故事：楊貴妃入浴華清池〔參見教材〕 溫泉是來自地下的熱水，說明地球內部存在著某種形式的熱能。如何利用這些來自地下的熱能，已經成為人們非常關心的問題。1§6地熱能及其利用2§6.1地熱資源的形成地球是一個巨大實心橢球體，體積約為1萬億立方公里。§6.1.1地球的構造和熱量來源地球內部越深，溫度越高。各層的溫度，如以下圖。3地球內部的熱量，主要來自放射性元素的衰變。放射性元素的衰變是原子核能的釋放過程。高速粒子的動能與輻射能在與其它物質的碰撞過程中轉變為熱能。此外，熱的來源還有潮汐摩擦熱、化學反響熱等，不過所占比重都不大?！?.1.1地球的構造和熱量來源4§6.1.2地熱資源的概念并非所有的地球內部熱量都能作為能源進行利用。小知識：大地熱流〔詳見教材〕1〕地表每年散發到大氣的熱量很多。但是太過分散，目前還無法作為能源。2〕還有很多熱量埋藏在地球內部的深處，開采困難，也很難被人類利用。5在某些地質作用下，地球內部的熱能會向某些地域聚集，集中到特定深度范圍內，有些能到達開發利用的條件?！?.1.2地熱資源的概念6§6.1.2地熱資源的概念小知識：地下3km范圍內的地熱資源〔教材154頁〕。7§6.2地熱資源的類型1〕熱水型 ——包括熱水及濕蒸汽。2〕干蒸汽型 ——高溫蒸汽。3〕地壓型 ——高壓水，壓力一般可達幾十兆帕。4〕干熱巖型 ——溫度很高的巖石層。5〕巖漿型 ——高溫熔巖?！?.2.1地熱資源的存在形態目前人類開發利用的，主要是地熱蒸汽和地熱水兩大類，已經有很多的實際應用。干熱巖和地壓兩類尚處于試驗階段，開發利用很少，未來可能有大規模開展的潛力。巖漿型資源的應用還處于課題研究階段。8§6.2.2地熱田80℃的地下熱水，大致埋藏在2000多米的地方。如果想獲得溫度更高的地熱資源，深度還要增加。世界之最：最深的人工礦井〔詳見教材〕9世界之最世界上最大的地熱田 蓋瑟爾斯地熱田〔詳見教材〕。第一個成功開發的大型熱水田 懷拉基地熱田〔詳見教材〕。10§6.3地熱能資源及其分布地熱能的總儲存量為煤炭的1.7億倍，是一個龐大的熱庫。據估計，全世界地熱資源的總量大約為1.45×1026焦耳，

相當于5000萬億噸標準煤燃燒時放出的熱量。更多數據，詳見教材。§6.3.1地熱能的蘊藏量11§6.3.2世界地熱資源分布全球地熱資源的分布很不平衡，但有一定的規律。從全球地質構造觀點來看，小于150℃的中、低溫地熱資源，那么分布于板塊內部的活動斷裂帶、斷陷谷和坳陷盆地。大于150℃的高溫地熱資源，主要出現在地殼表層各大板塊的邊緣。12§6.3.2世界地熱資源分布13§6.3.2世界地熱資源分布〔3〕大西洋中脊地熱帶是大西洋海洋板塊的開裂部位。從冰島至亞速爾群島有許多地熱田，其中最著名的是雷克雅未克地熱田?！?〕紅海－亞丁灣－東非裂谷地熱帶位于阿拉伯板塊與非洲塊板的邊界，包括吉布提、肯尼亞等國的地熱田，如著名的肯尼亞阿爾卡利亞高溫地熱田等。各環球地熱帶的地理位置及與板塊的關系，參見教材圖6.5。世界上主要的高溫地熱田，參見教材表6-1。14我國擁有豐富的地熱資源。世界上四大板塊地熱帶中，兩個經過我國幅員〔哪兩個？〕。全國地熱可采儲量，是已探明煤炭可采儲量的2.5倍，其中距地表2000米以內儲藏的地熱能為2500億噸標準煤。以中低溫地熱資源為主。目前，全國經正式勘查并經國土資源儲量行政主管部門審批的地熱田有100多處。每年全國可開發利用的地熱水總量約60多億立方米。§6.3.3我國的地熱資源151617§6.4地熱能利用的開展世界上許多地區很早就開始了對地熱能的利用。有文獻記載的歷史，也至少有幾千年。早期主要是利用天然溫泉和地下熱水、天然蒸汽。1812年，意大利人就從地熱泉水蒸發殘渣中提取硼酸。1827年，意大利人率先利用天然地熱蒸汽參與加工。20世紀，地熱資源開始被用于發電和一些新型的工農業生產，直接利用的開展規模也越來越大。20世紀中葉開始，地熱大規模開發利用漸漸盛行。§6.4.1世界地熱能直接利用18古籍中有很多關于溫泉利用的記載。1995年利用的地熱總容量近200萬千瓦，已居世界第一位。到2000年，地熱利用總量超過100億千瓦時，繼續高居世界首位?！?.4.2我國地熱能直接利用19世界第一個地熱供暖系統

