地热能的利用

地热能的利用 地热能的利用人类很早以前就开始利用地热能例如利用温泉沐浴、医疗利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下1、2O0400?直接发电及综合利用2、150200?双循环发电制冷工业干燥工业热加工3、10O15O?双循环发电供暖制冷工业干燥脱水加工回收盐类罐头食品4、50100?供暖温室家庭用热水工业干燥5、2050?沐浴水产养殖饲养牲畜土壤加温脱水加工现在许多国家为了提高地热利用率而采用梯级开发和综合利用的办法如热电联产联供热电冷三联产先供暖后养殖等。近年来国外对地热能的非电力利用也就是直接利用十分重视。因为进行地热发电热效率低温度要求高。所谓热效率低。就是说由于地热类型的不同所采用的汽轮机类型的不同热效率一般只有6.4186大部分的热量白白地消耗掉。所谓温度要求高就是说利用地热能发电对地下热水或蒸汽的温度要求一般都要在150?以上否则将严重地影响其经济性。而地热能的直接利用不但能量的损耗要小得多并且对地下热水的温度要求也低得多从15180?这样宽的温度范围均可利用。在全部地热资源中这类中、低温地热资源是十分丰富的远比高温地热资源大得多。但是地热能的直接利用也有其局限性由于受载热介质—热水输送距离的制约一般来说热源不宜离用热的城镇或居民点过远不然投资多损耗大经济性差是划不来的。目前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。地热能直接利用中所用的热源温度大部分都在40?以上。如果利用热泵技术温度为20?或低于20?的热液源也可以被当作一种热源来使用例如美国、加拿大、法国、瑞典及其他国家的做法。热泵的工作原理与家用电冰箱相同只不过电冰箱实际上是单向输热泵而地热热泵则可双向输热。冬季它从地球提取热量然后提供给住宅或大楼供热模式夏季它从住宅或大楼提取热量然后又提供给地球蓄存起来空调模式。不管是哪一种循环水都是加热并蓄存起来发挥了一个独立热水加热器的全部的或部分的功能。由于电流只能用来传热不能用来产生热因此地热泵将可以提供比自身消耗的能量高34倍的能量。它可以在很宽的地球温度范围内使用。在美国地热泵系统每年以20的增长速度发展而且未来还将以两位数的良好增长势头继续发展。据美国能源信息管理局预测到2030年地热泵将为供暖、散热和水加热提供高达68Mt油当量的能量。对于地热发电来说如果地热资源的温度足够高利用它的好方式就是发电。发出的电既可供给公共电网也可为当地的工业加工提供动力。正常情况下它被用于基本负荷发电只在特殊情况下才用于峰值负荷发电。其理由一是对峰值负荷的控制比较困难再就是容器的结垢和腐蚀问题一旦容器和涡轮机内的液体不满和让空气进入就会出现结垢和腐蚀问题。上述地热能利用在以下四方面起重要作用。1地热发电地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能然后带动发电机发电。所不同的是地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉也不需要消耗燃料它所用的能源就是地热能。地热发 电的过程就是把地下热能首先转变为机械能然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。1蒸汽型地热发电蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电但在引人发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单但干蒸汽地热资源十分有限且多存于较深的地层开采技术难度大故发展受到限制参考《资源》栏目有关文章。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。2热水型地热发电热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型地热电站有两种循环系统a、闪蒸系统。闪蒸系统如图1所示。当高压热水从热水井中抽至地面于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽蒸汽送至汽轮机做功而分离后的热水可继续利用后排出当然最好是再回注人地层。b、双循环系统。双循环系统的如图2所示。地热水首先流经热交换器将地热能传给另一种低沸点的工作流体使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进人汽轮机做功后进人凝汽器再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。2地热供暖将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好倍受各国重视特别是位于高寒地区的西方国家其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统现今这一供热系统已发展得非常完善每小时可从地下抽取7740t80?的热水供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热如用作干燥谷物和食品的热源用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。3地热务农地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田可使农作物早熟增产利用地热水养鱼在28?水温下可加速鱼的育肥提高鱼的出产率利用地热建造温室育秧、种菜和养花利用地热给沼气池加温提高沼气的产量等。将地热能直接用于农业在我国日益广泛北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展养殖业如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。4地热行医地热在医疗领域的应用有诱人的前景目前热矿水就被视为一种宝贵的资源世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面除温度较高外常含有一些特殊的化学元素从而使它具有一定的医疗效果。如合碳酸的矿泉水供饮用可调节胃酸、平衡人体酸碱度含铁矿泉水饮用后可治疗缺铁贫血症氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件使温泉常常成为旅游胜地吸弓怕批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病历史悠久含有各种矿物元素的温泉众多因此充分发挥地热的行医作用发展温泉疗养行业是大有可为的。未来随着与地热利用相关的高新技术的发展将使人们能更精确地查明更多的地热资源钻更深的钻井将地热从地层深处取出因此地热利用也必将进人一个飞速发展的阶段。