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地热及其利用

发布时间:2018/9/17 11:35:56     来源:中国地热网

摘要 地热能是一种可再生的新型清洁环保能源,我国是一个地热资源分布比较丰富的国家。利用地热发电、采暖、进行工业加工、农业和水产养殖、洗浴及医疗保健等有着十分广阔的发展前景。
关键词 地热;能源;开发;利用
地热即地热能,是来自地球内部的一种能量资源,也是一种特殊的矿产资源。随着对地热资源的不断开发与研究,地热能必将成为继水力、风力和太阳能之后又一种重要的可再生的新能源。
1 地球中的热能从何而来
地球内部赋存着巨大的热能,据联合国有关资料介绍,地下热能的总蕴藏量为地球上煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。这么巨大的热能赋存是与地球的发展过程分不开的,是地球在漫长的演变过程中积累起来的。热能的主要来源有:放射性热能、重力位能、地球旋转能、化学过程能、构造变动的机械能、冷缩―膨胀能等,特别是放射性热能在其中占主导地位。
地球内部广泛分布着各种放射性物质,尤其在地下500km-1000km的范围内分布最多。放射性物质不断地进行衰变,同时产生大量的热能。例如:一克镭完全衰变后,能产生370万千卡的热量,相当于烧掉500kg煤所产生的热量。有人估计,在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。
2 地热在地球中的分布
地热在地球中的分布是不均匀的,无论是在纵向深度上还是在横向空间上都是如此。
在深度方向上,大体是地温随深度的增加而升高。根据地壳中地热的分布,划分为变温层、常温层、增温层。增温层以“地热增温率”来表示温度随深度的变化。深度增加100m,温度升高的数值即为地热增温率(单位:℃/100m)。在正常情况下,地热增温率为3℃/100m。但在地壳15km以下,地热增温率逐渐减小。
在横向空间上地热的分布同样是不均匀的。在一定的地质条件下,向地表方向平均放散的地热流会富集起来,成为可利用的地热资源。富集地区的地热增温率就大于3℃/100m,出现异常现象,这样的地方被称为地热异常区。在该区内,如果有十分好的地质构造和水文地质条件,就能形成富集大量热水或蒸汽的具有重大经济价值的地热田,在这里地热会以温泉、热泉、沸泉、喷汽孔、冒汽地面、热水湖、间歇泉等显示类型出露地表。
地热异常区主要分布在近代岩浆活动区、现代火山区以及近代地壳运动活跃的地区。大量的钻探结果证明,地热的分布与火山、地震的分布有一致性。世界上的地热的分布主要有两条带,一条是环太平洋带,另一条是地中海―喜马拉雅带。我国和这两条地热带都接壤,所以我国的地热资源相当丰富。
3 我国地热资源概况
独特的地质构造特征与地理位置,构成了我国是一个地热资源较丰富的国家,其地热资源(尤其是中低温地热资源)广泛分布于我国东南沿海、西南地区、胶东半岛和大面积分布的沉积盆地。按地理位置可划分为以下六个区带:1)藏滇地热带。2)川滇地热带。3)郯庐断裂地热带。4)祁吕弧形地热带。5)东南沿海地热带。6)台湾地热带。
在全国各省差不多都有地热点和地热异常发现,据统计已超过3000处。其中西藏600多处,云南700多处,四川300处左右,闽东南100多处,华北平原北部近百处,台湾80处左右,江苏中部20余处等。
西藏是我国地热活动最强烈的地区,地热蕴藏量居全国之首。被誉为“地热之光”的西藏羊八井地热资源非常丰富,它位于拉萨市以西九十公里(当雄县境内)的一个群山环抱的峡谷之中,热田面积为15km2,地势平坦,海拔4300m,南北两侧的山峰均在5500m-6000m以上。热田盆地中水热活动十分强烈,地热显示丰富多样,规模宏大,有温泉、热泉、沸泉、喷泉孔、热地、水热爆炸穴、热水上升的间歇喷汽井、热水塘、热水沼泽等。1976年我国大陆第一台兆瓦级地热发电机组在这里成功发电。目前电厂已有8台3000kW机组,总装机容量
2.5万kW,年发电量在拉萨电网中占45%。热田的周围是冰天雪地的高寒风光,而热田内却是沸水翻滚,热水飞溅,蒸汽柱冲天的另一番灼热
景像。
号称“地热之乡”的云南腾冲,地热资源极为丰富,全区目前发现有64个地热活动区,温泉群达80余处,水温高达93.36℃。其中最壮观的地热景观是距腾冲城20km的腾冲热海,面积约9km2,是腾冲地区的高温中心,有大量的沸泉、热泉、喷泉和地热蒸汽出露。
