地热能的开发利用价值

地热能的开发利用价值

1地热能的类型与分布由于可再生能源的特殊功能，地热能是一种广泛使用的能源。为了解决世界热态效应和净化环境的独特作用，许多国家使用了用作选择能源的资源之一。在一些地区和方面，地热能可以多地补充和改善生态环境。地球是一个巨大的能源宝库,进入地球内部越深,温度就越高,据资料显示,每天由地球内部向地表传递的地热能量相当于全人类一天使用能量的2.5倍。这种储存于地球内部的地热能其实远比化石燃料丰富,它大约是世界油气资源所提供能量的5万倍。地热能是指储存于地球内部的热量,这部分热量一方面来源于地球深处的高温熔体,另一方面则来源于放射性元素衰变所产生的热。它是通过漫长的地质作用形成的集热、矿、水为一身、具有复合优势的资源。地热能按其性质可分为四种类型:一是热水型,即地球浅处(地下100~4500m)所见到的热水或水蒸汽;二是地压地热能,即在某些大型沉积盆地深处(3~6km)存在着高温、高压流体,其中含有大量甲烧气体;三是干热岩地热能,由于特殊地质构造条件造成高温但少水甚至无水的干热岩体,需用人工注水的方法才能将其热能取出;四是岩浆热能,即储存在高温(700~1200℃)熔融岩浆体中的巨大热能,但如何开发利用这类能源目前仍处于探索阶段。在上述四类地热能中,只有第一类水热型地热资源已达到大规模商业性开发利用阶段。根据开发利用目的,又可将水热型地热能分为高温(大于150℃)地热能、中温(大于90℃小于150℃)地热能和低温(小于90℃)地热能。高温地热资源主要用于地热发电,中、低温地热资源主要用于地热直接利用(如供暖、制冷、干燥、种植)。地热资源的最大特点是其分布具有地区性。从全球范围看,高温地热资源一般出现在火山、地震活动频繁的构造带或地学上所谓的板块边缘或其内部;中、低温地热资源分布有两类,一类为埋藏在沉积盆地中的地下热水即传导型地热资源,另一类为直接露出地表或在地下作深循环的对流型地热资源。前者即为日常所见的温泉,而后者一般为埋藏在基岩孔隙一裂缝介质中的地下热水。2世界能源持续发展的重要组成部分—地热在能源系统中的地位作为可再生能源大家族中的一员,地热能与太阳能、风能、生物能一样,除个别国家外,目前在整个能源结构中的地位可以说是微乎其微。但可再生能源作为一种正在大力探索中的能源,已经在世界能源供应的战略结构中占据一席之地,越来越受到各国政府的重视,开发利用可再生能源已成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分,成为大多数发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择。若将太阳能、风能、潮汐能与地热能加以比较,地热能是新能源家族中最为现实的能源。从长远看,地热能的开发利用无疑会有很好的社会、经济和环境效益。目前,有许多地热资源丰富且开发利用好的国家,如美国、日本、意大利等,地热在整个国民经济中也已起到一定作用。3国内地热资源利用的总量据统计资料表明,我国地热资源可采储量相当于4626.5×108t标准煤。目前地热水年开采量约344.5×106m3,可提供热能约1776.3MW,折合标准煤191.2×104t/d。每年的开采量以10%的速度递增,至2010年预计年开采地热水总量可达到900×106m3,开采利用的热量折合标准煤约495×104t/d,年开采地热水总量仅占可开采量的13.4%,表明了我国地热资源可开发利用的潜力很大。我国地热资源的开发利用始于20世纪70年代初,主要在两方面进行了地热资源的开发利用:3.1地热电站我国高温地热资源主要分布在滇、藏、川西一带,总发电潜力5800MW/30a。自1970年10月我国第一座实验性地热电站在广东丰顺建成投产以来,相继建成了湖南灰汤、西藏羊八井、西藏那曲及西藏郎久等地热电站,其中西藏羊八井地热电站现有装机容量25.18MW,年发电量超过1亿kW·h,夏、冬两季的发电量分别占拉萨电网的40%和60%,在解决拉萨供电方面起着重要作用。3.2天津及河北等地中、低温地热资源的开发利用始于北京、天津及河北等地,主要用于供暖、工农业用热及洗浴、旅游疗养等。胜利油田在孤岛仙河区进行了应用,用于取热供暖。4热资源综合开发利用的假设4.1采暖、调温措施针对供热对象的不同,对地热能品质要求的不同,将热能进行梯级利用。在炎热的夏季,可利用95℃左右的地热水通过氨吸收式制冷装置进行室内空气调节。在冬季采暖期,可将55℃以上的高温段地热能用于常规采暖设施的居民供暖;55~45℃的中温段地热能用于节能日光温室的反季节种植;35~20℃的地热尾水通过运用质变泵技术,将温度提升至65℃左右用于供暖,使最终回灌地热水的温度控制在20℃以下。在纺织业、皮革业可利用地热水进行漂纱、汰纱、烘干、漂洗、脱毛及脱脂等,在农业方面可利用地热水进行冬季繁殖、农副产品脱水及干燥等领域。