来自地心的能源－地热

来自地心的能源 地热来自地心的能源 地热 正当世界面临能源短缺之时 人们自然会想起地球母亲怀抱中的能源 地热 我们 的祖先早在二千多年前 就开始享用地下热水 后来开发蒸汽井采热 但因条件限制 只 能利用地表的有限热能 而地球深处的能量被埋没了许多个世纪 从 70 年代开始 地热的 开发利用受到了世界各国的重视 深埋了亿万年之久的地下热源被开采出来 为人类供暖 和发电 开辟了能源世界新天地 拜访地宫难一百多年前 法国一名叫凡尔纳的作家 曾在他的科幻小说里提出去月球 旅行和入地心探险的遐想 经过了一个世纪 人类终于排除了千难万险 探访了 月宫 在宁静的月面上踏上了深深的脚印 但入地却比登天难得多 人类至今伸向地球深处的 铁臂 最长也只不过 9600 米 更没人敢乘坐一辆钻地探险车去拜访地宫 原来 半径 6300 多公里的地球 并非是古人想象的那种空心球 也不完全是一个坚硬的实心球 而是 一个谜一样的高温高压世界 今天 人类已经开始探索地球深处的奥秘 实践告诉人们 入地之所以比登天难 是 因为地表的岩石密度比最稠密大气层密度大几千倍 而且越往深处密度越大 甚至大上万 倍 如果要驾驶一辆钻地探险车去拜访地宫 将会遇到多大阻力啊 一 地热一 地热 地球表面是气象万千的天地 可是地下却是面目皆非的严酷世界 它的外层是平均厚 度只有三十几公里的岩层 称为地壳 海底最薄的地壳只有 5 公里 往下 2800 公里则是带 塑性的岩浆 叫地幔 它比岩石还致密 大约是水密度的 5 倍 难怪有人将地壳比作漂 浮在地幔之上的板块 离地面 2900 公里以下 则是地球的核心 它是超高密度的固体 密 度是水的 10 倍 叫地核 如果将地球比作熟鸡蛋 则地壳就好比是薄薄的蛋壳 地幔就 像蛋白 地核就似蛋黄 地球深处是高温高压的神秘世界 实测资料估计 平均每深 33 米 温度上升 1 到 地壳底层温度已达 1000 以上 地幔的温度则达 1200 2000 地核温度竟高达 5000 以上 火山爆发时 地球内部从几十公里深处喷射出来的岩浆 经过了长途跋涉来到地面 仍有 1000 以上高温 就是一个证明 美国钻了一口最深的井 钻杆伸到 9600 米深处时 被 220 熔融硫磺粘住而动弹不得 可知要突破挡路的岩浆是多不容易呀 人类还能战胜几千度的高温 但地心深处的高压却难以对付 印度南部有一个名叫科 拉的金矿 当坑道还没有沿伸到 3000 米深时 钻孔在一天之内就被四周的压力封闭了 由 此可知 地层深处有多大压力啊 科学家预测 离地面 2900 公里处的压力可达 13 多万兆帕 地心的压力竟达 36 多万兆 帕 有人作过试验 在 12 万兆帕下 金刚石竟变得像黄油一样软 这想必就是地幔成了粘 稠岩浆的原因所在 我们目前使用的任何一种材料 都不能适应这样严酷环境的考验 只 凭当代的科学技术水平 要想拜访地宫 真比登天还难得多 然而 任何事物总是一分为二的 难入的地宫却也是一座珍贵的地下热库 它对人们 同样充满诱惑 人们是绝不会放弃任何与地热有关的种种利用 丰富的地热资源 地球 内部像一座高温高压的火炉 当雨水渗入地下或地下水流经这个火炉时 就被加热成蒸汽 或热水 再沿着石头的缝隙冒出地面 变成一股股滚烫的热泉 岩浆是炽热的粘稠熔融体 它受热而大大膨胀了身子 总是气鼓鼓地往外挤 但地壳却死死地将它闸住 火炉 里 始终憋着一股劲儿 在地壳较薄的地方 岩浆有时冲破地壳的束缚 像脱缰的野马一样奔 放出来 这时甚至把整块地皮和石头一齐抛到高高的天空中去 火山爆发往往会毁坏森林和村庄 甚至危害生命 但是 火山周围也常常形成许多能 源源不断地供应地下热水或蒸汽的地热田 那里常是景色宜人的旅游胜地或天然公园 一般称温度在 20 以上天然露头的地下水为温泉 它们按温度高低分为 低温泉 20 40 中温泉 40 60 高温泉 60 100 和过热温泉 100 以上 四 种 地层中如果存在开放的对流水系 就会把地热带到地球浅层或表面 形成温泉 热泉或蒸 汽田 而这种条件是不很多的 实际上 在有开采价值的地热资源中 以不含水的热干岩 最引人注目 热干岩温度高达 650 储热量大 