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地热(能量资源)

地热是来自地球内部核裂变产生的一种能量资源。地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃~1300℃,天然温泉的温度大多在60 ℃以上,有的甚至高达100 ℃~140 ℃。这说明地球是一个庞大的热库,蕴藏着巨大的热能。这种热量渗出地表,于是就有了地热。地热能是一种清洁能源,是可再生能源,其开发前景十分广阔。

地热由此产生。

地球可以看作是平均半径约为6371km的实心球体。它的构造就像是一个半熟的鸡蛋,主要分为三层。地球的外表相当于蛋壳,这部分叫做“地壳”,它的厚度各处很不均一,由几千米到70km不等,其中大陆壳较厚,海洋壳较薄。地壳的下面是“中间层”,相当于鸡蛋白,也叫“地幔”,它主要是由熔融状态的岩浆构成,厚度约为2900km。地壳的内部相当于蛋黄的部分叫做“地核”,地核又分为外地核和内地核。

地球每一层的温度很不相同。从地表以下平均每下降100米,温度就升高3 ℃,在地热异常区,温度随深度增加的更快。中国华北平原某一个钻井钻到1000米时,温度为46.8 ℃;钻到2100米时,温度升高到84.5 ℃。另一钻井,深达5000米,井底温度为180℃。根据各种资料推断,地壳底部和地幔上部的温度约为1100 ℃~1300 ℃,地核约为4100 ℃~6600 ℃。

地壳内部的温度产生的热量,它的热量是哪里来的呢。一般认为,是由于地球物质中所含的放射性元素衰变产生的热量。有人估计,在地球的历史中,地球内部由于放射性元素衰变而产生的热量,平均为每年5万亿亿卡(即卡路里)。这是多么巨大的热源啊。1981年8月,在肯尼亚首都内罗毕如开了联合国新能源会议,据会议技术报告介绍,全球地热能的潜在资源,约为,相当于全球能源消耗总量的45万倍。地下热能的总量约为煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。丰富的地热资源等待我们去开发。到2050年,根据不同部门的估算,中国地热发电装机容量可以分为高中低三种方案:高方案为3.6亿千瓦(约占中国电力总装机容量的30-),中方案为2.4亿千瓦(约占中国电力总装机容量的20-),低方案为1.2亿千瓦(约占中国电力总装机容量的10-)。地热不仅仅限制于地球上,将来人们可以到遥远的外太空,开发地热资源。

地热一般根据呈现形式和温度高低来进行分类。

地热来源主要是地球内部长寿命放射性元素(主要是铀238 、铀235 、钍232 和钾40等)衰变产生的热能。地热在地球上有不同的呈现形式。按照其储存形式,地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。

在离地球表面5000米深,15℃以上的岩石和液体的总含热量,据推算约为14.5×1025焦耳(J),约相当于4948万亿吨(t)标准煤的热量。地热资源按温度的高低划分为高中低三种类型。中国一般把高于150℃的称为高温地热,主要用于发电。低于此温度的叫中低温地热,通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。

据截止1997年的统计,全世界地热发电装机容量已达762.2万kw。美国加州吉塞斯地热电站是目前世界上最大的地热电站,装机容量达91.8万kw。

西藏是中国地热活动最强烈的地区,地热蕴藏量居中国首位,各种地热显示几乎遍及全区,有700多处,

其中可供开发的地热显示区342处,绝大部分地表泉水温度超过80℃,地热资源发电潜力超过100万千瓦。在调查过的169个热田和水热区中,温度高于80℃的占22-,温度介于60℃~80℃之间的占28-,温度介于40℃~60℃之间的占35-,温度低于40℃的占17-。西藏地热总热流量为每秒55万千卡。西藏各地蕴藏丰富的地热发电潜力,山南地区8万千瓦,日喀则地区16万千瓦,那曲地区2.7万千瓦,阿里地区9.2万千瓦,拉萨地区4.7万千瓦,昌都地区0.75万千瓦,总发电潜力40多万千瓦。20世纪60年代,中国开始对青藏高原地热资源进行研究与开发。西藏地热资源发电总量占拉萨电网的30-左右,除发电外,在住房取暖、蔬菜温室、医疗、洗浴等方面都有广泛的应用。

