1、地热能,21世纪的绿色新能源,地热能综述,假若以目前全世界的能耗总量来对地热能进行估计，那么，即便是全世界完全使用地热能，4100万年以后也只能使地球内部的温度至多下降1。可见，地热能的开发利用潜力竟是如此的巨大!已故著名地质学家李四光说过：“开发地热能，就像人类发现煤、石油可以燃烧一样，开辟了利用能源的新纪元。”,地球的内部构造,地球是由一个物质分布不均匀的同心球层构成，它包括地壳、地幔和地核。地壳厚度不一，平均厚度约17公里。上层为花岗岩层，下层为玄武岩层。地球内部的温度和压力随深度加深而增加。经检测，地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年，而地球生成到现在大约已有46亿年了，这说明构成地壳
2、的岩石不是地球的原始壳层，是地壳内部的物质通过火山活动和造山活动形成的。,地球的内部构造,地幔厚度约2900千米，上地幔主要是橄榄石，下地幔是具有一定塑性的固体物质。地核的平均厚度约3400千米，外核是液态的，可流动；内核是固态的，主要由铁、镍等金属元素构成。中心密度为每立方厘米13克，温度最高可达5000左右，压力最大可达370万个大气压。,地热能,地球的内部是一个高温高压的世界，是一个巨大的“热库”，蕴藏着无比巨大的热能。地球内部蕴藏的热量有多大呢？假定地球的平均温度为2000，地球的质量为61024kg，地球内部的比热为1.045Jg，那么整个地球内部的热含量大约为1.251031J。,
3、地热能,即便是在地球表层10km厚这样薄薄的一层，所贮存的热量就有1025J。地球通过火山爆发、间歇喷泉和温泉等等途径，源源不断地把它内部的热能通过传导、对流和辐射的方式传到地面上来。,This steaming ground is in the Philippines.,When hot water and steam reach the surface, they can form fumaroles, hot springs, mud pots and other phenomena.,When the rising hot water and steam is trapped in p
4、ermeable and porous rocks under a layer of impermeable rock, it can form a geothermal reservoir.,地热循环,Volcanoes are obvious indications of underground heat, this volcano, Mt. Mayon in the Albay province of the Philippines erupted in 1999.,Geologists explore volcanic regions to find the most likely a
5、reas for further study, like this steaming hillside in El Hoyo, Nicaragua.,地热能,地热的分布是很有规律的。从地表向地球内部，温度逐渐上升。在地壳层最上部的十几千米范围内，深度每增加30米，地热的温度大约升高1；在地下1525千米的范围内，深度每增100米，地热的温度大约升高1.5；到了25千米以下的区域，深度每增加100米，地热的温度大约只升高0.8；从这个区域再往下深入到一定深度，其温度就基本上保持不变了。,地热能,在距地面2550千米的地球深处，温度为2001000；到了地球中心处(距地球表面6370千米)，其温度
6、可高达4500左右,地球内部推测温度分布曲线,地热能,据估计，全世界地热资源的总量大约为14.51025J，相当于49481012t标准煤燃烧时所放出的热量。 如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为100来计算，那么，石油的贮量约为煤炭的8%，目前可利用的核燃料的贮量约为煤炭的15，而地热能的总贮量则为煤炭的17000万倍。,地热能,可见，地球是一个名副其实的巨大“热库”，我们居住的地球实际上是一个庞大的“热球”。,地热能,地球通过大地热流放热的现象是十分普遍的，只是单位面积（1cm2）的放热量很小，平均每秒钟只有6.1510-6J。热流量的单位为4.186810-6J/cm2s，通
7、称地热流量单位（HFU）。虽然地表单位面积的每秒热流量很小，但整个地球表面在一年中的放热总量可以达到9.6310201.091021J，这个数位相当于燃烧300多亿吨煤放出的热量。,地热资源的类型,热水型。它是反映以水为主体的对流水热系统。这种地热能分布较广，约占已探明的热资源的10%；其温度范围也很广，从接近于室温到高达390。,地热资源的类型,蒸气型。是指以蒸气为主体的对流水热系统，以生产温度较高的过热蒸气为主，其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的水(有的不含水)。这类地热能比较容易开发利用，但储量不多，仅占已探明的地热资源总量0.5%左右。,地热资源的类型,地压型。是指在高压下由深部地层提
8、取含有可溶性甲烷(沼气)的高盐分热水。它的温度约为150260；其储量较大，约占已探明的地热资源的20%。地压型地热能的开发利用目前尚处于研究探索阶段。,地热资源的类型,干热岩型。是反映地层深处广泛存在的不含水分(或含有少量蒸汽)的岩石。它的温度约为150650；其储量更大，约占已探明的地热资源总量的30%。,地热资源的类型,熔岩型。是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩(即岩浆)，其温度高达6501200。熔岩储存的热能比其他几种都多，约占已探明的地热资源总量的40%。不过在开采这种地热能时，需要在火山地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很大，因此这种地热能目前尚未得到实际开发利用。,各类地热资源
