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地?zé)豳Y源開發(fā)利用

為何地?zé)崮苄枰C合利用？

  所謂地?zé)崮?/a>，簡單地說．就是來自地下的熱能，即地球內(nèi)部的熱能。據(jù)計算，地球陸地以下五公里內(nèi)，15攝氏度以上巖石和地下水總含熱量達(dá)1.05E25焦?fàn)?，相?dāng)于9950萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按世界年耗100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計算，可滿足人類幾萬年能源之需要.如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為標(biāo)準(zhǔn)來計算、那么，石油的貯存量約為煤炭的3％，目前可利用的核燃料的貯存量約為煤炭的15％，而地?zé)?/a>能的總貯存量則為煤炭的1.7億倍。
 
  1.2地球構(gòu)造  地球是一個巨大的實心橢球體，它的表面積約為5．11x108km2，體積約為1.0833x1012km2，赤道半徑為6378km，極半徑為6357km。地球的構(gòu)造好像是一只半熟的雞蛋，主要分為3層。
 
  1)地殼:地球的員外面一層，即地球外表相當(dāng)于雞蛋殼的部分，地殼由土層和堅硬的巖石組成，它的厚度各處不一，介于10—70km之間，2)地幔:地球的中間部分，即地殼下面相當(dāng)于雞蛋白的部分，也叫做“中間層”，它大部分是熔融狀態(tài)的巖漿．地幅的厚度約為2900km,它內(nèi)硅鎂物質(zhì)組成，溫度在1000℃以上.
 
  3)地核:地球的中心，即地球內(nèi)部相當(dāng)于雞蛋黃的部分．地核的溫度在2000—5000 ℃之間，外核深2900—5100km，內(nèi)核深5100M以下至地心，一般認(rèn)為是由鐵、鎳等重金屬組成的。
 
  關(guān)于地?zé)?/a>的來源源問題，目前有許多不同的假說，因此，關(guān)于地?zé)?/a>的來源問題，也有許多不同的解釋。但是，這些解釋都一致承認(rèn)，地球物質(zhì)中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地?zé)?/a>的主要來源。放射性元素有鈾238、鈾235、針232和鉀40等，這些放射性元素的衰變是原子核能的釋放過程。放射性物質(zhì)的原子核．無需外力的作用，就能自發(fā)地放出電子、氦核和光子等高速粒子并形成射線。在地球內(nèi)部，這些粒子和射線的動能和輻射能，在同地球物質(zhì)的碰撞過程中便轉(zhuǎn)變成了熱能。
 
  1.3地?zé)嵝纬梢蛩?/div>
 
  形成地?zé)豳Y源有熱儲層、熱儲體蓋層、熱流體通道和熱源4個要素。
 
  2.2地?zé)岱诸?/div>
 
  通常我們把地?zé)豳Y源根據(jù)其在地下熱儲中存在的個同形式，分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型資源和巖漿型資源等幾類。在上述5類地?zé)豳Y源中，目前能為人類開發(fā)利用的．是地?zé)嵴羝?a href="http://kaichele.cn/t/地?zé)崴?html" >地?zé)崴?/a>兩大類資源，人類對這兩類資源已有較多的應(yīng)用；干熱巖和地壓兩大類資源尚處于試驗階段，開發(fā)利用很少。不過，僅僅是蒸汽型資源和熱水型資源所包括的熱能，其儲量也是極為可觀的。僅按目前可供開采的地下3km范圍內(nèi)的地?zé)豳Y源來計算，就相當(dāng)于2.9×1012 t煤炭燃燒所發(fā)出的熱量。
 
  2.2.1蒸汽型資源
 
  蒸汽型資源是指地下熱儲中以蒸汽為主的對流水熱系統(tǒng)，它以產(chǎn)生溫度較高的過熱蒸汽為主，摻雜有少量其他氣體，所含水分很少或沒有。這種干蒸汽可以直接進(jìn)入汽輪機(jī)，對汽輪機(jī)腐蝕較輕，能取得滿意的工作效果。但這類構(gòu)造需要獨(dú)特的地質(zhì)條件，因而資源少、地區(qū)局限性。
 
  2.2.2熱水型資源
 
  熱水型資源是指地下熱儲中以水為主的對流水熱系統(tǒng)，它包括噴出地面時呈現(xiàn)的熱水以及水汽混合的濕蒸汽。這類資源分布廣、儲量豐富，根據(jù)其溫度可分為高溫(>150℃)、中溫(90—150℃)和低溫(90 ℃以下)。
 
