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            地熱資源

                  1、引言
                  在傳統能源面臨枯竭的危機面前和全球環境不斷惡化的雙重挑戰下,開發新能源,成為我國長期的能源發展戰略之一。而地熱能因其資源豐富,清潔無污染等優點倍受人們密切關注。
                  2、地熱資源
                  地球本身是一座巨大的天然儲熱庫,在地球的地殼下通過元素的放射性衰變,不斷地放出熱量,因此,地球內部蘊藏著大量熱能。所謂地熱就是指地球內部蘊藏的熱能。
                  據估計在地殼表層10km的范圍內,地熱資源就達12.6×1026J,相當于4.6×1016t標準煤,超過世界可采煤儲量含熱量的70000倍。按世界年耗100億噸標準煤計算,可滿足人類幾十萬年能源之用。這些地熱隨著地球內部的劇烈變動,通過火山爆發、地震和溫泉等途徑,經常不斷地傳到地表上來。
                  地熱資源按存在形式可分為五大類型,即蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型和巖漿型。而能為人類開發利用的,目前還僅限于蒸汽型和熱水型兩類,巖漿型的利用,尚處于基礎研究階段,而干熱巖型和地壓型的開發利用,則處于實驗階段。
                  3、地熱能的基本利用
                  地熱能的基本利用可分為直接利用和地熱發電兩大類。對于不同溫度的地熱流體可能利用的范圍如下:200~ 400℃,直接發電及綜合利用;150~200℃, 雙循環發電,制冷,工業干燥,工業熱加工;100~150℃,雙循環發電,供暖,制冷,工業干燥,脫水加工,回收鹽類,罐頭食品;50~100℃,供暖,溫室,家庭用熱水,工業干燥;20~50℃,沐浴,水產養殖,飼養牲畜,土壤加溫,脫水加工。
                  3.1直接利用
                  (1)地熱取暖。地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是最經濟、最簡便、最有效的利用方式,在有地熱資源的地方鉆一口井,將地下熱水直接引入所需要的地方。冰島是世界上采用地熱供暖最多的國家,其首都不再燃燒礦物燃料,被譽為“世界上最清潔無煙的城市”。采用地熱供暖,雖一次性初投資較大(主要是鉆井費用,它取決于地熱水的埋藏深度),但綜合經濟效益仍優于燒煤取暖。大面積的地熱采暖,必須采取集中開發。首先評估好地熱資源之后,全面規劃地熱開采和回灌方案,建立換熱、調峰供熱系統。若地熱溫度較高,還必須考慮采暖后尾水的綜合利用方案,以求合理利用能源和獲取更好的經濟效益。 
                  (2)地熱進廠。地熱在工業領域的應用十分廣泛。比如:用來調節廠房空氣;作為干燥和蒸餾的熱流,使谷物和食魚干燥;從地下熱水里提煉稀有金屬和元素鈉、鋰、鉀、硼、碘、溴、硫等,還可提取核能工業的原料重水、氫、氧的同位素等;作為礦物加工的熱源,用于硅藻土生產和精煉;在永久凍土地帶改進礦山工作條件;道路融雪;用作甘蔗和甜菜制糖工業、造紙業、木材業、紡織業、制革業、釀酒業和橡膠業等熱流能源等等。目前,世界上最大的兩家地熱應用工廠是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙漿木材加工廠。
                  (3)地熱務農。農業應用是地熱利用的重要方式,中低溫地熱水最適宜作溫室的熱源。比如:利用地熱建造地熱溫室;利用適宜溫度的地熱水灌溉農田,可使農作物早熟增產;用地熱溫水養魚,在28℃的水溫下可加速魚的育肥,提高魚的出產率;利用地熱給沼氣池加溫,提高沼氣的產量;還可育秧種菜等等。值得注意的是,地熱水直接用于農業方面,不僅提供熱源,還提供水源,由于地熱水所含的成分不同,對養殖和農作物會產生一定的影響。地熱水中有些微量元素能刺激動植物的正常生長,但也有不少元素會在動植物體內累積成有害物質,作為人類的食物這些殘毒將十分危險。為了安全起見,除在利用地熱水之前嚴格進行水質化驗外,并應隨時進行水質的復檢,以控制水質的變化。
                  (4)地熱行醫。地熱水一般都含有某些特殊化學元素,具有一定的醫療效果。如:碳酸礦泉水供飲用,可調節胃酸、平衡人體酸堿度;鐵水泉水飲用后,可治療缺鐵貧血癥;氫泉、硫化氫泉洗浴可治療神經衰弱和關節炎、皮膚病等。由于溫泉的醫療作用及伴隨溫泉出現的特殊的地質、地貌條件,使溫泉常常成為旅游勝地,吸引大批療養者和旅游者。
                  3.2地熱發電
                  目前應用的主要有兩種地熱發電方式:
                  (1)蒸汽型地熱發電。對于有壓力的地熱蒸汽,由于其熱焓高,可通過地熱井直接引入汽輪發電機組發電。但在引入發電機組前要把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發電方式最為簡單,但蒸汽型地熱資源的蘊藏量較少,故發展受到限制。
                  (2)熱水型地熱發電。熱水型地熱發電是目前地熱發電的主要方式,有兩種循環系統:①閃蒸系統。當高壓熱水從熱水井中抽至地面,由于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽,蒸汽送至汽輪機做功;而分離后的熱水可繼續利用后排出,或通過“還原井”送回地下。這種地下熱水鉆井深度一般為300~1500m,溫度為150~300℃;②雙循環系統。有的地熱水中含有多種腐蝕性氣體、雜質以及放射性元素和稀有金屬。這些物質對汽輪機組磨損和腐蝕程度都比較大。因此需要采取多種凈化措施,例如,用過濾器先排除雜質,防止積垢附著等,或者采用雙循環系統。雙循環系統把地熱水作為熱源,首先流經熱交換器,將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體(如氯化烷、氟里昂等),使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進入汽輪機做功后進入凝汽器,再通過熱交換器而完成發電循環。地熱水則從熱交換器回注入地層。發展該系統的關鍵技術是開發高效的熱交換器。
                  3.3干熱巖型地熱發電
                  干熱巖的儲量十分豐富,這種高溫巖體受到巖漿的不斷加熱,形成一種“永久加熱器”。開發干熱巖資源的原理是從地表往干熱巖中打一眼井(注入井),封閉井孔后向井中高壓注入溫度較低的水, 產生了非常高的壓力。在巖體致密無裂隙的情況下, 高壓水會使巖體大致垂直最小地應力的方向產生許多裂縫。若巖體中本來就有少量天然節理, 這些高壓水使之擴充成更大的裂縫。當然, 這些裂縫的方向要受地應力系統的影響。隨著低溫水的不斷注入, 裂縫不斷增加、擴大, 并相互連通, 最終形成一個大致呈面狀的人工干熱巖熱儲構造。在距注入井合理的位置處鉆幾口井并貫通人工熱儲構造, 這些井用來回收高溫水、汽, 稱之為生產井。注入的水沿著裂隙運動并與周邊的巖石發生熱交換, 產生了溫度高達200-300℃的高溫高壓水或水汽混合物。從貫通人工熱儲構造的生產井中提取高溫蒸汽, 用于地熱發電和綜合利用。利用之后的溫水又通過注入井回灌到干熱巖中, 從而達到循環利用的目的。

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