通常埋藏于离地表只有 2 3 公里的深处 现代钻 探技术已能达到 热干岩地热的开采利用已深受国际上普遍重视 在采用先进的遥感遥测 地质勘探 物理探查和化学分析技术 探明热干岩的类型 埋藏深度和规模之后 就不难 加以开采利用 二 开发地热 造福人类二 开发地热 造福人类 地热是大自然恩赐给人类的宝贵能源 开发利用地热能可节约大量煤炭 石油和天然 气 人们从而有更多的化工原料可用 特别是在因大量烧煤对环境造成严重污染的情况下 开发地热对保护环境有着更重要的意义 国内外都广泛重视地热的开发利用 它已广泛为 工业 农业 国防 医疗卫生事业服务 世界上已有六十多个国家开发了地热能源 利用地热能无非有直接利用地热和地热发电两条途径 1 地热能的直接利用 我国利用地热能有悠久的历史 近代 我国直接利用地热的范 围更为广泛 地热这股 暖流 已流遍农 林 牧 副 渔 工业 以及医疗卫生等各行 各业 在农业生产中利用地热温室育种育秧 种植蔬菜 寒冬腊月为市场提供新鲜的西红 柿 黄瓜 辣椒 西瓜等果蔬 地热烘干和催芽既可节省燃料 又能提高工效 保证质量 用地下热水灌溉和加温土壤 随时可取 热水中含有多种有助于农作物生长的化学元素 促进作物增产 地下热水为水生作物 水浮莲 红萍 绿萍 水葫芦等 的生长 繁殖 越冬提供了有利条件 林业上也已广泛使用 地热温室培育苹果苗 可缩短育苗期两个多月 栽培葡萄 可 人为地打破休眠期 做到长年结果 还可培育珍贵树种 用地下热水浇灌核桃 苹果 梨 葡萄等多种果树 生长茂盛 果大味鲜 在畜牧业中 建立牲畜地热浴池 为牲畜治疗皮肤病 消灭吸血寄生虫 供牛羊饮用 增强了消化能力 使牲畜长得膘肥体壮 可利用高温地热水烫煺已屠宰的猪 牛 羊的毛 用地下热水煮饲料喂养牲口等等 副业上用地热孵化鸡鸭 可控制孵化量的大小 不受季节限制 温差小而稳定 孵化 率高 管理方便 可用地下热水加工兽皮 洗羊毛等等 渔业上用水温 40 的地下热水 使非洲鲫鱼能在北京越冬并生长繁殖 利用温流水高密度 放养莫桑比克罗非鱼 三个月内亩产达 9000 公斤 建立地热温水鱼池 养殖鳗鱼喜获丰收 此外 采用地热制冷设备 可用来制冰或冷藏蔬菜 瓜果 种子等 利用地下热水还 可为沼气池加热 在严寒的季节 沼气池照常产气 帕米尔高原的群众在炽热的岩洞里烤 羊肉 西藏的群众还经常把牛肉干放在热泉中煮食 西藏农牧民还常常直接用不含有害物 质的地下热水沏茶 工业上利用地下热水来漂染布料 控制车间的温度和湿度 橡胶厂利用地热水供锅炉 用水 缫丝厂缫丝用热水 有的地热水井是高浓盐卤水 从中可提取盐类和贵重的微量元 素 还有 可利用地热为房屋取暖 既节煤又干净 利用地热水建立冬季游泳池 在医疗卫生上 地热温泉浴对皮肤病 风湿性关节炎疗效显著 全国有不少温泉疗养 院 世界上有不少国家利用地热为工农业生产 居民取暖和医疗卫生服务 冰岛利用地热 采暖已占全国人口的 70 以上 居世界首位 在冰岛 用喷泉的热水就能在室内洗澡和取 暖 首都雷克斯雅未克市已经全部利用地热采暖 节约了大量常规能源 大大减轻了城市 的环境污染 市内空气洁净 市容幽雅美观 有 无烟城市 美称 冰岛 1925 年开始利用 地热温室栽培蔬菜 1974 年开始由地热温室生产的蔬菜和花卉自给有余 全国消耗的热能 有 80 来自地热 还利用高温蒸汽干燥羊毛 鱼类 海藻 青草和各种谷物 日本是多火山的国家 地热资源丰富 1916 年起利用地热温室栽培花草 并利用地热水取 暖 烧饭 洗医疗浴 洁净的温泉水还作为饮用 在农业上 利用地热温室栽培蘑菇 木 瓜 香蕉 西红柿 黄瓜等蔬菜及各种花卉 还有热带作物橡胶 椰子等 并用地热加温 饲养鳗鱼 鳝鱼 孵化鸡鸭 对猪舍加温等 日本北海道多冰雪的城镇 甚至巧妙地利用 地热供暖使道路上的冰雪解冻 新西兰对地热直接利用也十分重视 除打浅井供家庭采暖 取家庭热水 游泳池热水 外 还利用地热蒸汽干燥木材 干燥纸张等 还专门开设温泉 矿泉和治疗浴场 此外 美国 前苏联 匈牙利 意大利 法国对地热的直接利用也都十分重视 而且发展得比较 快 今后 地热能直接利用的重点领域将是采暖和农业生产 