地熱能-地心熱的開發利用

地熱能-地心熱的開發利用

【摘要】地球的內部非常熱，其地心溫度大約為4000℃，熱能持續不斷地在流向地面，從地表輻射出去并消失在太空中。這一表面的平均熱能量值為82毫瓦/米2，如果地球的表面積為5.1×1014米2，那么，這種連續不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦(熱)。　　

何謂地熱
　　地球的內部非常熱，其地心溫度大約為4000℃，熱能持續不斷地在流向地面，
從地表輻射出去并消失在太空中。這一表面的平均熱能量值為82毫瓦/米2，如果
地球的表面積為5.1×1014米2，那么，這種連續不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦
(熱)。
　　到達地表的能量多數是很劣質的熱，很少被搜集后直接使用。然而，在近百
萬年間發生火山活動的地區，大量優質熱留存于熔巖或已結晶的2～10公里深的
巖石中，用現代技術(如向巖石鉆探)可有效予以搜集。
　　從地殼巖石中抽取熱量并運至地表，需要熱傳遞介質。自然界是通過地下水
實現這一點的。地熱庫下邊熱的熔巖將地下水加熱，熱水通過巖石中相互連接的
斷層、裂縫和孔洞浮上來。斷層、裂縫和孔洞中的開放空間只占巖石體積的2%～
5%，但當它們充滿了熱水并且相互連接，將形成一個多孔滲透地熱庫。
　　地熱水的溫度在一處與另一處可相差極大。有的地熱源可產生300℃以上的熱
水，有的則產生沸點以下(在海平面水的沸點為100℃)的水。高于150℃的高溫熱
源一般可用以發電，低溫熱源可直接加熱使用，如工業加工、區域供熱、溫室加
熱、食品干燥和水產養殖。

地熱發電
　　地熱發電，實際上是用蒸汽動力發電。通過打井找到正在上噴的天然熱水流。
由于水是從1～4公里的地下深處上來的，所以水是處在高壓下。一眼底部直徑25
厘米的井每小時可生產20～80萬公斤的地熱水與蒸汽。由于水溫的不同，5～10
眼井產出的蒸汽可使一個發電裝置生產出55兆瓦的電。
　　這種發電裝置有兩類：汽輪機發電和二元發電裝置。為了供給一臺汽輪發
電機蒸汽，抽出的地熱水(帶壓)在稱為閃蒸罐容器的表面釋放出來，一部分水
(約占35%，取決于它的溫度)閃蒸(沸騰)為蒸汽，進入汽輪發動機進而帶動一臺
發電機。渦輪的排氣用傳統冷卻塔冷卻。閃蒸罐內剩余的水在沸騰階段之后又注
入熱庫邊緣的地下，它有助于維持熱庫的壓力并補充對流的水熱系統。
　　在二元發電裝置中，不是將熱水閃蒸為蒸汽，而是送至一臺熱交換器，用以
加熱工作介質，后者通常是有機化合物，如異丁烷或異戊烷。工作介質被氣化，
用氣化后的蒸汽驅動渦輪發動機，進而帶動發電機。在離開渦輪后工作介質冷凝
為液體，流回熱交換器再次被氣化。地熱流體通過噴射井又回到地下，這一點與
汽輪發電機中的情況很相似。由于在二元地熱發電裝置中所用的工作介質是在比
水低的溫度下蒸發的，所以它的發電效率比汽輪發電機高。
　　這兩類發電裝置各有其優點。汽輪發電機制造和運行都不太貴，但為了在高
效率下操作，它要求水溫在180～200℃以上。二元發電裝置制造和運行費用較高，
但它可用100℃或更低溫的水發電。目前世界上多數正在運行的地熱發電裝置屬于
汽輪機型，但二元發電裝置越來越普及。

地熱能的可持續性
　　巖漿/火山的地熱活動的典型壽命從最低5000年到100萬年以上。這么長的壽
命使地熱源成為一種再生能源。此外，地熱庫的天然補充率從幾兆瓦到1000兆瓦
(熱)以上。
　　人類第一次用地熱水發電是在1904年意大利的拖斯卡納。1958年新西蘭的北
島開始用地熱源發電(目前為212兆瓦)；美國加州的噴泉熱田，從1960年就開始發
電，目前的輸出功率為1300兆瓦。顯然，地熱資源能夠可靠、安全和可持續性地
運行。
　　地熱生產的可持續性也可從存在于熱庫巖石(含熱量85%～95%)中的熱源判斷。
在美國加州的噴泉熱田，熱含量保守估計至少相當于燃燒280億桶石油或62億短頓
(1短頓=907公斤)煤所得的能量。

地熱能的前景
　　隨著全世界對潔凈能源需求的增長，將會更多地使用地熱。全世界到處都有
地熱資源，特別是在許多發展中國家尤其豐富，它們的使用可取代帶來污染的礦
物燃料電站。這是非常重要的，因為一旦對礦物燃料電廠做出投資，在整個電廠
的壽命期間，將會發出大氣污染流，其期限是幾十年的時間。
　　目前在25個國家約有8000兆瓦的地熱發電即將投入使用。此外，在菲律賓、
印尼與新西蘭即將新增700兆瓦的地熱發電。到1997年末，全世界地熱發電的裝機
容量為7950兆瓦。

1994年部分國家熱能發電和使用情況

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