[科普中国]-地热井

定义

地热井深3500米左右的地热能或水温大于30℃的温泉水来进行发电的方法和装置(也可以用于工业余热发电)。

开采地表以下热资源(主要为天然蒸气、热水和热卤水等)的钻探井称为地热井。所谓地热，就是能够经济地为人类所利用的地球内部的热资源。矿井向深部掘进时，总是越来越热。钻孔越深，底部的温度也越高。陆地上的平均地热梯度约25℃/千米。大地热流现象主要受地壳和上地幔中50～100千米范围内热活动的控制。根据地震资料可知，整个地幔是个固体，因此，在地幔范围内的温度上限低于物质的熔点，但在地下700千米深处接近熔点，外核物质处于流体状态，它的温度高于物质的熔点。内核的温度，一般超过地幔温度400～500℃。地心的温度不低于2000℃，但也不超过10000℃。关于地球内部温度推算的结果是：100千米上地幔顶部局部熔融处1100～1200℃；400千米处1500℃；700千米上、下地幔界面处1900℃；2900千米地幔与地核分界面3700℃；5100千米内、外地核分界面4300℃；6371千米地心4500℃。1

市场预测：按国家政策法律、绿色电力，全额由国家电网收购，收购价格按我国现行电价及绿色电力优惠政策预计0.7元/度电(太阳能电价大于1元/度电)。

主要用途1、一般人首先会想到温泉洗浴，地热远不止这些简单的用途。地热分高温、中温和低温三类。高于150℃，以蒸汽形式存在的，属高温地热；90℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，属中温地热；高于 25℃、低于90℃，以温水、温热水、热水等形式存在的，属低温地热。

2、高温地热适合发电，中温地热可发电，也可用于房屋供暖，低温地热则可用于洗浴、医疗，也可以用于供暖以及温室种植、水产养殖等。

3、首先考虑用于发电。在国外以中温地热水为能源的地热电站并不少见，美国阿拉斯加已建成用72℃地热水发电的机组。在中国的云南腾冲，也有一座中温发电站。

4、地热井还可用于供暖。除环保、节能外，地热供暖技术上简单易行，对温度的要求也比较宽泛，从 15℃～180℃的温度范围均可利用。而103℃的地下热水，正好可免去加热，直接引至供暖系统作供暖服务。

5、地热应进行“梯级”利用，这样可对地热资源“物尽其用”，第一步用于供暖；第二步送入温泉垂钓中心，提供地板供暖；第三步就是水产养殖，之后引到温泉种植采摘基地，作特菜和花卉以及各种时鲜果品种植灌溉之用；最后排入温泉公园的湖里，使其冬天不结冰，绿水常清。

地热井的井口装置地热井的井口装置主要有三种：多功能井口装置、井口隔氧装置和井口除砂装置。1

（1）多功能井口装置。地热井口装置是地热井开发中最基本的井口设备，是维持地热井生产正常运行，进行热水动态监测，防止由于井管伸缩及地面下降而引起的事故，减少热水的腐蚀作用等所必需的。随着地热利用的逐步发展．地热井的井口装置逐步规范化。目前在我国天津地热开发中较普遍采用的多功能井口装置就是其中之一。

（2）井口隔氧装置。为防止地热水在井口与空气接触，减少地热水中氧气与氯离子联合作用对输水设备的腐蚀危害，在一些有腐蚀作用的地热井的装置中，安装隔氧设备，其中较为常用的一种方法是氮气保护法。

（3）井口除沙装置。有的地热井，由于地质及施工方面的因素，水中的含沙量超过国家规定的工业用水含沙量标准(含沙量应低于1/200万)，影响热水的正常使用。若含沙量高的地热水用于供暖．会造成管路系统堵塞，因此对于含沙量超过标准的地热井．应采取除沙措施。目前国内设计的旋流式除沙器，是一种较为理想的地热利用系统中的除沙设备。该设备一般安装在热水井口的出水管上。

地热要说地热井必先了解什么是地热。

地热资源有着广泛的用途，它和矿物燃料的区别在于不用燃烧, 因其可输送性比较低,输送高温地热水的极限距离约100km, 天然蒸汽的输送距离大约只有10km, 故一般是使地热能就地转换为电能或直接利用。目前我国利用地热主要用于发电、工业烘干及制冷空调、供暖、医疗洗浴、温室、养殖、农业灌溉等，其应用范围取决于地热水的温度高低。温度高，可用于地热发电;温度低，则只能用于地热温室、养殖及农业灌溉。2

（一）发电

限于高温地热田，目前我国用于发电的地热田有西藏羊八井、河北后郝窑、广东邓屋、湖南宁乡灰汤等地热田， 上述地热田所建电站除西藏羊八井投入工业利用外，其余均为试验性电站。

（二）工业利用

限于60～150℃的中、低温地热水，主要用于烘干、纺织印染及制革洗涤等方面，地热水用于工业的适用温度。

（三）供暖

用于供暖的地热水温度一般在60℃以上，也有采用50～60 ℃的,50℃ 以下的则很少采用。分直接供暖和间接供暖两种方式：直接供暖是将地热水直接送入供热系统, 其对地热水的水质要求高，不得对供暖管道系统产生腐蚀和结垢，一般为矿化度比较低的地热水；间接供暖是使地热水通过热交换器将热转换给供热系统进行供暖。开采具有腐蚀性和易产生结垢的地热水供暖，一般采用间接供暖方式。地热水供暖的利用率取决于地热水的温度及其供暖后排放水温度，地热水温度愈高, 供暖后的排水温度愈低, 则其供暖的利用率越高。