西藏中高温地热资源主要分布在藏南、藏西和藏北,西藏最著名的羊八井地热田是中国最大的高温湿蒸汽热田。地热显示主要有温泉、沸泉、间歇喷泉、热水河放热地面等,其特点是:

①温度高。西藏超过沸点的地热显示点已发现36处。

②类型多。西藏地热有水热爆炸,例如羊八井热水塘;间歇喷泉,如昂仁县切热乡搭格架间歇泉是中国已发现的最大间歇温泉;高原沸泉,分布在冈底斯山一带,如萨嘎县达吉岭乡如角藏布一支流;沸泥泉,措美县布雄朗古和萨迦县卡乌泉塘;地热蒸汽,分布在冈底斯山及念青唐古山南麓一带。

③分布广。西藏境内各县均发现有地热显示点,比较集中的分布地区是藏东“三江”地区、阿里地区和雅鲁藏布江谷地

④放热强度大。西藏地热放热强度位居中国首位,有些地热显示区的天然热流量达到107~108卡/秒。

⑤矿化度复杂。

西藏地热活动区位于喜马拉雅地热带中,高温地热资源占全国地热总量的80-。西藏地热资源主要分布在青藏

地热

铁路沿线的拉萨-尼木-羊八井-那曲-错纳湖一带,此外“一江两河”地区和藏北无人区也蕴藏着丰富的地热资源。西藏地热分布按其地热活动形迹、显示特征和区域地质,大致划分为三大区域:藏北低、中温水显示区,“三江”上游中、高温热水显示区,藏南部谷地高、中温水汽显示区。

该显示区外泄热泉水总流量2486.8升/秒,天然热流量5.9万大卡/秒。以班公错怒江大断裂带为界,分南、北两个亚区。

北亚区。地热显示主要分布在改则县-安多县东巧以北的藏北高原,地热显示微弱,类型以温泉为主,除有高温热喷泉1处外,其余温度均小于20℃。该区内共有湖泊90余处,富含等特征元素。

②南亚区。地热显示主要在日土-申扎-那曲一带。地热显示类型单一,活动强度中等,以中低温泉及湖沼为主要特征。热泉多出露在断裂带及断裂交汇处和构造湖的周边地区。在蓬错岸边以及徐果错到蒋口阿错一线的热泉和蒸汽显示非常明显。区内共有地热显示点23处,碱湖1处,钻孔见热点15处。湖泊富含锂、氟、二氧化硅等元素。

包括安多索县丁青昌都芒康等地区。地热显示集中在断裂交汇部位,在复背及切割复背斜的断裂带上有热泉出露。地热显示中等,类型单一,分布较广,共有热泉显示区131处,占西藏自治区地热显示区总数的34-。其中,有高温热泉30处、中低温泉30处、温泉71处、喷泉4处和分布于察雅-类乌齐一带碳酸泉5处。区内热泉总流量为1.3万升/秒,天然热流量7.9万大卡/秒,折合标准煤34.5万吨/年所释放的热量。由于区内地形深切、山峰陡峻、峡谷发育,不利于地热水的储存,热泉水多沿谷地底部排泄。

藏南部谷地高中温汽水显示区按水系、山地和地热显示强度可分为三个亚区,分别为象泉河狮泉河流域,雅鲁藏布江谷地和藏南冰雪山地。①象泉河、狮泉河流域亚区。包括噶尔县-公珠错地区,呈北西向分布,地热显示强烈,类型齐全,其中尤以水热爆炸沸喷泉为主。区内共有水热区27处,温度较高,热泉水总流量465升/秒。主要显示区有朗久地热显示,水温最高达95℃,属汽水两相显示。

②雅鲁藏布江谷地亚区。包括日喀则、山南、拉萨、当雄、林芝、波密和墨脱等地。区内地热显示类型众多,以汽水两相显示为主,共有水热显示区157处。其中,高于80℃的过热显示区有36处、高温水显示区157处、水热爆炸区5处、汽孔5处、沸泉2处和间歇喷泉3处。热水湖沼、冒气地面、泉华等现象极为普遍,主要显示区有羊八井、查布、卡乌和古堆等地。区内有位居中国首位、规模最为壮观的古堆泉华台,其高度400~500米。区内热泉水总流量为3428升/秒。