随着常规燃料价格的上涨 利用地热采暖将越来越经济 农业上重点利用地热能提高粮食产量 使以前不能大规模生 产商品粮的寒冷地区高产谷物 用地热提高土温 以延长生长季 大幅度增产 加工业方 面对地热的直接利用的要求将会有所增长 干旱和缺淡水的地区 将利用地热来淡化盐水 2 地热发电 地热发电是利用地下热能的重要途径之一 由于地下热水或蒸汽温度因 地而异 有的高达 280 以上 有的还不到 100 有的压力高达几十兆帕 有的还不到几 兆帕 有的热水纯净 含杂质少 有的则含多种腐蚀性强的成分 针对这些不同情况 地 热发电的方式也相应而异 大体可分成三种 第一种是直接利用天然蒸汽发电 这种方法简单 只要打好钻井 将地下热蒸汽直接 引入汽轮机 推动汽轮发电机旋转就可发电 如果引出的蒸汽夹杂着热水的话 可先通过 汽水分离器 将水除去 再引入汽轮发电机 但要求温度在 100 以上 压力在 2 3 兆帕 以上 而且不含严重腐蚀汽轮机的有害成分的地下热蒸汽 第二种方法叫减压扩容法 它可适用于略低于 100 的地下热水 基本原理好比在海 拔很高的山顶上煮开水一样 因气压低于 1 013 兆帕 水温不到 100 也会沸腾 用人工 方法造成低压的条件 使得不到 100 的地下热水也沸腾起来 变成蒸汽 再去推动汽轮 发电机 具体办法是在汽轮机前方设一扩容器 在后方设有冷凝器和抽气器 起动时先开 动抽气器 使整个系统处在负压下 即气压小于 1 013 兆帕 然后将地下热水引入扩容 器 在负压下 不到 100 的热水即刻沸腾起来 产生大量蒸汽 推动汽轮机 尾汽进入 冷凝器 冷凝成水排出 这样不断地冷凝和排水 就可以保持系统始终处在一定负压下 如果地下热水里含有别的气体 这些气体不会在冷凝器里变成水 可通过除气器和抽气器 除去 使系统保持负压 这种方法易行 是利用较低水温地热水发电的好办法 第三种是利用低沸点工质发电的方法 它是将地下热水引入蒸汽发生器的一侧 加热 另一侧通过的低沸点有机化合物液体 使它沸腾产生大量蒸汽 推动汽轮发电机组发电 从汽轮机排出的低沸点工质的乏气 通过冷凝器 再次变成液体 由循环泵打入预热器 再回到蒸汽发生器中加热 如此循环不已 低沸点工质种类较多 例如氯乙烷 C2H5Cl 异丁烷等等都是理想的低沸点工质 氯乙烷的沸点为 12 3 当地下热水只有 60 时 就 可以得到 55 4 5 1 031 兆帕的氯乙烷蒸汽 完全可用来推动汽轮发电机发电 这种方法不但可用于地下热水温度低于 100 的场合 也适用于地下蒸汽中含有腐蚀性成 分 不宜直接导入汽轮机的场合 这种方法的缺点是设备较复杂 3 世界地热利用新情况 据世界能源委员会 WEC 1993 年发表的 1992 年能源资源 调查报告指出 地热资源在几千年前已开始向人类不断提供热能 至 1904 年才开始在意大 利实现了工业规模的应用 建立了世界第一座地热电站 拉德瑞罗地热电站 目前该电 站的装机容量为 54 8 万千瓦 此后 新西兰 美国 日本 菲律宾等 24 个国家相继开展 地热发电利用 现在最大的地热电站是美国的盖塞兹 Geysers 地热电站 装机容量共 283 7 万千瓦 装机容量次于美国的有菲律宾 88 8 千瓦 墨西哥 70 万千瓦 意大 利 54 8 万千瓦 日本 27 万千瓦 新西兰 26 4 万千瓦 印度尼西亚 14 3 万 千瓦 等 当前主要国家的地热发电容量共约 600 万千瓦 年发电量共约 300 亿千瓦时 4 我国利用地热的情况 我国现有地热井 2000 口 其中近半数已投入开采利用 经 过 20 多年的地热勘查证实 我国具有较丰富的高温和中 低温地热资源 现已完成地质勘 查的地热田有 50 多处 其中西藏羊八井和羊应乡 京津及河北省牛驼镇的地热田均达大型 规模 中国的高温地热资源主要分布于藏南 滇西及川 滇交界一带 一般用于发电 中国 目前的地热发电机组数在 17 个有地热发电的国家中居第 5 位 装机容量居第 12 位 我国最大的地热电站建在西藏羊八井地热田 现有装机容量 2 5 万千瓦 已累计发电近 4 亿千瓦时 占拉萨市电网的 40 50 另外湖南 广东等省也有地热电站