9、开发技术概况,环太平洋地热带,环太平洋地热带是世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界。世界许多著名的地热田，如美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福；墨西哥的塞罗、普列托；新西兰的怀腊开；中国的台湾马槽；日本的松川、大岳等均在这一带。,地中海一喜马拉雅地热带,它是欧亚板块与非洲板块和印度板块的碰撞边界。世界第一座地热发电站意大利的拉德瑞罗地热田就位于这个地热带中。中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田也在这个地热带中。,大西洋中脊地热带,这是大西洋海洋板块开裂部位。冰岛的克拉弗拉、纳马菲亚尔和亚速尔群岛等一些地热田就位于这个地热带。,红海亚丁湾东非裂谷地热带,它包括吉布提、埃塞 俄比亚、 肯尼亚
10、等国的 地热田。,地热在世界各地的分布很广泛,美国阿拉斯加的“万烟谷”是世界上闻名的地热集中地，在24km2的范围内，有数万个天然蒸气和热水的喷孔，喷出的热水和蒸气的最低温度为97，高温蒸气达645，每秒喷出2.3万m3的热水和蒸气，每年从地球内部带往地面的热能相当于600万吨标准煤。,地热在世界各地的分布很广泛,新西兰约有近70个地热田和1000多个温泉。横跨欧亚大陆的地中海喜马拉雅地热带，从地中海北岸的意大利、匈牙利经过土耳其、俄罗斯的高加索、伊朗、巴基斯坦和印度的北部、中国的西藏、缅甸、马来西亚，最后在印度尼西亚与环太平洋地热带相接。,地热能的利用,目前世界上大约有120多个国家和地区，
11、已经发现和开采的地热泉及地热井多达7500多处。对于地热能的开发利用，目前主要是在采暖、发电、育种、温室栽培和洗浴等方面。地热能的利用可分为地热发电和直接利 用两大类。,地热能的利用,在工业上，地热能可用于加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化等方面。 在农业生产上，地热能可用于温室育苗、栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽培了咖啡、橡胶等热带经济作物。,地热能的利用,在浴用医疗方面，人们早就用地热矿泉水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还设有专供沐浴医疗用的温泉。,地热发电,1904年，意大利人拉德瑞罗利用地热进行发电
12、，并创建了世界上第一座地热蒸气发电站，装机容量为250千瓦。上世纪60年代以来，由于石油、煤炭等各种能源的大量消耗，美国、新西兰、意大利等国又对地热能重视起来，相继建成了一批地热电站，总计约有150多座，装机总容量达350万千瓦。,地热发电,到上世纪80年代末，全世界运行的地热电站，其发电功率每年已超过500万千瓦，1995年达到680万千瓦，年增16，2010年全球地热发电功率为1070万千瓦。中国最著名的地热电站，是西藏的羊八井地热电站，装机容量2.5万千瓦。,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
13、为机械能，再把机械能转换为电能。,Natural steam from the production wells power the turbine generator. The steam is condensed by evaporation in the cooling tower and pumped down an injection well to sustain production.,Like all steam turbine generators, the force of steam is used to spin the trubine blades which spi
14、n the generator, prducing electricity. But with geothermal energy, no fuels are burned.,Turbine blades inside a geothermal turbine generator.,Turbine generator outdoors at an Imperial Valley geothermal power plant in California.,Turbine generator in a geothermal power plant in Cerro Prieto, Mexico.,
15、地热发电系统,地热发电系统主要有四种： 地热蒸汽发电系统：利用地热蒸汽推动汽轮机运转，产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠，是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。,地熱蒸汽發電系統,The first modern geothermal power plants were also built in Lardello, Italy. They were destroyed in World War II and rebuilt. Today after 100 years, the Lardello field is still producing.,The first
16、 geothermal power plants in the U.S. were built in 1962 at The Geysers dry steam field, in northern California. It is still the largest producing geothermal field in the world.,20 plants are still operating at The Geysers. Wastewater from nearby cities is injected into the field, providing environme
17、ntally safe disposal and increased steam to power plants.,地热发电系统,双循环发电系统：也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。,双循环发电系统,In a binary cycle power plant (binary means two), the heat from geothermal water is used to vaporize a “working fluid“ in separate adjacent pipes.
