地热新能源概述

1新能源利用技术

王一平教授天津大学化工学院2013.5.292第六章地热能3主要内容地热能概述利用方式我国地热资源开发利用的两大瓶颈4一、概述地热能蕴藏十分巨大，几乎取之不尽，所以也是重要的新能源。据估算，地热能的总量相当于地球内部埋藏的全部煤炭释放出来的热能的1.7亿倍。现在所说的地热资源，只是地球表层在技术经济开发可行的深度范围内所蕴藏的一小部分地热能。从严格意义上说不是可再生能源。5技术经济可开发深度是随技术的发展和能源价格的提升而变化的；目前这一深度限于地表以下5000m以内，而经济可开发的深度只有2000－3000m，因此，地热资源总量为1400亿t标准煤，技术可开发资源为500亿t标准煤，经济可开发资源为5亿t标准煤。61.划分地热来源主要是地球内部放射性元素衰变产生的热量。按照其储存形式，地热资源可分为:蒸汽型热水型地压型干热岩型岩浆型7①热水型地热资源以热水形式存在的地热资源，主要存在于火山活动地区和沉积盆地。地热水有一定的压力．温度在80～180℃，矿化度为1-400g/l，常含有氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、碳酸钙等盐分及二氧化碳、硫化氢等气体。8②蒸汽型地热资源指以温度较高的湿蒸汽和过热蒸汽形式存在的地热资源。温度一般超过200℃,形成蒸汽型地热田需要一定的地质结构，即蒸汽被不渗透的岩层包围，该类地热资源储量较少，约占0.5％。9③地压型地热资源指埋藏在地下2～3km深处沉积岩中有压力的高盐分热水。外面被不渗透的岩石包围密封，压力高达几十兆帕，温度在150～260℃,常溶解有碳氢化合物。因此，其实际可开发的能源包括热能、压力能和化学能。10④干热岩型地热资源指无流体介质和流体通道的高温岩体所含的热能．温度一般为200-650℃，深度为2～12km。干热岩型地热资源的开采需要在岩层中建立渗透通道，通过流体的循环将热能带至地面加以利用。11⑤岩浆型型地热热资源源指蕴藏藏在地地层深深处的的呈塑塑性或或熔融融状态态的高高温岩岩浆中中的热热能。。温度度在1000℃℃以上，，压力力达几几百兆兆帕。。目前人人类还还无可可行的的技术术对这这类地地热资资源进进行开开发。。122.分布地热能能集中中分布布在构构造板板块边边缘一一带，，该区区域也也是火火山和和地震震多发发区。。地热能能在世世界很很多地地区应应用相相当广广泛。。据估估计，，每年年从地地球内内部传到地地面的的热能能相当于于100PW·h。地热能能的分分布相相对来来说比比较分分散，，开发发难度度大。。13世界地地热(地震））资源主主要分分布环球地地热带带分布布图145个地热热带①环太平平洋地地热带带世界最最大的的太平平洋板板块与与美洲洲、欧欧亚、、印度度板块块的碰碰撞边边界，，即从从美国国的阿阿拉斯斯加、、加利利福尼尼亚到到墨西西哥、、智利利，从从新西西兰、、印度度尼西西亚、、菲律律宾到到中国国沿海海和日日本。。世界许许多地地热田田都位位于这这个地地热带带，如如美国国的盖盖瑟斯斯地热热田，，墨西西哥的的普列列托、、新西西兰的的怀腊腊开、、中国国台湾湾的马马槽和和日本本的松松川、、大岳岳等地地热田田。15②地中海海、喜喜马拉拉雅地地热带带欧亚板板块与与非洲洲、印印度板板块的的碰撞撞边界界，从从意大大利直直至中中国的的滇藏藏。如意大大利的的拉德德瑞罗罗地热热田和和中国国西藏藏的羊羊八井井及云云南的的腾冲冲地热热田均均属这这个地地热带带。③大西洋洋中脊脊地热热带大西洋洋板块块的开开裂部部位，，包括括冰岛岛和亚亚速尔尔群岛岛的一一些地地热田田。16④红海、、亚丁丁湾、、东非非大裂裂谷地地热带带包括肯肯尼亚亚、乌乌干达达、扎扎伊尔尔、埃埃塞俄俄比亚亚、吉吉布提提等国国的地地热田田。