1928年，冰島……世界最大的地熱應用工廠

目前世界上最大兩家地熱應用工廠……世界之最20§6.4.3世界地熱發電的開展自1904年第一次地熱發電成功以來，已經有一個多世紀的的開展歷史。美國、墨西哥、前蘇聯、日本、菲律賓、薩爾瓦多、冰島和中國也陸續開展地熱發電的試驗研究和開發建設。尤其是1970s以來，地熱發電有了較快的開展。美國從1973年開始進行干熱巖的地熱開發試驗。英國、日本、法國也陸續開始進行干熱巖開發試驗。用150℃以下的中低溫熱水發電的研究，約從1970s開始。日本建過兩座利用150℃地熱水發電的1MW試驗電站。21世界之最世界第一個地熱電站－拉德瑞羅〔詳見教材〕世界第一個濕蒸汽地熱電站－詳見教材世界第一個干熱巖地熱電站－詳見教材世界上最大的地熱電站－詳見教材22§6.4.3世界地熱發電的開展據2005年世界地熱大會統計，2004年全球直接利用地熱能超700萬億千瓦時，相當于每年節約了11232億桶石油；同時，減少CO2排放量5933萬噸。2005年世界地熱發電裝機容量到達了8912MW。2005年局部國家的地熱發電統計數據，參見表6-3。1975~2005地熱發電年裝機容量增長很快，參見表6-2。23§6.4.4我國地熱發電的開展我國的地熱發電開始于1970s初。在各省相繼建起了幾個小型發電試驗裝置，如表所示。24252021年的地熱發電建設目標是：