18、 The vapor, like steam, powers the turbine generator.,Binary technology allows the use of lower temperature reservoirs, thus increasing the number of reservoirs that can be used. This binary plant is at Soda Lake, Nevada.,This power plant provides about 25% of the electricity used on the Big Island
19、of Hawaii. It is a hybrid binary and flash plant.,This binary power plant, at Wendell-Amadee, California, runs by itself. If it detects a problem, it automatically radios the operator to come to the site.,地热发电系统,全流发电系统：本系统将地热井口的全部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热
20、流体的全部能量，但技术上有一定的难度，尚在攻关。,全流发电系统,Flash technology was invented in New Zealand. Flash steam plants are the most common, since most reservoirs are hot water reservoirs. This flash steam plant is in East Mesa, California.,This flash plant is in Japan. In flash plants, both the unused geothermal water an
21、d condensed steam are injected back into the periphery of the reservoir to sustain the life of the reservoir.,This plant operates in the middle of crops in the Imperial Valley, California. High mineral contents of some southern California geothermal reservoirs provide salable byproducts like silica
22、and zinc.,This flash plant is in Dixie Valley, Nevada. Nevada is rich in geothermal resources, with more hot springs for its size than any other state.,地热发电系统,干热岩发电系统：利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和
23、俄罗斯，但迄今尚无大规模应用。,干热岩,地热发电的好处,利用地热能来进行发电其好处很多： 建造电站的投资少，通常低于水电站； 发电成本比火电、核电及水电都低； 发电设备的利用时间较长；（90%） 地热能比较干净，不会污染环境； 发电用过的蒸汽和热水，还可以再加以利用，如取暖、洗浴、医疗、化工生产等。,地热发电排名,截至2010年1月，利用地热发电最多的是美国，装机总容量为315万千瓦 。 菲律宾是世界第二大地热能源开发大国。2008年菲律宾地热发电设备容量是200万千瓦。 2008年，墨西哥地热发电设备容量是95万千瓦 ，在世界上处于先进地位。 日本约有100座活火山，地热资源储量排在印尼、美
24、国之后居世界第三位，换算成发电能力超过2000万千瓦，相当于15座原子能发电站。但由于投资建设的高成本和地热分布的分散性，日本的地热电站发展停滞不前。在全世界地热发电排名中，日本仅位列第六。 中国最著名的地热电站，是西藏的羊八井地热电站，装机容量2.5万千瓦。 2010年我国地热发电的总装机容量为29MW，发电量居世界第18位。我国地热资源利用虽然占据世界首位，但在我国能源结构中不足0.5%,地热发电也仅占世界地热发电的0.35%。,地热能直接利用,地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地下热水，仍被人类广泛使用。据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过
25、地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。 地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、温泉疗养保健等。,地热能直接利用,发达国家最大的地热直接利用项目是地热采暖，占33%；淋浴、游泳、浴疗占19%；地热温室14%；地热热泵空调14%；地热养殖 11%；工业应用占9%。,Since Roman times, we have piped the hot water into pools to better control the temperature. These are photos of outdoor and indoor pool and spa
26、 bathing in Japan, the US, and Europe.,地热供暖,Pipes of geothermal water can be installed under sidewalks and roads to keep them from icing over in winter, like this sidewalk in Klamath Falls, Oregon.,In some places, geothermal water is piped from wells to heat single homes or whole residential or comm