⑤其他地地热区区除板块块边界界形成成的地地热带带外，，在板板块内内部靠靠近边边界的的部位位，在在一定定的地地质条条件下下也有有高热热流区区，可可以蕴蕴藏一一些中中低温温地热热。如中亚亚、东东欧地地区的的一些些地热热田和和中国国的胶胶东、、辽东东半岛岛及华华北平平原的的地热热田。。1718世界常常规地地热开开发潜潜力及及预测测193.利用类类型分地热热发电电和直直接利利用两两大类类，对对于不不同温温度的的地热热流体体可能能利用用的范范围如如下：：1)200～400℃直接发发电及及综合合利用用；2)150～200℃双循环环发电电，制制冷，，工业业干燥燥，工工业热热加工工；3)100～150℃双循环环发电电，供供暖，，制冷冷，工工业干干燥，，脱水水加工工，回回收盐盐类，，罐头头食品品；4)50～100℃供暖，，温室室，家家庭用用热水水，工工业干干燥；；5)20～50℃℃沐浴，，水产产养殖殖，饲饲养牲牲畜，，土壤壤加温温，脱脱水加加工。。204.地热能能的优优、缺缺点优点：在某些些地区区为常常年可可再生生能源源，家家居采采暖的的高效效方式式，硬硬件设设备使使用寿寿命长长。缺点：只在特特定地地区适适用，，有可可能在在数年年后枯枯竭，，某些些地区区可能能释放放有毒气体（物质质）。215.利用现现状目前能能为人人类开开发利利用的的．主主要是是地热热蒸汽汽和地地热水水两大大类资资源，，人类类对这这两类类资源源已有有较多多的应应用；；干热岩岩和地地压两两大类类资源源尚处处于试试验阶阶段，，开发发利用用很少少。截至2011年底，，全球球地热热发电电装机机容量量约为为l120万kW，占全全球发发电装装机总总容量量的2%。由于适适合于于发电电的高高温地地热资资源有有限，，多年年来，，地热热发电电增长长缓慢慢。2220世纪90年代，，地源源热泵泵的广广泛使使用，，地热热直接接利用用呈现现出较较好的的发展展势头头。地地源热泵技术开开发的的地热热能已已占地地热直直接利利用总总量的的30%以上。。地热能能的发发展速速度比比太阳阳能、、风能能、生生物燃燃料等等可再再生能能源还还是要要低得得多，，主要要是因因为地地热在在资源源区域域分布布、资资源品品质、、开发发成本本、环环境等等方面面存在在着一一定制制约因因素。。23地热流流体的的循环环要经经历加加热、、运移移、富富集等等过程程，最最后储储藏在在含水水层中中。周周期少少则几几十年年，多多则成成千上上万年年。与冷水水循环环相比比，其其形成成、补补给和和径流流情况况要复复杂得得多，，周期期也长长得多多。虽虽然与与化石石能源源相比比，地地热能能的再再生速速度要要快得得多，，但如如果过过量开开采，，超过过了补补给速速度，，也会会造成成地热热资源源的枯枯竭。。从这个个意义义上讲讲，地地热资资源并并不是是取之之不尽尽，用用之不不竭的的。24每年地地热的的新再生生量只有200多亿吨吨油当当量，，远低低于太太阳能能的130万亿吨吨油当当量、、风能能的1400亿吨油油当量量、生生物质质能的的600亿吨油油当量量；与其它它他可可再生生能源源相比比，地地热能能的优优势主主要体体现在在热能能的累累积存存量上上。256、地热热开采采对环环境的的影响响（1）空气气污染染在开发发地热热能的的过程程中，，热流流体中中所含含的各各种气气体和和悬浮浮物将将排入入大气气中，，对周周围环环境造造成影影响，，主要要有H2S和CO2。较高的的H2S含量一一般发发生在在高温温地热热田中中。中中低温温热田田中的的H2S含量较较少。。含H2S的地热热尾水水直接接排入入水体体，鱼鱼类和和藻类类的生生存也也将受受到影影响。。