  2.2.3地壓型資源
 
  地壓型資源是一種目前尚未被人們充分認(rèn)識的、但可能是一種十分重要的地?zé)豳Y源.它以高壓水的形式儲存于地表以下2—3Km的深部沉積盆地中，并被不透水的蓋層所封閉，形成長1000km、寬數(shù)百千米的巨大熱水體。地壓水除了高壓、高溫的特點(diǎn)外，還溶有大量的碳?xì)浠衔?如甲烷等)。所以，地壓型資源中的能量，實際上是由機(jī)械能(壓力)、熱能(溫度)和化學(xué)能(天然氣)3個部分組成的。
 
  2.2.4干熱巖型資源
 
  干熱巖型資源是比上述各種資源規(guī)模更為巨大的地?zé)豳Y源。它是指地下普遍存在的沒有水或蒸汽的熱巖石。從現(xiàn)階段來說，干熱巖型資源專指埋深較淺、溫度較高的有開發(fā)經(jīng)濟(jì)價值的熱巖石。提取干熱巖中的熱量，需要有特殊的辦法，技術(shù)難度大。
 
  2.2.5巖漿型資源
 
  巖漿型資源是指蘊(yùn)藏在熔融狀和半熔融狀巖漿中的巨大能量，它的溫度高達(dá)600—1500℃左右。在一些多火山地區(qū)，這類資源可以在地表以下較淺的地層中找到，但多數(shù)則是埋在目前鉆探還比較困難的地層中。
 
  目前能為人類開發(fā)利用的．主要是地?zé)嵴羝?a href="http://kaichele.cn/t/地?zé)崴?html" >地?zé)崴?/a>兩大類資源，人類對這兩類資源已有較多的應(yīng)用；干熱巖和地壓兩大類資源尚處于試驗階段，開發(fā)利用少。
 
  2.3 地下熱水的形成一般可分為深循環(huán)型和持殊熱源型兩種形成類型.
 
  (1)深循環(huán)型。一邊冷水下降，一邊熱水上升，這就構(gòu)成地下熱水的循環(huán)運(yùn)動。深循環(huán)型地下熱水的形成、運(yùn)動和儲存，與地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。
 
  (2)特殊熱源型。數(shù)十億年來地殼巖層一直在經(jīng)歷著斷裂、擠壓、折曲及破碎等變化。每當(dāng)巖層破裂時，地球深部的巖漿就會通過裂縫向地表涌來。如果涌出地表，即成為火山爆發(fā)。如果停駐在地表下一定的深度，則成為巖漿侵入體。根據(jù)板塊學(xué)說，在各大板塊的交接處形成了有豐富地?zé)豳Y源的地?zé)釒?/a>。
  3.1從世界范圍來說，主要有如下4個地?zé)釒?/a>：
  3）．紅?！獊喍场獤|非裂谷型地?zé)釒?/div>
 
  4）．地中海一喜馬拉雅縫合線型地?zé)釒?3.2 地?zé)嵩?a href="http://kaichele.cn/t/中國.html" >中國的分布  通過對中國30個省、市、自治區(qū)的地?zé)豳Y源普查、勘探表明，中國地?zé)豳Y源豐富，分布廣泛。其中盆地型地?zé)豳Y源潛力在2000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量以上。全國已發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)3200多處，打成的地?zé)峋?/a>2000多眼，其中具有高溫地?zé)岚l(fā)電潛力有255處，預(yù)計可獲發(fā)電裝機(jī)5800MW，現(xiàn)已利用的只有近30MW。
 
 
  中國的高溫地?zé)豳Y源豐富，可用于地?zé)岚l(fā)電的合255處，總發(fā)電潛力為5800Mw。主要分布在西藏、滇西和中國臺灣地區(qū)。
 
  預(yù)計到20l0年，還可開發(fā)利用10余處新的高溫地?zé)?/a>資源，發(fā)電潛力約為300MW。
 
  2)．中、低溫地?zé)豳Y源
 
  中國的中、低溫地?zé)豳Y源中可用于非電直接利用的有2900多處，  其中盆地型潛在地?zé)豳Y源埋藏量約相當(dāng)于2000億t標(biāo)準(zhǔn)煤。主要分布在松遼盆地、華北盆地、江漢盆地、渭河盆地、太原盆地、臨汾盆地、運(yùn)城盆地等眾多的山問盆地以及東南沿海的福建、廣東、贛南、湘南等地。
 
  目前的開發(fā)利用量還不到資源保有量的1‰。  地?zé)崮?/a>的利用可分為直接利用和地?zé)岚l(fā)電兩大方面.
 
