地热能怎么用?

我们生活的地球很像一个大暖瓶,外面凉,里面热,越往里温度越高。因此,人们把来自地球内部的热能称为地热能。地热能地球通过火山爆发和温泉不断地将其内部热能输送到地面。人们热衷的温泉是人类很早就开始利用的一种地热能源。但是,目前地热能的大规模开发利用还处于起步阶段,所以地热能还是一种新能源。

在地球深处,距地面25 ~ 50公里处,温度为200℃~ 1000℃;如果深度达到离地面6370公里,即地心深度,温度可高达4500℃。

据估计,如果按照当今世界电力消耗的速度,只消耗地下热能,即使使用41万年,地球的温度也只会下降1℃。这说明地球上有这么多热能。地球的温度分布非常有规律。一般在地壳最上部十几公里的范围内,地层深度每增加30米,地层温度就会增加65438±0℃左右。在地下15 ~ 25公里之间,深度每增加100米,温度上升1.5℃;25公里以下区域,深度每增加100米,气温只会上升0.8℃;以后再深入到一定深度,温度还是一样的。

为什么地球深处会储存这么多热能?他们从哪里来的?对于这个问题,目前还处于探索阶段。然而,大多数学者认为这是由于放射性物质在地球中的自然转化。在核反应过程中,释放出大量热能,在封闭孤立的地层中,久而久之,经过逐渐积累,形成了现在的地热能。值得指出的是,地热资源是一种可再生能源,只要不超过地热资源的开发强度,是可以补充和再生的。

通常,人们将地热资源分为四类:

(1)热液资源。这是储存在地下含水层中的大量地热资源,包括地热蒸汽和地热水。地热蒸汽易于开发利用,但储量很少,仅占已探明地热资源总量的0.5%。地热水储量大,约占已探明地热资源的10%,其温度范围从接近室温到高达390℃。

(2)地压资源。这是地层深处沉积岩中含有甲烷的高盐度热水。由于上部岩石盖层封闭了热能,热水的压力超过了水的静压,温度约为150℃~260℃,其储量约为已探明地热资源总量的20%。

(3)干热岩石。这是一个地层深处温度为150℃~650℃的热岩层,其储存的热能约占已探明地热资源总量的30%。

④熔岩。这是一个完全融化的热熔岩,埋藏地点最深,温度高达650℃~1200℃。熔岩储存的热能多于其他种类,约占已探明地热资源总量的40%。

迄今为止,地热资源的利用主要是热液资源的开发。近年来,一些国家开始进行干热岩开发的研究和实验,挖掘人工温泉就是干热岩的具体应用之一。然而,地压资源和熔岩资源的利用仍处于探索阶段。

中国是世界上开发利用地热资源较早的国家,也在迅速发展。北京是世界上地热开发利用较好的六个首都之一(另外五个是法国的巴黎、匈牙利的布达佩斯、保加利亚的索非亚、冰岛的雷克雅未克和埃塞俄比亚的亚的斯亚贝巴)。

北京的地热水温度大多在25℃到70℃之间。因为地热水含有氟、氢、镉、可溶性二氧化硅等特殊的矿物质成分,经过处理后可以制成饮用矿泉水。在某些地区,地热水还含有硫化氢,因此非常适合沐浴疗法和理疗。

目前,北京的地热资源已被广泛利用。例如,用于供暖的面积达到32万多平方米,可节约锅炉房建设投资300多万元,每年节约燃煤654.38+0.8万吨,每年减少燃煤供暖产生的粉尘污染7.6吨。地热温泉有50多个浴池,每天6万多个浴池;地热水养的非洲鲫鱼生长快,味道鲜美。北京的一些印染厂也使用地热水进行印花和退浆,每年可以节约上千吨煤。

除了北京,中国很多地区也有地热资源,温度在100℃以下的天然地热泉有3500多处。在西藏、云南和台湾省,有许多温度超过150℃的高温地热田。台湾屏东县一温泉,温度140℃;中国最大的地热发电站在西藏羊八井建成。该电站地热井口平均温度为140℃,装机发电容量为10000 kW。将来,这里将建一座更大的地热发电站。