现在一一些国国家，，对新新建的的地热热发电电站，，要求求引入入保护护环境境的表表面接接触式式冷凝凝器，，设置置除H2S的装置置，并并要求求对污污渣进进行处处理。。26（2）化学污染染地热水的形形成一般为为大气降水水经过地下下深循环，，与围岩进进行化学物物质交换，，围岩中各各种化学组组分进入水水体，使地地热水中含含有对环境境有益和有有害的各种种成分，主主要有：盐盐类的污染染和有害元元素（放射性））的污染。地热水中含含有较高的的总固体、、氟化物、、氯化物等等物质。地地热能被利利用后，弃弃水作为灌灌溉水来源源，高盐度度的水将引引起土壤盐盐渍化和土土地板结；；高盐度的的热水在回回灌和供暖暖时，随着着温度的降降低将产生生化学垢沉沉淀物，使使管径缩小小而被堵塞塞。由于长期的的水---岩作用，地地热水中含含有多种重重金属元素素和其它微微量元素，，如F、B、As等。如果未未经处理，，进行灌溉溉和养殖，，对粮作物物及鱼类危危害很大；；还会由于于水体、鱼鱼类、粮作作物中有毒毒物质的长长期富集并并通过食物物链直接或或间接地对对人体和生生物造成危危害。27（3）热污染目前我国的的地热资源源大多以单单一利用为为主，当热热能利用后后，尾水温温度仍很高高。这些尾尾水的排放放，促使局局部空气和和水体的温温度升高，，改变生态态平衡，影影响环境和和生物生长长．造成热污染。28（4）噪声污染染噪声污染一一般是由钻钻探和地热热井放喷造造成的。在钻探过程程中，各种种机械噪声声高达90dB，干热田钻钻井的噪声声可能达80dB(相当于喷气气式飞机起起飞的水平平)。地热井放喷喷时其噪声声值可达120dB以上。虽然然时间较短短，但其尖尖声也使人人的耳朵受受到伤害。。29（5）地面沉降降当地热流体体的抽出量量超过天然然补给量时时，地面沉沉降发生，，实际沉降降量取决于于抽出的流流体量和热热储岩石的的强度。新西兰的怀怀拉基地热热区，在1956年井孔试验验开展以后后就开始了了地面沉降降的测量工工作。1964—1974年期间的地地面沉降量量最大，大大约为4.5m，影响范围围达65km2。并且发生生了水平运运动，最大大水平移动动为0.4m。30（6）地震活动动地热异常区区多数是现现代火山、、近代岩浆浆活动地区区或近代地地壳构造运运动活跃地地区，这意意味着地热热资源开发发一般发生生在自然断断裂通道和和活断层上上，即区域域地震活动动性强的地地区。当抽取和注注入流体时时，一旦流流体压力超超过启动断断层运动所所需的临界界值时，就就会诱发地地震。现有有的资料表表明，由于于地热流体体的抽取或或回灌而诱诱发的明显显地震比较较罕见，而而且即使地地震发生，，一般是轻轻微的，不不会对地面面设施生影影响。31二、利用方方式人类很早以以前就开始始利用地热热能，例如如利用温泉泉沐浴、医医疗，利用用地下热水水取暖、建建造农作物物温室、水水产养殖及及烘干谷物物等。但真正认识识地热资源源，并进行行较大规模模的开发利利用却是始始于20世纪中叶。。321．地热发电电地热发电是是地热利用用的最重要要方式。高温地热流流体应首先先应用于发发电。地热热发电和火火力发电的的原理是一一样的，都都是利用蒸蒸汽的热能能在汽轮机机中转变为为机械能，，然后带动动发电机发发电。所不同的是是，地热发发电不象火火力发电那那样要装备备庞大的锅锅炉，也不不需要消耗耗燃料，它它所用的能能源就是地地热能。地热发电的的过程，就就是把地下下热能首先先转变为机机械能，然然后再把机机械能转变变为电能的的过程。33利用地下热热能，首先先需要有“载热体”把地下的热热能带到地地面上来。。目前能够够被地热电电站利用的的载热体，，主要是地地下的天然然蒸汽和热热水。按照载热体体类型、温温度、压力力和其它特特性的不同同，地热发发电的方式式分为:蒸汽型地热热发电，目目前地热发发电的主要要形式。