  4.  地?zé)岚l(fā)電原理及分類
 
  4.1原理:  地?zé)岚l(fā)電是利用地廠熱水和蒸汽為動力源的一種新型發(fā)電技術(shù)，它涉及地質(zhì)學(xué)、地球物理、地球化學(xué)、鉆探技術(shù)、材料科學(xué)和發(fā)電工程等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。
 
  4.2  分類:  按照載熱體類型、溫度、壓力和其他特性的不同，可把地?zé)岚l(fā)電的方式劃分為地?zé)嵴羝l(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類.
 
  4.2.1．地?zé)嵴羝l(fā)電
 
  (1)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。最簡單的地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/干蒸汽發(fā)電.html" >干蒸汽發(fā)電，是采用背壓式汽輪機(jī)地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)。 工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后就可把蒸汽通入汽輪機(jī)做功，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業(yè)生產(chǎn)中的加熱過程。
 
  應(yīng)用：這種系統(tǒng)大多用于地?zé)嵴羝胁荒Y(jié)氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的場合.
 
  (2)凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)  為提高地?zé)犭娬?/a>的機(jī)組出力和發(fā)電效率，通常采用凝汽式汽輪機(jī)地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中，由于蒸汽在汽輪機(jī)中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環(huán)水泵打入冷卻水所冷卻而凝結(jié)成水，然后排走。 在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力，即真空狀態(tài)，設(shè)有兩臺帶有冷卻器的射汽抽氣器來抽氣，把由地?zé)嵴羝麕淼母鞣N不凝結(jié)氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走 兩種方式：閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)4.2.2  地下熱水發(fā)電
 
  （1）閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)：直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作。也叫做減壓擴(kuò)容法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。
 
  1）單級閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)(又包括濕蒸汽型和熱水型兩種)；2）兩級閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；
 
  3）全流法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；
 
  （2）雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)：利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)，使其產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作。雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電也叫做低沸點(diǎn)工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電或中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電，又叫做熱交換法地?zé)岚l(fā)電。在這種發(fā)電系統(tǒng)中，低沸點(diǎn)介質(zhì)常采用兩種流體；一種是采用地?zé)崃黧w作熱源；另一種是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為一種工作介質(zhì)來完成將地下熱水的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。所謂雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)即是由此而得名。常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂—11、氟利昂—12等。
 
  優(yōu)點(diǎn)：利用低溫位熱能的熱效率較高：設(shè)備緊湊，汽輪機(jī)的尺寸小；易于適應(yīng)化學(xué)成分比較復(fù)雜的地下熱水。
 
  缺點(diǎn)：不像擴(kuò)容法那樣可以方便地使用混合式蒸發(fā)器和冷凝器；大部分低沸點(diǎn)工質(zhì)傳熱性都比水差，采用此方式需有相當(dāng)大的金屬換熱面積；低沸點(diǎn)工質(zhì)價格較高，來源欠廣，有些低沸點(diǎn)工質(zhì)還有易燃、易爆、有毒、不穩(wěn)定、對金屬有腐蝕等特性。
 
  單級雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng) 兩級雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；  閃蒸與雙循環(huán)兩級串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)。
 
  4.3.  經(jīng)濟(jì)性是考察地?zé)岚l(fā)電站設(shè)計和建設(shè)的最重要的綜合性指標(biāo)。 衡量地?zé)岚l(fā)電站經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，主要有兩個：
 
  1）一個是發(fā)電量(kWh／t熱水)，它表示地?zé)岚l(fā)電站發(fā)電效率的高低；2）一個是地?zé)岚l(fā)電站的投資費(fèi)用(元/kw)，它表示電站建設(shè)費(fèi)用的大小。
 
  地?zé)峥梢杂脕頌樽羧∨?，?a href="http://kaichele.cn/t/供熱.html" >供熱水等。也可以用于溫室種植，溫水養(yǎng)殖，工業(yè)生產(chǎn)等。地?zé)豳Y源在旅游業(yè)、醫(yī)療業(yè)也發(fā)揮重要作用。  地?zé)崮?/a>中，蒸汽和熱水只是一小部分的地?zé)豳Y源。地球的巖漿和干熱巖將提供廉價，清潔，以及幾乎無限的能源，隨著技術(shù)的發(fā)展，干熱巖及巖漿型地?zé)衢_發(fā)將取得突破，人們對地?zé)岬?a href="http://kaichele.cn/t/直接利用.html" >直接利用也會多起來。在化石能源日益緊張的背景下，地?zé)豳Y源的開發(fā)對人類更具吸引力，它是地球奉獻(xiàn)給人類的又一個能量寶庫，有其不可估量的前途。