③藏南冰雪山地亚区。位于自治区南端喜马拉雅主峰及其北坡一带,呈东西向断续分布。区内地热显示类型少,共发现3处,温度均低于60℃,水热活动显示微弱,温泉大多数出露于南北向断裂切割的河谷底部。南部谷地的高中温水汽显示区,热泉水总流量为3909升/秒。

西藏境内主要地热显示区有羊八井地热田、谷露地热田、查布地热田、卡乌地热田、古堆地热田和朗久地热田等。

①卡乌地热田。位于萨迦县城东南约20千米处,距日喀则县城85千米,海拔4700米。地处卡乌盆地出口处,面积10万平方米。地热显示强烈,显示类型多,除水热爆炸外,还有沸泉、喷汽孔等,主要以沸泉为主。沸水喷涌高1米,水温88℃,日涌水总量1728吨,天然热流量1.5万大卡/秒,发电潜力约2.5万千瓦,硅、硼含量高。

②古堆地热田。西藏第二大地热显示区,仅次于羊八井地热田。位于措美县古堆乡,由布雄朗古、巴布德密、撒嘎朗嘎和茶卡等沸泉区组成,海拔4500~4600米。泉区出露面积9.5平方千米,区内南北向有大断层发育,古硅华堆积物高度400米。其显示类型属高温水汽两相,沸泉水最高温度为86.5℃,日涌出量3629吨,天然热流量4.4万大卡/秒,远景动能开发潜力7万千瓦以上。

③绒马尔热泉。位于申扎县依布茶卡西绒马村,海拔4900米。有热泉、喷泉、泉华锥和泉华柱,水温72℃,日涌水量2.1万吨,天然热流量1.2万大卡/秒,富含硼。泉周围地面常见盐华,呈盐泡状。④拉布朗温泉。为世界上含量最高的沸泉。位于昂仁县南部拉布朗村,海拔4300米,水温85℃。

羊八井地热田位于拉萨市西北当雄县境内,距拉萨市区约90 km,海拔4 300 m,是我国正在开发的最大湿蒸汽田。羊八井地热田分为浅层热储和北部深层热储。浅层热储勘探工作始于1975年,已探明热田面积14 km2,评价发电能力为32 MW。生产井井口温度110~170 ℃,井口工作压力0.294 2 MPa左右。 由于浅层热储发电热效率低,生产井和发电设备过流部件结垢、腐蚀严重,1987年后羊八井热田开发开始向寻找北区深部热储转移。当年施工了ZK352孔,井深950 m,井底温度202 ℃,未获得可利用热流体。据物、化探的地质资料也表明该区深部有可能赋存有高温热储。1988~1991年间,羊八井北区深部勘探工作由于缺乏资金而中断。但在此期间,国内外地热专家对羊八井热田北区深层热储的构造特征、地下水运移通道、是否有含水层、高温地热深井钻探工艺和方法等重大技术问题进行了理论上的研究和探讨。1992年西藏自治区人民政府在拉萨召开了西藏高温地热开发利用国际研讨会。与会国内外地热专家对羊八井北区深层热储存在的可能性勘探靶区、工艺等问题进行研讨和交流,一致认为羊八井北区深层高温热储有非常好的开发前景。会后,勘探工作重新开始,当年施ZK4 002孔,1993年完孔,井深2 006.8 m,测得井底温度329 ℃,因施工工艺和技术手段等原因,仍未获得热流体。1995年,在总结ZK4 002孔经验教训的基础上,经国内外专家咨询论证,又施工ZK4 001孔,1996年10月完孔,井深1 459 m,汽水混合物总量302 t/h,井口工作温度200 ℃,工作压力1.470 9 MPa,用端压法计算单井发电能力12 MW。至此,羊八井地热田深部高温热储第1次展现在人们面前,为羊八井地热开发利用掀开了新的一页。

拉德瑞罗地热田:世界地热发电的先驱

拉德瑞罗地热田位于意大利罗马西北面约180公里处,开发面积大约100平方公里。该地热田由8个地热区组成。拉德瑞罗地热田储集层内蒸汽的最高温度为310℃。拉德瑞罗地热电厂的总装机容量为38.06万千瓦,名列世界第四。

