[科普中国]-地热开发

地热资源的介绍

地热能(Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热能形式存在，是导致火山爆发及地震的能量。
地热来源：主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能2。
地热资源种类繁多，按其储存形式，可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类；按温度可分为高温（高于150℃）、中温（90 ℃ -150 ℃ ）和低温(低于90 ℃）地热资源。
从总量上来看，我国主要是以中低温地热资源为主的。

地热能是指贮存在地球内部的可再生热能，一般集中分布在构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。全球地热能的储量与资源潜量十分巨大，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW h,但是地热能的分布相对比较分散，因此开发难度很大。由于地热能是储存在地下的，因此不会受到任何天气状况的影响，并且地热资源同时具有其他可再生能源的所有特点，随时可以采用，不带有害物质，我国主要沉积盆地储存的地热能量为736亿亿千焦耳，相当于标准煤2500亿吨。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳，折合每年3284万吨标准煤的发电量。

目前，我国地热资源开发利用已初具规模，年利用地热能为100亿千瓦时，并且地热开发利用量以每年近10%的速度增长。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。但是，我国地热在能源结构中占的比例还很小，因此，加快地热资源开发利用的速度和步伐势在必行。

国外地热开发利用现状一.地热发电技术3

1904年，意大利在拉德瑞罗地热田建立了世界上第一台热力发电机组。到2002年底，世界上已有21个国家利用地热发电，总装机容量达8438MW，生产电力约50000GWh，其中以美国、菲律宾、意大利、墨西哥、印度尼西亚、日本、新西兰等国较多。估计全世界尚有热力发电站潜力97061MW。

二.地源热泵技术

1912年，瑞士Zoelly首次提出利用浅层地热能作为热泵系统低温热源的概念。现今，地源热泵已在北美、欧洲等地广泛应用，技术也趋于成熟。美国正在实现每年安装40万台地源热泵的目标；在瑞士、奥地利、丹麦等北欧国家，地源热泵在家用的供暖设备中占很大比例。

三.地热供暖技术

世界很多国家对地热供暖广泛运用。冰岛地处北极圈边缘，气候寒冷，一年中有300—340天需要取暖，其主要能源中地热能占48.8%。

地热是匈牙利主要资源之一，分布范围极广，总面积约为9.3×104km2，占全国总面积的2/3.

我国的地热开发利用现状我国的高温资源主要分布在西藏、滇西及台湾地区,分属于地中海喜马拉雅环球地热带及环太平洋岛弧地热带。而中低温地热资源广泛分布于大陆地壳隆起区和沉降区。我国的地热开发利用始于70年代,20多年来,在地热勘探和开发利用方面积累了丰富的经验3。

现已发现地热点近3 000处,勘探地热面积3 677 km2,成井2 000余眼,建成43个地热田(包括台湾)。利用范围包括发电、医疗、采暖、养殖、工业利用等十余个行业,我国地热发电主要集中在西藏:羊八井电站装机2.518万kW,到1991年累计发电3.7亿kW.h,占拉萨电网的40%～50%;羊易热田计划首期装机15 MW。云南腾冲地热田目前投资1 400万元进行电站前期工作,计划装机上万千瓦级。目前,全国地热电站共有6个,总装机容量31MW。除电力利用外,地热的直接利用也相当广泛,总热容量达1 945 MW。

我国地热直接利用还包括疗养、养殖、采暖。全国有8省市利用地采暖,总面积131.4万m2,其中北京、天津两市占120万m2,节煤3万多吨,少向大气排放废气粉尘三千多吨。塘沽供暖面积62万m2,服务人口10万。据1988年8月统计,有13个省市建有地热温室,总面积378 288 m2),其中河北省189 150 m2,占49.9%。全国17个省市利用地热水养鱼,总面积1.119 Mm2,其中陕西2个面积为13万m2和6.6万m2的鱼场规模最大,福建养鳗有20多处,近466 704 m2。我国温室疗养地超过150处。地热直接利用居世界第二位。

地热开发过程中的环境问题空气污染在开发地热能的过程中,热流体中所含的各种气体和悬浮物将排入大气中,对周围环境造成影响。对环境影响较大的气体主要有H2S、CO2。H2S气体对人体危害较大,浓度低时能麻痹人的嗅觉神经,浓度高时可使人窒息而死亡。CO2也有一定的窒息作用,最主要的是其对气候的温室效应4。