4.2经济指标方面,进行“地热水”的利用。利用其复地热水含有多种元素,特别是偏硅酸、氡及二氧化碳的存在,对人们的健康有较好的保健作用。为此,我们可以通过以下途径进行地热水的开发利用。首先可利用地热水的化学成分和温度、浮力、压力等物理作用,开展中西药浴、电水浴、漩涡浴、周身浴及雾化疗等来治疗人体疾病;其次可依托地热水,发展集游泳、娱乐、健身、餐饮、住宿为一体的旅游服务业;再次利用地热水中含有的对人体有益的微量元素,开发生产饮用矿泉水;最后可利用地热水化学成分的复杂性进行土壤改良,提高农作物产量。4.3对水产品进行循环利用和复合利用当今地表水资源匮乏,对于已进行热能提取的地热尾水,用以替代一部分地表水,既可节约地表水,又可消除地热水排放对环境的污染。因此,一方面可利用地热尾水进行热带水产养殖和名特优水产种苗的繁育,如可进行鲤鱼、白结、甲鱼、罗非鱼、牛蛙等水产品的养殖和开发;另一方面,随着人民生活水平的逐渐提高,将地热尾水进行适当处理,引入千家万户,进行洗浴和卫生洁具冲洗,即可节省能源,又能消除环境污染;再有就是可利用地热尾水进行小区绿地灌溉。5环境问题的解决方法我国中低温地热资源的开发利用,在世界上已占有很重要的地位,随着人们环保与健康意识的增强,社会对改善能源结构、发展清洁能源的要求与日俱增,无论作为清洁能源还是保健资源、水资源,都会拓展地热的发展空间。通过几年来地热开发利用实践,笔者认为,在地热开发利用工作中,应着重解决好以下几个关键问题:一是可持续发展问题。随着地热资源利用领域的拓宽和社会需求的增加,地热能会给人们的生活带来越来越多的好处,但若不遵循可持续发展的原则,就会造成资源的快速枯竭,使以此为资源的系统成为“无源之水,无本之木”。为实现可持续开发利用的目的,在开发中,要采取行之有效的措施,建立资源利用中心的高效低耗体系,要积极推广应用高新技术与设施,提高地热开发的科技含量,发展节约型、效益型的开发利用模式,努力提高地热利用率,减少资源浪费,使地热创造更高的社会、环境、经济效益。二是环境污染问题。开采地热资源可能产生的环境问题是多方面的:一是热污染,地热开发利用过程中,必然向大气和水体排放大量的低温热量,造成周围的空气或水体温度上升,影响周围环境和生物的存活生长,破坏水体的生态平衡;二是有害成分在排放过程中,会富集在土壤和水体中,既不利于农作物生长,也有损于人体健康;三是含盐量较高的地热水排入农田将侵蚀土地,破坏植被,造成严重的土壤板结和盐碱化;四是地热水中不同程度的含有氡、铀及钍等放射性元素,它们都有各自的半衰期,对人体健康有不同程度的危害;五是长期开采而不回注,将导致地面沉降。综上所述,地热开发利用过种中引起的环境问题不容忽视,只有采取科学的态度,高度重视,采取有效措施,才能控制和解决各种环境问题。三是回注问题。地热水的大量集中开采会因其埋藏深度大、补偿缓慢、再生速度不快而使地热水水位下降形成地面沉降和人为意义上的资源匮乏。为解决地热资源的长久不衰、长期享用,最用效的途径就是实现地热尾水回注。地下热能资源非常丰富,水只是作为热能载体,要充分利用地热资源,采取一次性开采地热水的方法是极为有限的,弃水回注是目前国际上解决地热水位下降,延长地热使用寿命的最好方法,通过回注形成良性循环状态,在循环过程中,地热水不断将地球深部热能带到地表,从而使地热能得到持续利用。四是腐蚀问题。地热流体中含有多种化学物质,它们对金属结构材料的腐蚀有重大影响,其中影响最大的是氯离子和氧。氯离子的离子半径小,穿透能力强,容易穿过金属表面已有的保护层,加速金属的腐蚀,能强烈促进各类型钢筋、合金的局部腐蚀。氧是地热水中最主要的腐蚀物质,它是受腐蚀金属所给出的电子受体,也可以和阴极出的新生态氢反应,这一反应降低了氢析出的过电位。为避免地热水的腐蚀,一是采用密闭流程,减少空气中氧的溶入;二是采用非金属管道;三是采用换热,避免地热水与采暖设施接触。五是调峰问题。地热供暖单靠地热作为热源很容易被大家理解,但值得注意的是我国北方地区的地热资源埋藏较深,流量也受到一定限制,开发成本较高,使得充分发挥地热能的作用受到了约束。据采暖地区气象资料及不同时期采暖负荷表明,当室外温度较低时,采暖所需的热量很大,但累计小时数却很少,如果采用地热采暖来承担尖峰负荷,一是供暖面积减少,二是降低了地热利用率。为提高地热利用,增加供暖面积,可把热负荷分为两部分,即尖峰负荷由调峰锅炉承担,基本热负荷由地热承担。据有关资料介绍,当调峰设计热负荷占30%时,实际调峰累积热负荷还不到10%,供暖面积提高了43%;当调峰设计热负荷为50%时,实际调峰累积热负荷不超过30%,但供暖面积却比原纯地热供暖增加了一倍。六是尾水温度问题。为提高地热能利用率,尾水温度降得越低越好,但因受很多客观因素制约,很难实现。一方面将原锅炉系统改为地热水采暖系统,因原锅炉采暖系统的散热器面积是按供、回水温度为95℃~