盖瑟斯地热田:全球地热田之冠

盖瑟斯地热田是目前所知世界最大的地热田,位于美国加州旧金山北面约120公里处,面积超过140平方公、里,储集层蒸汽温度最高达280℃。1988年,该地热田电厂的总装机容量达到204.3万千瓦,真正称得上世界第一。

怀拉基地热田:新西兰的地热之星

怀拉基地热田位于新西兰北岛中部陶波湖的东北侧。它是世界上第一个成功开发的大型热水田,利用热水发电的方法和经验从这里开始。该地热田热水温度最高达到265℃。

菲律宾地热田:地热田中的后来居上者

菲律宾目前共有地热田和地热区30处,其中已发电者4处,具有开发潜力的6处,正在钻探和开发的9处,其余11处仍在进行地面研究。1995年菲律宾地热发电的总装机容量达到122.7万千瓦,21世纪以来,更是接近200万千瓦,仅次于美国,居世界第二。

冰岛地热田:大西洋中脊上的地热奇苑

冰岛已知高温地热田和地热区共21处,全部分布在新火山活动带(距今70万年以内)之内,其中勘探与开发较多的地区大部分集中在冰岛西南、首都雷克雅未克的附近,以及东北的克拉夫和诺马夫雅克;雷克雅未克附近已开发的地热田包括雷克雅未克市区范围内以及市区东北约15公里的雷克低温热水田、斯瓦勤格高温热水田,以及尼斯雅维勒和魁瓦歌帝高温热水田。前二者所产630℃~128℃的热水全部供首都地区13万居民的生活用水和房屋供暖之用,后二者所产高温热水(260℃-38O℃)除一部分准备将来供应首都地区供暖外,其余将用于发电。

在一定地质条件下的“地热系统”和具有勘探开发价值的“地热田”都有它的发生、发展和衰亡过程,绝对不是只要往深处打钻,到处都可发现地热。作为地热资源的概念,它也和其它矿产资源一样,有数量和品位的问题。就全球来说,地热资源的分布是不平衡的。明显的地温梯度每公里深度大于30℃的地热异常区,主要分布在板块生长、开裂-大洋扩张脊和板块碰撞,衰亡-消减带部位。环球性的地热带主要有下列4个:

它是世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界。世界许多著名的地热田,如美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福;墨西哥的塞罗、普列托;新西兰的怀腊开;中国的台湾马槽;日本的松川、大岳等均在这一带。

地热带

它是欧亚板块与非洲板块和印度板块的碰撞边界。世界第一座地热发电站意大利的拉德瑞罗地热田就位于这个地热带中。中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田也在这个地热带中。

这是大西洋海洋板块开裂部位。冰岛的克拉弗拉、纳马菲亚尔和亚速尔群岛等一些地热田就位于这个地热带。

它包括吉布提、埃塞俄比亚肯尼亚等国的地热田。

除了在板块边界部位形成地壳高热流区而出现高温地热田外,在板块内部靠近板块边界部位,在一定地质条件下也可形成相对的高热流区。其热流值大于大陆平均热流值1.46热流单位,而达到1.7~2.0热流单位。如中国东部的胶、辽半岛,华北平原及东南沿海等地。

地热采暖全称为低温地板辐射采暖, 是以不高于60℃的热水为热媒,在加热管内循环流动,加热地板,通过地面以辐射和对流的传导方式向室内供热的供暖方式。早在上世纪七十年代,低温地板辐射采暖技术就在欧美、韩、日等地得到迅速发展,经过时间和使用验证,低温地板辐射采暖节省能源,技术成熟,热效率高,是科学、节能、保健的一种采暖方式。

地热采暖在新建住宅之中普遍采用,一般情况下,地热管路在运行一个采暖期之后沉积1-1.5毫米厚的水垢 、粘泥,并相应的使室内温度降低,水质差的地区更加严重。如果管路长期得不到有效清洗,一方面水流量减小、流速变慢,室内温度也因此明显下降 ;另一方面更为严重的是有的会造成管路栓塞,无法疏通,导致地热管路永久失效,不可逆转。

地热不热有那些因素?