27、ercial districts. This truck-mounted drill rig is drilling a well for use in Klamath Falls, Oregon.,地热务农,This small greenhouse is heated with geothermal water. Plants grow faster and larger when they have additional heat available.,In several western US states, many long greenhouses are built and he
28、ated with geothermal water. This one is in New Mexico.,Peppers, tomatoes, and flowers are commonly grown in geothermally heated greenhouses.,地热养殖,Geothermal water is also used to speed the growth of fish. These are growing in a geothermally heated hatchery at Mammoth Lakes, California.,This net full
29、 of fish was grown in geothermally heated waters in Californias Imperial Valley.,Hot water from one or more geothermal wells is piped through a heat exchanger plant to heat city water in separate pipes. Hot city water is piped to heat exchangers in buildings to warm the air.,美 国,直接利用从1995年后着手实施27个新的
30、和10个扩大计划，这些计划相当于增加136MW能力。地热热泵是增长最快的领域，增加了2956MW，因此，现在的设备容量为5366MW。,欧洲各国,地热发电仅限于冰岛、意大利、萄葡牙，而直接利用几乎所有国家都以某些形式进行了利用，主要是游泳池、浴用或地热热泵等方式。 2010年全球地热直接利用为50583MW。近年来，地热利用的最大变化来自地热直接利用，其中地热热泵是增长最快的地热能利用方式，其中冰岛和土耳其最为突出，冰岛89%的房屋供暖来自地热。,Hydrothermal plant in New Zealand,我国的地热资源,据估计，全世界地热资源总量相当于4948万亿吨标准煤，据不完全统
31、计，我国已查明地热资源相当于2000万亿吨标准煤。西藏、云南、四川、广东、福建等地的温泉多达1503处，占全国温泉总数的61.3。在全国121个水温高于80的温泉中，云南，西藏占62，广东、福建占18.2，其他省区不足15。,中国地热资源成因类型表,地热资源温度分级表,地热资源规模分类表,中国地热资源,西藏拉萨附近的羊八井地热田，孔深200m以下获得了172的湿蒸汽，1985年底该电站装机容量已达1万千瓦；云南腾冲热海地热田，浅孔测温，10m深135，12m深145。,地热发电产业,地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造3O兆瓦以上规模的地热电站，单机可以达到10兆瓦。电站可以进行商业运
32、行。,地热直接利用,地热直接利用 截至2005年底, 全国每年直接利用的地热资源量已达44570万m3, 居世界第一位。在全国地热水利用方式中, 供热采暖占18% , 医疗洗浴与娱乐健身占65.2%, 种植与养殖占9.1%, 其他占7.7%。但目前我国地热开发利用仍处于初级阶段, 地热在能源结构中占的比例还不足0.5%。,地热利用面临的问题,如何避免大规模开发引发一系列环境问题, 如地温的变化、地面沉降、热污染、诱发地震等？ 如果地热开发利用程度较低, 没有形成梯级的多次利用, 尾水的温度就会较高，例如利用地热供暖后的尾水, 不采取回灌或者相应的处理措施, 尾水的温度甚至仍能达到40。,地热利
33、用面临的问题,地温随深度的增加会逐渐升高, 但在浅层地表范围内, 地表和地下水构成的循环对地温起着控制作用。当地下水超采时,由于地下水位的大幅度下降,会使上覆的松散岩土层因失去水这个冷却介质而形成采空区,并打破原来的热平衡,使地温升高。 在抽取地下热水的过程中, 随着接近地表时压力的降低, 热水中含有的一些气体和悬浮物就会排放到大气中, 从而影响周围的环境。这其中主要是H2S, CO2。 还包括对土壤和水体的影响。,措施,科学勘查和评价地热资源 梯级开发 地热废水回灌,地热利用技术发展趋势,浅层地温能（包括地源热泵） 我国浅层地热能开发利用一直在世界名列前茅，浅层地热能的应用以直接利用为主，包
34、括利用浅层地热能进行房屋供暖、食品的干燥以及海水淡化等。在地源热泵方面，主要是针对地源热泵的诸多关键技术问题开展理论研究，如太阳能与地源热泵联合应用的研发和经济性评价，结合低温发电与供热系统进行优化的梯级利用技术等。高效低温地热发电及综合供热利用系统的研发，提高低温发电效率是开拓低温发电市场的关键。法国知名企业低温星（Cryostar SAS）的新产品低温汽轮机，可以利用低温地热能进行发电，引起了世界同行的关注。,地热利用技术发展趋势,增强型地热系统(EGS) 是指从地下3千米10千米低渗透性岩体中经济开采深层地热的人工热能系统，具有热能蕴藏量巨大、利用效率高、系统稳定等特点。国际上对开发增强型地热系统的呼声日益高涨，不仅投入巨资开展研究，美、德、法、澳、日、瑞等国还建设了一批试验性增强型地热系统，但我国增强型地热系统研究基本处于空白，所以应大力促进我国增强型地热系统的研究开发。,地热能的未来,未来21世纪，一座座活火山将成为一个个热电厂；一块块地震频发区，反而成为一个个地热开采的中心；地热资源是地球奉献给人类的又一个能量宝库，有其不可估量的前途。,欢迎批评指正！ 谢 谢！,
