xù)性巖漿/火山的地熱活動的典型壽命從最低5000年到100萬年以上。這么長的壽命使地熱源成為一種再生能源。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(fā)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(fā)電(目前為212兆瓦)；美國加州的噴泉熱田，從1960年就開始發(fā)電，目前的輸出功率為1300兆瓦。顯然，地熱資源能夠

6、可靠、安全和可持續(xù)性地運行。地熱生產的可持續(xù)性也可從存在于熱庫巖石(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于燃燒280億桶石油或62億短頓(1短頓=907公斤)煤所得的能量。地熱能的前景隨著全世界對潔凈能源需求的增長，將會更多地使用地熱。全世界到處都有地熱資源，特別是在許多發(fā)展中國家尤其豐富，它們的使用可取代帶來污染的礦物燃料電站。這是非常重要的，因為一旦對礦物燃料電廠做出投資，在整個電廠的壽命期間，將會發(fā)出大氣污染流，其期限是幾十年的時間。目前在25個國家約有8000兆瓦的地熱發(fā)電即將投入使用。此外，在菲律賓、印尼與新西蘭即將新增700兆瓦的地熱發(fā)電。

7、到1997年末，全世界地熱發(fā)電的裝機容量為7950兆瓦。1994年部分國家熱能發(fā)電和使用情況國別發(fā)電直接使用FONT face=宋體 size=3>裝機容量兆瓦(電)年產量千兆瓦時裝機容量兆瓦(電)年產量千兆瓦時中國289821435527法國4244562006格魯吉亞-2452136匈牙利-6382795愛爾蘭5026514435878印尼3091048-意大利62634173081008日本29917223191928肯尼亞45348-墨西哥75358772874新西蘭28621932641837菲律賓10515470-波蘭-63206俄羅斯1125210673塞爾維亞-80660斯洛伐克-100502瑞士-110243突尼斯2068140552美國28171649118743859其他7403291935最新投入使用的地熱田是在美國的蓋瑟斯，將生產1300兆瓦的電，足以滿足130萬加州人的家庭用電。據(jù)估計，全世界發(fā)展中國家從火山系統(tǒng)可取得80000兆瓦的地熱發(fā)電。印尼的地熱潛力就達到19000兆瓦。地熱發(fā)電廠的規(guī)模大約為300千瓦55兆瓦(凈電功率)。地熱的直接應用，全世界使用量在9000兆瓦(熱功率)以上。愛爾蘭幾乎全部家庭和大樓都用地熱。美國的幾個城市和新西蘭也在使用地熱進行采暖。許多