裝機容量到達400MW以上。目前，我國實際運行的地熱電站，年發電量近1.3億度，

居世界地熱發電排名第16位。26§6.5地熱能的一般利用不同溫度地熱流體的利用方式也有所不同?？傮w而言，地熱能在以下四個方面的應用最為廣泛和成功。1〕地熱發電。2〕地熱供暖。3〕地熱用于農業。4〕溫泉洗浴和醫療。不同溫度地熱資源的可能利用方式，參見表6-6。§6.5.1地熱能的利用方式27§6.5.2地熱用于供暖采暖、供熱或提供熱水，是最普遍的地熱應用方式。包括：—地熱水供暖系統—地源熱泵系統—地源熱風供暖系統中國之最：最大的地熱供暖系統 在天津〔詳見教材〕世界之最：地源熱泵供暖比例最高的國家 瑞士〔詳見教材〕 28還可以把土壤作為低溫熱源。一般是在土壤中埋設盤管或U形管，把從土壤吸收的熱能通過熱泵供給給室內。29§6.5.3地熱用于農業地熱在農業中的應用范圍十分廣闊。—利用溫度適宜的地熱水灌溉農田；—利用地熱水養魚；—利用地熱建造溫室；—利用地熱給沼氣池加溫等。30§6.5.4溫泉洗浴和醫療在我國，溫度在25℃以上的地熱水才能稱為溫泉。地熱水中常含有鐵、硫等化學元素，因此很多天然溫泉具有一定的醫療保健作用。例如，……有些地熱水還可開發作為飲用礦泉水，并有特殊健康效果。世界各國都很珍惜，地熱在醫療領域的應用有誘人前景。中國之最：的最早的溫泉31§6.6地熱發電§6.6.1地熱發電的原理32§6.6.1地熱發電的原理33§6.6.2蒸汽型地熱發電系統蒸汽型地熱發電是把高溫地熱田中的干蒸汽直接引人汽輪發電機組發電。在引人發電機組前先要把蒸汽中所含的巖屑、礦粒和水滴別離出去。蒸汽型地熱發電系統的類型有：－背壓式汽輪機發電系統－凝汽式汽輪機發電系統34§6.6.2蒸汽型地熱發電系統1〕背壓式汽輪機發電系統主要由凈化別離器和汽輪機組成。這是最簡單的地熱干蒸汽發電方式。大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合，或綜合利用于生產和生活。35§6.6.2蒸汽型地熱發電系統1〕凝汽式汽輪機發電系統蒸汽在汽輪機中急劇膨脹，做功更多。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，被冷卻而凝結成水，然后排走。為保持很低的冷凝壓力〔真空〕，常設有兩臺帶有冷卻器的抽汽器。采用凝汽式汽輪機，可以提高蒸汽型地熱電站的機組出力和發電效率，因此常被采用。36§6.6.2蒸汽型地熱發電系統1〕凝汽式汽輪機發電系統37這是目前的主要方式，適用于中低溫地熱資源。低溫熱水或濕蒸汽不能直接送入汽輪機，需經一定手段，把熱水變成蒸汽或利用其熱量產生別的蒸汽，才能用于發電。熱水型地熱發電，主要有兩種方式：－閃蒸地熱發電系統－雙循環地熱發電系統§6.6.3熱水型地熱發電系統38〔1〕閃蒸地熱發電系統小知識：氣壓與液體的沸點。閃蒸法也叫“減壓擴容法〞，就是把低溫地熱水引入密封容器中，通過抽氣降低容器內的氣壓，使地熱水在較低的溫度下沸騰生產蒸汽，體積膨脹的蒸汽做功推動輪發電機。適合于地熱水質較好且不凝氣體含量較少的地熱資源?！?.6.3熱水型地熱發電系統如果流體是濕蒸汽，那么先進入汽水別離器，別離出的蒸汽送往汽輪機，別離下來的水進入閃蒸器。39〔1〕閃蒸地熱發電系統為提高地熱能的利用率，還可采用兩級或多級閃蒸系統。發電量可增加。也可把地熱井口的全部流體，不經處理直接送進全流膨脹器中做功，充分地利用地熱流體的全部能量。這種系統稱為全流法地熱發電系統。全流法單位凈輸出功率可比兩級閃蒸地熱發電系統提高。不過，這種系統的設備尺寸大，容易結垢、受腐蝕，對地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求?！?.6.3熱水型地熱發電系統40〔2〕雙循環地熱發電系統也叫低沸點工質法，利用地下熱水加熱某種低沸點工質，使其產生具有較高壓力的蒸汽并送入汽輪機。做功后的蒸汽在冷凝器中凝結，循環使用。地熱水要回灌到地層中?！?.6.3熱水型地熱發電系統41〔2〕雙循環地熱發電系統小知識：常用的低沸點工質〔詳見教材〕。須注意：低沸點工質導熱性差，價格較高，來源有限，有些還易燃、易爆、有毒、不穩定、對金屬有腐蝕。§6.6.3熱水型地熱發電系統雙循環發電系統的優點：①蒸汽壓力高，設備尺寸較小，本錢較低；②地熱水不接觸發電系統，可防止關鍵設備的腐蝕。為了提高地熱資源的利用率，還可以考慮用兩級雙循環地熱發電系統，或者采用閃蒸與雙循環兩級串聯發電系統。421990s中期，以色列一家公司把地熱蒸汽發電和地熱水發電系統整合，設計出一個新的聯合循環地熱發電系統。§6.6.4聯合循環地熱發電系統大于150℃的地熱流體，經過一次發電后，在不低于120℃的工況下，再進入雙工質發電系統進行二次做功，這就充分利用了地熱流體的熱能。43美國1972年在新墨西哥州打了兩口約4000米的深斜井，從一口井將冷水注入到干熱巖體，從另一口井取出自巖體加熱產生的240℃蒸汽，用以加熱丁烷變成蒸汽推動汽輪機發電。§6.6.5干熱巖地熱發電系統44§6.6.6各國地熱發電的開展情況世界地熱資源潛藏量前五名的國家：1－印度尼西亞2003年制定了地熱法，2005年策定了地熱發電路線圖，將地熱發電開發目標定為9500MW。2－美國是全球地熱發電裝機容量最大的國家。目前地熱發電能力已經超過了2800MW，擁有世界上最大的地熱電站。