家中安装了地热,可温度却很低,造成这种现象有以下几种因素:

1、设计不合理或根本没经过设计就施工,系统循环有问题;

2、主管线压力差不够,不能达到系统设计流速;

3、供暖温度不够,进户水温低;

4、过滤器堵塞造成水流不畅通;

5、地面材料热阻过大,温度不能有效释放,这种情况多由地面处理工艺或地板地垫过厚造成;

地热系统会堵么?

在使用过程中,如果供暖水质不好,那么很容易造成过滤器堵塞,但大家不要害怕,过滤器是个需要经常清洗的地方,准备一个扳手就可以自己动手清洗过滤器。管壁上的水垢只能找专业的热清洗公司来做!

如何预防地热不热?

地热安装3年后,必须进行地热清洗,那么如何告别地热清洗提早预防地热不热呢?在地热安装时即安装地热水过滤器,地热水质过滤器简称地热通,过滤地热水杂质,分解地热水垢的利器!预防地热管道堵塞,提升室温!

地热采暖系统有多厚?

地暖系统主要分为绝热层、防潮层、固定层、管道层、储热层、地面面层。整体厚度大概在8厘米左右!

地热地表温度是多少?

地热地表温度根据不同区域有不同的设计温度!

地板采暖国家行业标准 JGJ 142-2004 J365-2004

表3.1.2 地面的表面平均温度(℃)

区域特征 适宜范围 最高限值

人员经常停留区 24-26 28

人员短期停留区 28-30 32

无人停留区 35-40 42

浴室及游泳池 30-33 33

在世界上80多个直接利用地热的国家中,中国直接利用热地装置采热的能力已经位居全球第一。鉴于西藏自治区居全国之首的地热资源,西藏有着开发利用地热的广阔前景。

上个世纪七十年代初以来,由于能源短缺,地热能作为一种具有广阔开发前景的新能源日益受到关注。地热能除了用于发电之外,更为大量地直接用于采暖、制冷、医疗洗浴和各种形式的工农业用热,以及水产养殖等。

与地热发电相比,地热能的直接利用有三大优点:一是热能利用效率高达50--70-,比传统地热发电5--20的热能利用效率高出很多;二是开发时间短得多,且投资也远比地热发电少;三是地热直接利用,既可利用高温地热资源也可利用中低温地热资源,因之应用范围远比地热发电广泛。当然,地热能直接利用也受到热水分布区域的限制,因为地热蒸汽与热水难以远距离输送。

审时度势,要推进我国地热产业健康发展,需从以下四个方面入手::

一是合理规划地热资源的开发利用,引导和规范产业发展。地热能资源虽属可再生资源,但再生需要一定条件,而且不能无限再生。要保持能源的长期稳定性,让人民群众永享大自然的福赐,就必须把节约性保障措施放在优先位置统筹考虑,大力倡导“在保护中开发、在开发中保护”的发展模式。这就需要有关部门必须做好地热产业产能布局和产业链的规划工作,将重点放在高精尖技术的突破上,避免地热产业链盲目集中于技术含量不高的环节,造成局部产能过剩、全行业整体竞争力不强。同时,在国家发展规划中要明确地热资源的利用率比例、地热资源在能源消费中的比例等指标,并与节能减排目标相结合。此外,要协调好地方政府发展规划和地热发展的相关规划,使之与国家总体规划保持一致,避免地方政府盲目上项目、过度投资。

二是积极开展浅层地热能资源勘查评价,促进产业可持续发展。地热能特别是浅层地热能资源,采用何种方式开发、可能利用的量、长期利用后对环境的影响程度等,受到当地具体水文地质条件(地下水埋藏条件,地层结构、含水地层的渗透性、地下水水质等)的限制,只有这些条件查清楚,才能对浅层地热能的利用方式做出正确的选择。因此,当前应先从平原区的重点城市起步,开展以1∶10万比例尺精度为主体的勘查评价工作。以原来开展的水文地质勘查成果为基础,补充必要的获取岩土体热传导率、渗透率等参数的勘查工作。在勘查评价的基础上,编制浅层地热能开发利用规划,进行合理布局,确定适宜开发利用的地区、圈定不同利用方式(地下水、地埋管)的地段、提出合理的开发利用规模、防治地质灾害和环境地质问题的措施。