热水型地热热发电3435热水型发电电系统又分分为闪蒸发发电系统、、双循环发发电系统和和全流发电电系统。闪蒸发电又又称为地热扩容闪闪蒸发电系统，高压压热水从热水井抽到到地面，压力降低，，部分热水闪蒸成蒸蒸汽，利用该蒸汽发发电。36双循环发电电系统，又又称有机工工质郎肯循循环系统，低沸点点有机物为为工质，使工质在流流动系统中从地热流流体中获得热量，并并产生有机蒸汽，进进而推动汽轮机旋转转，带动发电机发电电。37全流发电系系统，将地地热井口德德全部流体体，包括所所有的蒸汽、热水水、不凝气气体及化学学物质等，，不经处理理直接送进全流动力力机械中膨胀做功，，其后排放或收集到到凝汽器中。这种形形式可以充分利用地地热流体的全部能量量，但技术上有一定定难度，还未进入商商业阶段。。38干热岩发电电系统是利利用地下干干热岩体发发电的设想想，是美国人莫顿顿和史密斯斯于1970年提出的。。1972年，他们在在新墨西哥州州北部打了了两口约4000米的深斜井井，从一口口井中将冷水注注入到干热热岩体，从另一口井井取出自岩岩体加热产生的蒸蒸汽，功率率可达2300kw。进行干热岩岩发电研究究的还有日本，，英国，法法国，德国和俄罗罗斯，但迄迄今尚无大规模应应用。39奥运场管地地热供电402．地热供暖暖将地热能直直接用于采采暖、供热热和供热水水是仅次于于地热发电电的地热利利用方式。。这种利用方方式简单、、经济性好好，备受各各国重视，，特别是位位于高寒地地区的西方方国家，其其中冰岛开开发利用得得最好。冰岛早在1928年就在首都都雷克雅未未克建成了了世界上第第一个地热热供热系统统，现今这这一供热系系统已发展展得非常完完善，每小小时可从地地下抽取7740吨80℃的热水，供全市11万居民使用用。由于没没有高耸的的烟囱，冰冰岛首都已已被誉为“世界上最清清洁无烟的的城市”。4142目前，我国国应用浅层地热能能供暖制冷的的建筑面积积已超1.4亿m2。十二五期间间，我国预预计将完成成利用浅层层地热能供供暖制冷建建筑面积3.5亿m2左右。据估算，2010年浅层地热热能的开发发利用，使使我国二氧氧化碳减排排约2200万吨。今后后五年内，，我国还会会在建筑领领域加大对对地下200米以内浅层层地热能的的开发利用用，进一步步促进节能能减排。433．地热务农农地热在农业业中的应用用范围十分分广阔。如利用温度度适宜的地地热水灌溉溉农田，可可使农作物物早熟增产产；利用地热水水养鱼，在在28℃水温下可加加速鱼的育育肥，提高高鱼的出产产率；利用地热建建造温室，，育秧、种种菜和养花花；利用地地热给沼气气池加温，，提高沼气气的产量等等。将地热能直直接用于农农业在我国国日益广泛泛，北京、、天津、西西藏和云南南等地都建建有面积大大小不等的的地热温室室。各地还利用用地热大力力发展养殖殖业，如培培养菌种、、养殖非洲洲鲫鱼、鳗鳗鱼、罗氏氏沼虾等。。44农产品烘干干工艺参数数产品名称烘干温度(℃)烘干时间(h)烘干前物料含水率（%）烘干后产品含水率（%）脱水胡萝卜粒60-705-6877脱水葱段、韭菜段55-604-5897桃脯60-7018-244418-22杏脯55-6524-304418-22天鹰椒干55-603-42012干枸杞40-5524-308010454．地热行医医地热在医疗疗领域的应应用有诱人人的前景，，目前热矿矿水就被视视为一种宝宝贵的资源源，世界各各国都很珍珍惜。由于地热水水从很深的的地下提取取到地面，，除温度较较高外，常常含有一些些特殊的化化学元素，，从而使它它具有一定定的医疗效效果。如合碳酸的的矿泉水供供饮用，可可调节胃酸酸、平衡人人体酸碱度度；含铁矿矿泉水饮用用后，可治治疗缺铁贫贫血症；氢氢泉、硫水水氢泉洗浴浴可治疗神神经衰弱和和关节炎、、皮肤