腾冲的地热与火山有内在联系,属火山型地热显示。这里保存着我国最壮丽、最完整的新生代火山群,登高而望,美丽的腾冲城处于60多座火山环抱之中。地热显示分布面积约6000km2。腾冲地热的天然热流量很高,据估算,一年放出的天然热流量,相当于27万t标准煤。
我国台湾省地处欧亚大陆板块与菲律宾板块相接触的活动带上,地质历史时期火山活动与水循环活跃,岛内地热资源丰富,温泉的开发利用较为普遍,目前这里的地热温泉区有98处之多。地热蕴藏区的地热蕴藏总量约97万kW,相当于240万t标准煤。
令人振奋的是,近年来,由于地热热泵技术的发展采用,使热源的可利用温度甚至低至12℃,过去所谓“地热资源在分布上有局限性”的观念将被改变,这为地热能的开发利用打开了一个新的巨大窗口。
4 地热能的利用
地热资源按存在形式可分为五大类型:蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型。能为人类开发利用的,目前还仅限于蒸汽型和热水型两类;岩浆型的利用,尚处于基础研究阶段,而干热岩型和地压型的开发利用,则处于实验阶段。
对于地热能的基本利用可分为地热发电和直接利用两大类。下面介绍地热能利用的几个具体方面。
4.1 用于发电
世界上第一个利用地热发电的国家是意大利,该国于1904年在托斯卡纳的德拉瑞罗建立了世界上第一座地热试验电站,新西兰、菲律宾、美国、日本等国都先后投入到地热发电的大潮中。目前,美国的地热发电装机容量居世界首位。据中国国土资源部的消息:截止2010年底,全国高温地热发电总装机容量为24兆瓦。随着近些年来我国地热能开发利用突飞猛进的发展,地热发电必将取得长足的进展和骄人的成果。
4.2 用于工业加工、采暖、制冷和空调
在工业上利用地热能的方面有很多,如:纺织、印染、锅炉、烘干、皮革加工、造纸、食品加工、木材加工等。我国在这方面综合利用较早的为北京、天津两地。如棉纺厂用地下热水直接送入空调设备,调节车间温度和湿度,既改善了劳动条件,又提高了产品质量,每年节约大量的水、电、煤等费用。
利用地热采暖最典型的当属冰岛。冰岛全国有一百多座火山,地热资源极为丰富,利用地热采暖遍及全国,首都雷克雅未克利用地热全部实现了天然暖气化。
我国利用地热制冰和空调的研究,于1980年1月建成第一套试验设备,在福州试验成功。
4.3 用于农业和水产养殖业
地热在这方面的应用在我国有着十分广阔的前途。利用地热育种、育秧、温棚供暖、养殖水生绿肥和饲料,还可用来直接灌溉,以提高土壤温度,使作物早熟增产。利用地热水养殖热带鱼等水产品,促进渔业
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发展。还可用来加温沼气、孵化鸡鸭等。
4.4 用于洗浴、医疗、保健
地热温泉热浴,不仅可使人的肌肉、关节松弛、消除疲劳;还可扩张血管,促进血液循环,加速人体新陈代谢。温泉往往还是人们休闲、娱乐的旅游景点。
地热温泉用于医疗治病,在我国已有数千年的历史,早在先秦的《山海经》里就有了“温泉”的记载。大多数温泉水中都含有丰富的化学物质,对人体有一定的帮助。例如:温泉中的碳酸钙对改善体质、恢复体力有相当作用;而温泉所含丰富的钙、钾、氡等成分对调整心脑血管疾病,治疗糖尿病、痛风、神经痛、关节炎等均有一定功效;而硫磺泉则可软化角质;含钠元素的碳酸水有漂白软化肌肤的效果。
积极开发利用地热能对构建资源节约型和环境友好型社会、保障国家能源安全、改善我国现有的能源结构、促进节能减排战略目标的实现具有重要的意义。

参考文献
[1]卢予北,等.地热资源开发与问题研究[M].郑州:黄河水利出版社,2005.
[2]李明朗,等.中国地热资源规划[R].国土资源部环境司,天津地质矿产局,2000.
[3]宋春青,等.地质学基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2005.
[4]卢予北,等.地热矿泉水资源勘查手册[M].郑州:黄河水利出版社,2007.
[5]王大纯,等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,2002.
作者简介
张英杰,男,高级讲师,就职于华北水院水利职业学院。

 

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