从温泉分布来看,我国地热资源主要集中在东南沿海省份和西藏、云南、川西等地。有两个地热带,温泉数量多,温度高,埋藏浅,分别称为沿海太平洋热带带和藏滇热带带。前热带地区有600多处温泉,约占全国温泉总数的1/3,其中几十处温泉超过90℃,有的甚至超过100℃。后一热带地区是中国大陆热液活动最活跃的地区,有大量喷泉和蒸汽泉。这个地区有700多处温泉,其中近100处是当地沸点以上的热液活动区,是高温水汽分布带。此外,我国东部一些盆地地下热水丰富,覆盖范围广,北起松辽平原和华北平原,南至江汉平原和北部湾。例如,在天津市区和郊区附近有一个总面积近700平方公里的地热带,其中有380多口热水井,井深500多米,水温30℃以上,最高水温94℃,年总产量近5000万吨,可利用热量相当于30多万吨标准煤。

地热能也广泛分布在世界各地。美国阿拉斯加州的万烟谷是世界著名的地热集中区。24平方公里范围内有上万个天然蒸汽热水喷孔。喷出的热水和蒸汽最低温度为97℃,高温蒸汽达到645℃。每秒喷射出2300万升热水和蒸汽,每年从地球内部带给地面的热能相当于600万吨标准煤。新西兰有近70个地热田,1000多个温泉。温泉的种类很多,包括温度在200℃ ~ 300℃的高温温泉;间歇性间歇泉;和沸腾的泥浆。横跨欧亚大陆的地中海-喜马拉雅热带,从地中海北岸的意大利和匈牙利,经过土耳其、俄罗斯高加索、伊朗、巴基斯坦和中国的印度北部、西藏、缅甸和马来西亚,最后在印度尼西亚与环太平洋热带相连。

有人计算过,如果排除世界各地火山爆发、地震释放的能量和热岩中储存的能量,仅地下热水和地热蒸汽储存的热能总量就是地球上所有煤炭储量的654.38+0.7亿倍。地下3公里范围内目前可供开采的地热能,相当于29000亿吨煤燃烧时释放的全部热量。可见一斑。地热能的开发利用前景广阔。

对于地热能的开发利用,从1904年意大利建成世界上第一座地热发电站至今,已有近100年的历史。然而,直到最近二三十年,地热能的开发利用才逐渐引起世界各国的普遍关注和重视。

据统计,世界上已有120多个国家和地区发现或钻探了7500多处地热泉和井,不断扩大了地热能的利用。目前,地热能的利用主要在取暖、发电、养殖、温室栽培、洗浴等方面。美国一所大学有三口地热井,井深600米,水温89℃,可为总面积46000多平方米的教学楼供暖,每年节省供暖费用25万美元。冰岛虽然地处寒带,但地热资源丰富。目前,全国70%以上的人口已经使用地热供暖。

利用地热能发电有许多独特的优势:建设电站的投资较少,通常低于水电站;发电成本低于水电、火电、核电站;发电设备利用时间长;地热能清洁,不污染环境;用于发电的蒸汽和热水也可以用于取暖或其他方面。

目前,美国、日本、俄罗斯、意大利、冰岛等许多国家都建设了不同规模的热电站,总计约150座,总装机容量320万千瓦。

地热发电的原理类似于一般的火力发电,即利用地热能产生蒸汽,推动汽轮发电机组发电。目前,世界上约有3/4的地热发电站使用高温蒸汽作为能源来发电。这种电站把地热蒸汽引出地下,然后净化去除里面所含的各种杂质,然后就可以推动涡轮发电机发电了。以高温蒸汽为能源的地热电站多采用汽水分离的方法发电;对于以地下热水为能源的电站,常见的是以地下热水为热源,以一定的方式产生蒸汽,然后用蒸汽带动汽轮发电机组发电。

此外,地热能还可用于加热、干燥、制冷和冷藏、脱水加工、海水淡化和工业中化学元素的提取。在医疗保健方面,温泉水可以治疗皮肤、关节等疾病,很多国家都有泡温泉的。

因为天然温泉很少,而且不是到处都有,所以在一些没有天然温泉的地区,人们利用分布广泛的干热岩的地热能,人工制造地下温泉。人造温泉是在干热岩类型的热岩石中开凿的。世界上最早的人造温泉是在美国新墨西哥州北部开凿的,井深3000米,温度200℃。

美国建了一座人工温泉火力发电厂,发电量5万千瓦。此外,洛斯阿拉莫斯国家实验室还钻了两口地热井,井深4389米。首先,水被泵入井中,并在65,438+02小时后被泵出。此时水温高达375℃。法国先后开凿了6口人工温泉,每口井深6000m,每小时可获得200℃的热水100t。

目前美国地热发电站的装机容量已经达到930万千瓦,到2020年将增加到31.8万千瓦。

现在随着科技的发展,人们开始在岩浆的热源周围建造人工热能储存层,利用热源蒸汽发电开发高温岩体。据预测,到21世纪末,全球地热发电总容量将达到1亿千瓦。