三是创造良好的政策环境,支持地热产业发展。地热能特别是浅层地热能开发利用,最初投资较高,但运行管理费用低并具有清洁、高效、节能的特点,是具有很好的开发前景和可持续利用的清洁能源。为此,政府可以通过建立地热能资源专项资金、补贴、投资退税或生产减税等优惠政策,降低地热产业发展的前期资金成本。当然,从地热产业的可持续发展考虑,这些支持措施既要适度又要适时,要根据产业发展周期采取不同的优惠措施,从而促使地热产业从依靠政策扶持发展到具有自身竞争机制的成熟产业。此外,要理顺体制机制,加强政府各部门的组织协调,建立良好的制度环境。

四是加大地热开发利用的技术创新,完善技术支撑体系。要尽快建立国家级研发平台,加强技术研发工作以提高创新能力;要将地热资源的有效利用列入各级政府的产业发展和科研攻关计划,增加投入,纳入预算;要促进企业和科研单位结成战略伙伴关系、建立创新联盟,使创新覆盖整个产业链的所有重要环节;要制定相关的技术标准、规范,规范地热能资源的开发利用;要在技术上吸收国外成功的先进经验(如开采与回灌技术、发电与热利用技术),引进用于中低温地热利用的热泵技术,实现地热资源的梯级综合利用,提高地热能源的利用率,进而保护生态平衡,实现可持续发展。

岩浆发电

岩浆发电,其本质是地热发电。只不过和普通地热发电有形式上的差异。
  随着世界经济的不断增长,能源的消耗也越来越大,化石燃料的大量使用带来了严重的环境污染和生态破坏,资源量也日益减少。开发洁净的可再生能源成了可持续发展的迫切需要。作为替代能源之一的地热能源日益受到人们的重视。
  地热电站没有燃料运输设备,没有庞大的锅炉设备,没有灰渣和烟气对环境的污染,是比较清洁的能源,而且地热发电成本较水电、火电都低。
  火山爆发时喷出的高温岩浆,蕴藏着巨大能量,如何利用地下的高温岩浆发电,是能源科学研究的一大课题。
  美国能源部在20世纪80年代初开始进行火山岩浆发电的可行性基础研究。并在夏威夷岛基拉厄阿伊基熔岩湖设立实验场,实验是成功的。美国于1989年选定了用岩浆发电的发电厂址,在加利福尼亚州的隆巴列伊地区打了一口6 000米的深井,利用地下岩浆发电,90年代中后期建成岩浆发电厂。其设计思想是用泵把水压入井孔直达高温岩浆,水遇到岩浆变成蒸汽后喷出地面,驱动汽轮发电机发电。计算机模拟表明,从一口井中得到的蒸汽热能发电,可以抵得上一台5万千瓦的发电机组。美国能源部计算后宣称,美国的岩浆能源量可折合为250亿~2 500亿桶石油,比美国矿物燃料的全部蕴藏量还多。
  日本也从1980年开始进行高温火山岩发电的实验。日本新能源开发机构成功地从3 500米深处的地下高温岩体中提取出了190℃的高温热水。方法是在花岗岩体中打两口井,往其中一口井中灌入凉水,再从别一口井中抽出高温热水。每分钟灌入1.1吨凉水,可连续回收0.9吨190℃的高温水。1989年,日本新能源开发部又利用高温岩体连续地获得高温热水和蒸汽。他们在相隔35米的距离内钻了两口1 800米的深井,以每分钟0.5吨的流量向一口井中灌进凉水,从另一口井抽出的水就被岩体加热到100℃以上。他们的目标是设法使凉水变成200℃的蒸汽,最终实现发电。
  英国从1987年开始进行岩浆发电实验。
  在英国一个温度最高的热岩地带,其2 000米深处的岩体温度约100℃,在6 000米深处的热岩可以把水加热到200℃。一口井就能产生1万千瓦的电力,可持续用25年时间。英国计划在1995年建成一个6兆瓦的热岩发电厂,可满足2万人口小城镇的电力需求。

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