较高的H2S含量一般发生在高温地热田中。中低温热田中的H2S含量较少。在利用高温蒸汽发电时,大量的H2S气体逸出。H2S气体在通风条件较好的地方,一般不会造成事故,但在井口随意放喷时,使热流体中的H2S气体散布于大气中,在较长的时间段,不但对人体有害,还对电气设备及其它设施造成腐蚀。含H2S的地热尾水直接排入水体,鱼类和藻类的生存也将受到影响。现在一些国家,对新建的地热发电站,要求引入保护环境的表面接触式冷凝器,设置除H2S的装置,并要求对污渣进行处理。
CO2是地热排汽中不凝气体的主要成分,且含量高达80%～95%,如果任意向大气排放,也会增加温室效应的产生。还会由于大气中CO2气体含量过多造成高空臭氧层出现“空洞” ,引起太阳辐射流强度增加,对大气环境产生巨大的不良影响。

另外,人们还担心H2S、CO2是否会引起酸雾,但至今为止,还没有证明这种影响的存在。

化学污染地热水的形成一般为大气降水经过地下深循环,与围岩进行化学物质交换,围岩中各种化学组分进入水体,使地热水中含有对环境有益和有害的常量成分、微量成分及放射性成分。通过不同地区的地热开发,我们发现在这些成分中对环境和生态造成污染的主要有:盐类的污染和有害元素的污染等。

(1)盐类的污染

地热水大多数矿物质的溶解度随温度的升高而增大,因此在地热水中,一般含有较高的总固体、氟化物、氯化物等物质。这些高盐度的地热水和上述有关的环境标准比较,均超过标准中所规定的含量。如果地热能被利用后,弃水作为灌溉水来源,高盐度的水将引起土壤盐渍化和土地板结。高盐度的热水在回灌和供暖时,随着温度的降低,将产生结和化学垢沉淀物,使管径缩小而被堵塞。
(2)有害元素的污染

由于长期的水岩作用,使地热水中含有多种重金属元素和其它微量元素,其含量超过饮用水水质标准或其他一些标准。这些热水给环境和生态带来不利影响,如F、B、As等。柑桔及其它水果对含量低达0.5 mg/L的B的敏感性早有明文记载。有的热水中F含量高达10～20 mg/L,硼化物含量>100 mg/L,As高达70℃的地下热水为动力，以溴化锂-水为工质，输出7～9℃的冷冻水，用于室内空调，机组的电耗只有制冷机组输出功率的3%，地热水经过制冷机后的温度降到约60℃，经过换热，可为用户提供约55℃的生活热水。同时该系统利用广泛存在于地球浅表层的地能(土壤、地下水、地表水)，在采暖季节作为热泵运行的热源，在夏季时制冷空调。

浅层地能源开发利用技术
项目简介：该项技术主要借助于地热泵通过封闭的或开放的特殊地下循环系统，在冬季把地层中的热量提取出来，供给予室内取暖；在夏季把室内的热量取出来，送回地层中，使室内制冷。通过消耗1KW的电能，同时可以获得4KW以上的热量或冷能。该项技术的特点主要是封闭式的地下循环系统，克服了开放式循环系统的不足，如不污染地下水，适用于无地下水区，地下循环系统寿命长，维护费低等。该技术可广泛应用于任何地区，为学校办公楼、医院、宾馆、饭店、超市、幼儿园、别墅和居民区等提供中央空调系统，并同时提供生活热水，其市场前景非常广阔。

地热中高温热泵节能示范系统项目简介：该项目通过充分利用不同工质热力学性质的差异，将两种或几种工质组合起来(混合工质由二元或多元组成，分为共沸混合物和非共沸混合物)，互相取长补短，作为热泵工质。混合工质可以改善热力循环，提高循环效率，同时可以扩大温度区域，能较好地满足中高温热泵的要求。该项目在研究阶段分别建立了两套示范系统，根据用户要求的温度范围，完成了适用较大范围(40～80℃)混合工质的筛选与研究，使热泵系统的供水温度可达70℃，系统的COP超过3.0。目前已建成几个规模大小不等的工程，例如德州两座小别墅的供暖供冷的热泵工程，山东滨州油田某工厂的热泵供热工程等。

地热利用新技术研究项目简介：该项目主要综合了对地热供热系统设备及现代化管理运行方式的研究。该项新技术研究具有较高的工程实用性，有很好的利用和推广价值，该项目采用变频调速控制系统，能节约地热资源，用电量与未使用变频调速装置比可节电57%，节地热水27%、单位采暖面积运行费可下降15%。该项目研制的旋流式除砂器的现场采样分析表明，地热水中含砂量为0.8mg/l。自动监测系统能直接反映运行状态的参数井提供累计参数。其软件的思路、结构和接口均具有可移植性。该项目在国内地热采暖系统中首次将线性极化技术应用于地热现场进行腐蚀研究，实现瞬时腐蚀速度的监测。