（四）医疗洗浴

最适于洗浴的地热水温度是40～60℃, 温度偏高需加入凉水或适当降低温度后, 方可用于洗浴, 这样做对地热资源是一种浪费；温度偏低, 会使身体感到不适。用于医疗的地热水, 除有温度要求外, 对水质有相应的要求。我国采用下列标准作为医疗地热水，又称医疗矿泉水水质标准。

（五）饮用矿泉水

不少低温地热水，因其来源于深部，未受人为污染，并含有一些有益于人体健康的微量元素，可作为饮用天然矿泉水开发利用， 我国开发的一些饮用天然矿泉水中，就有相当一部分是低温地热水。当地热水的污染物指标、微生物指标及锂、锶、锌、铜、铬、钡等组分的限量指标符合要求的条件下,水中有一项( 或一项以上)指标符合表2.5.6的规定，可作为饮用天然矿泉水开发。

（六）水产养殖

温度在30～45℃，符合TJ35渔业水质标准低矿化的地热水，可用于水产养殖。在中国较多的用于养殖鳗鱼、罗非鱼、对虾、河蟹、甲鱼等。

（七）农业利用

一是利用地热建立温室，种植名贵花卉、蔬菜等作物；二是用于农田灌溉或给土壤加温。前者利用地热水温度在30～75℃之间, 后者利用地热水温度一般在40℃以下。用于农田灌溉的地热水水质应满足农田灌溉用水水质标准。

注意问题1、中国有的地方地热井出现过平均年水位下降10m左右甚至更多的状况。掠夺破坏性开采导致长期利用难以为继。

2、防腐问题地热对金属腐蚀是普遍存在的而且很严重。地热水中最常出现起主要作用的腐蚀成分是氯(CL)和溶解氧(0：)。氯离子半径小，穿透能力强，因此容易穿过金属表面已有的保护层造成对碳钢、不锈钢及其他合金强烈的缝隙腐蚀、孔蚀与应力腐蚀等。

3、氯离子对金属的腐蚀作用还与温度有关，60cc的地热水CL一含量仅只200rTlg/L时，也会使不锈钢产生局部腐蚀，温度越高腐蚀作用越强。在地下深层地热水自然状态下通常不含02，流出地面后空气中的0：会溶入地热水，溶解氧也是地热水中最常见最重要的腐蚀性物质。3

技术开发1、集成创新：即地核原子炉和发电机+地幔地壳的热岩层+石油钻探式钻地热井+工质优选+蒸汽发电机+发电机=6因素集成。

2、工作循环简单：即工质吸热变工质蒸汽→蒸汽机作功→联动发电机发电。

3、井水闭式循环：即地热井水在井内闭式循环，不必抽到井外。

4、工质闭式循环：即工作介质按工质贮罐→井炉换热→蒸汽机→冷却→回到工质贮罐，是全封闭的循环，不会泄漏。

5、热功转换效率高：即采用相变传热和换热，又低温工作的蒸汽发电机，故一般每孔地热井装机在1500～3000KW。

6、建厂成本低：即一般约0.8亿元/万KW，低于核电的2.2亿元/万KW或秸杆发电的2亿元/万KW。

地热井兴热9井2010年3月12日，在大兴区凤河营村的一处勘探工地上，欢呼声四起。原来施工人员成功打出一口地热井，从井口冒出的地热水，经过测量温度达到103℃，打破了北京地热出水温度的纪录，成为北京首个中温地热井。负责该井施工的派力工程有限公司副总经理叶宏宇介绍说，这口地热井编号为“兴热－9#”，井深达到3623米，日出水量逾1500立方米，日自流水量近 800立方米。这是北京地区少有的自流地热井，地热水喷出地面，高度可达52米。地热开采成本比较大，需要打几千米，才可找到能够利用的地热，每口地热井的成本，至少都在上千万元人民币。从上个世纪70年代初，北京先后开发了良乡、天竺热田，到目前为止，发现具备开发利用条件的地热田有10个。

根据前期可行性论证成果表明，凤河营地热田高温核心区域的地热资源，可满足当地550余万平方米建筑物的供暖需求，与大型燃煤锅炉供暖相比，年可节约费用 6000余万元，减少耗煤量8.5万吨，减少灰尘量0.2万吨，减少废渣量1万吨。

地热资源有资料显示，地热资源受到世界各国的重视。国际能源专家普遍认为，预计到2100年，地热利用将在世界能源总值中占30%～80%。欧美等国都将地热列为优先开发利用的替代型能源，冰岛85%的住宅都利用地热供暖，美国的地热装机和地热发电量在世界上独占鳌头。对中国而言目前最为迫切的，是要把地热作为一种替代能源利用。过去人们认为，25℃以下不叫温泉，没有利用价值。人们发现通过热泵技术，北京浅层的5℃～6℃的地下水都可以利用。

和燃煤、石油等能源相比，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源。深层地下水有其自身的循环系统，一部分热水被抽上来之后，会从远方不断地得到补给，从这个意义上说，地热资源是取之不尽、用之不竭的。但是由于近几年来各地超采地热严重，造成一些地区地质沉降。郑克棪强调，在利用好地热水的同时，必须进行回灌，用过的热水经处理后，重新注回到含水层中，可提高再生的性能，这样才可使含水层不枯竭。国际上普遍采用这种方法，例如，巴黎大量开采地热供暖，但由于100%的回灌，水位并没有下降。近几年来中国一些地热利用规模较大的城市，已经制定了回灌率标准，天津市要求新建地热工程达到100%回灌，北京也作出相同的规定。当地首先要做好自己的发展规划，是准备发展旅游度假，还是发展房地产开发，亦或重点发展农业、养殖业，然后根据发展规划，制定出对地热资源的利用方案。1