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地热能

2015年07月15日

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地热能是贮存在地下岩石和流体中的热能。这种热能来自地球深处的高温熔融体以及放射性元素的衰变。地热能有4种类型:一是地热水或地热蒸汽。埋藏深度在100-4500m,温度90~350℃。二是地压地热能。赋存在沉积岩层中,含有在高压下被溶解大量甲烷及少量乙烷丙烷的地热流体,埋深3-6km,温度在150~180℃。三是干热岩地热能。是在特殊地质条件下形成的且含水很少或无水的干热岩体,温度超过200℃,需在人工压注水后才能开采。四是岩浆地热能。赋存在  700-1200℃高温熔融岩浆体中的热能,是资源量最大的地热能,但开采难度也最大,可勘查的深度3000-10000m。目前全球地热主要集中在西部地区,如阿拉斯加、夏威夷等。

地热能的优点是:储量丰富,是比化石燃料洁净的本土能源矿产资源,特别在当今备受关注的全球气候变化和环境污染的严峻形势下,作为可再生能源的地热,它更被人类青睐。

地热直接利用 

地热能的直接利用发展十分迅速,已广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等地热发电各个方面,收到了良好的经济技术效益,节约了能源。地热能的直接利用,技术要求较低,所需设备也较为简易。在直接利用地热的系统中,尽管有时因地热流中的盐和泥沙的含量很低而可以对地热加以直接利用,但通常都是用泵将地热流抽上来,通过热交换器变成热气和热液后再使用。这些系统都是最简单的,使用的是常规的现成部件。

如目前很多国家利用地热采暖和生活用水。一般人感到舒适的最佳环境温度是在16~22℃之间,利用地热采暖就可以保持这种温度,不仅室温稳定舒适,避免了燃煤锅炉取暖时忽冷忽热的现象,而且还可节约燃料,减少对环境的污染。把提供生活饮用水也包括在内,但主要是以地热采暖工程为主。地热储层提供了源源不断的热水,通过水井、机械系统管道、热交换器、控制等环节来利用地热。这就是所谓的地热能源的直接利用。

    除了上述的地热的直接利用,目前很多国家的地热也用于医疗保健和旅游方面。 如:人们开始使用其泡温泉、烹调食物等。

地热发电 

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似,也是根据能量转换原理,首先把地热能转换为机械能,再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。

现在开发的地热资源主要是地热发电蒸汽型和热水型两类,因此,地热发电也分为两大类:地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。

一次蒸汽法直接利用地下的干饱和(或稍具过热度)蒸汽,或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。

二次蒸汽法有两种含义,一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽(一次蒸汽),而是让它通过换热器汽化洁净水,再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电。第二种含义是,将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽,压力仍高于当地大气压力,和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。地热水中的水,按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的,必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。目前对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电,利用抽真空装置,使进入扩容器的地下热水减压汽化,产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功,这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大,因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质,地下热水通过换热器加热,使低沸点物质迅速气化,利用所产生气体进入发电机做功,做功后的工质从汽轮机排入凝汽器,并在其中经冷却系统降温,又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”,这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差,如果发电系统的封闭稍有泄漏,工质逸出后很容易发生事故。

地源热泵 

地源热泵是地球表面浅层水源(如地下水、河流和湖泊)和土壤源中吸取的太阳能和地热能,并采用热泵原理,既可供热又可制冷的高效节能空调系统。具体利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖制冷空调系统,地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量);它又是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡,地源热泵技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实。

地热热泵系统由三个基本部分组成:地埋管换热器,热泵机组,空气输送系统(管道)。换热器基本上是一个管道系统,称为一个循环,这是在靠近建筑物的浅层埋入地下。液体(通常为水或水和防冻剂的混合物)通过管道循环吸取。

在在自然界中,水总是由高处流向低处,热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处,实现水由低处向高处流动,热泵同样可以把热量从低温传递到高温。 所以热泵实质上是一种热量提升装置,工作时它本身消耗很少一部分电能,却能从环境介质(水、空气、土壤等)中提取4-7倍于电能的装置,提升温度进行利用,这也是热泵节能的原因。 地源热泵是热泵的一种,是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术,地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来维持室内所需要的温度。 在冬天,1千瓦的电力,将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天,过程相反,室内的热量被热泵转移到土壤或水中,使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始,将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。(引自NREL)

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