地热的利用开发

 如果说太阳能、风能目前实现了发展，那么下一步就是氢能、煤层气和地热！

地热，是指来自地球内部的热能，这种热能来源于放射性物质的衰变。一般认为，是由于地球物质中所含的放射性元素衰变产生的热量。在地壳蕴藏的能量中只需要利用其中的0.1%，就能满足未来10000年的世界能源消费需求。但作为未来世界主要能源是不可能的。

地球的构造分为三层，其地表层称之为“地壳”，厚度不一，几千米到70km不等。“地壳”下面是“中间层”，也叫“地幔”，主要由熔融状态的岩浆构成，厚度约为2900km。地壳的内部又称之为“地核”，分为外地核和内地核。

地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。从地表以下平均每下降100米，温度就升高3℃。地壳底部和地幔上部的温度约为1100℃~1300℃，地核约为2000℃~5000℃。其中火山喷发出的熔岩温度高达1200℃~1300℃，天然温泉的温度大多在60℃以上，有的高达100℃~140℃，见图1。

 

 

地球内部温度分布

全球地热潜在资源，约相当于现在全球能源消耗总量的45万倍。地下热能的总量约为煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。主要分布在环太平洋地热带、地中海一喜马拉雅地热带、大西洋中脊地热带、红海一亚丁湾一东非裂谷地热带。

世界各国在地热资源利用方面，大都经历了沐浴医疗，供热采暖和地热发电三个阶段。

地热能给人类带来巨大的资源：（1）减少温室气体排放，提高能源效率；（2）支持环保和经济协定发展；（3）持续研发和技术改进；（4）探索商业机会（将地热能源与其他可再生能源相结合）。

世界许多着名的地热田，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。世界第一座地热发电站，是意大利的拉德瑞罗地热田。中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田。上述地热田都在这个地热带中。

全球第一个利用地热的国家—冰岛

冰岛是世界上地热资源最丰富的国家，全国共有250个地热区，热能蕴藏量巨大，如全部加以利用，每年可发电800多亿度。奈斯亚威里尔地热区是冰岛能量最为巨大，它是海恩吉尔火山地热区的一部分。奈斯亚威里尔地热电站是雷克雅未克能源公司开发的，就在奈斯亚威里尔附近高温地热区，这是一座集发电和热水生产功能于一身的地热电站。该电站总装机容量9万千瓦；热水生产能力为每秒1100升。

冰岛85%的人口利用地热取暖。首都雷克雅未克全部利用地热，一部分热水是从城里的井里提取的，一部分来自首都北边的地热区。热水的温度有80至140℃，是经由一条很长的管道输送到城里，然后与回收水合在一起，水到达屋内仍有75至80℃。而首都雷克雅未克在冰岛语的意思就是蒸汽海滩。

我国地热资源是比较丰富的，主要分布在青藏高原、东南沿海诸省区和内陆盆地区，如松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地以及众多山间盆地区，见图5。我国地热资源潜力占全球的7.9%，总能量为11×106EJ/a，我国地热资源以中低温为主，除上海、宁夏两市（区）外，遍布各省市自治区。据粗略计算，主要沉积盆地小于2000m 的深度中储存的地热资源总量约4.0184×1019kJ，相当于1.3711×1012t标准煤的发热量，以其1％作为可开采量计算，可开采地热资源总量为4.0184×1017kJ，约相当于1.3711×1010t标准煤的发热量。我国738处地热勘查资料统计表明，中国目前高温地热田仅藏羊八井、羊易地热田，余下均为中、低温地热田，其中温度在90~150℃的中温地热田26处，占地热田勘查总数的3.8％；90℃以下的低温地热田（点）708处，占地热田勘查总数的96％。全国已勘查地热田的平均温度约为55.5℃。各省（区、市）地热田的平均温度以西藏最高，达88.6℃；湖南最低，为37.7℃。我国以中、低温地热资源为主，由于温度较低，适合于直接综合性利用。因此，我国地热开发利用方面具有很大的应用前景，特别是在地热采暖和制冷方面，地热有很光明的前景。

 

 

我国地热资源分布图

中国第一个地热发电项目—羊八井项目：

羊八井地热田位于拉萨市西北当雄县境内，距拉萨市区约90 km，海拔4300 m，是我国正在开发的最大湿蒸汽田。羊八井地热田分为浅层热储和北部深层热储。浅层热储勘探工作始于1975年，已探明热田面积14 km2，评价发电能力为32 MW。生产井井口温度110~170 ℃，井口工作压力0.294 2 MPa左右。由于浅层热储发电热效率低，生产井和发电设备过流部件结垢、腐蚀严重等原因，羊八井地热田开发利用也经历了较长时间的探索，1996年10月完钻，井深1 459 m，汽水混合物总量302 t/h，井口工作温度200 ℃，工作压力1.470 9 MPa，用端压法计算单井发电能力12 MW。羊八井地热田深部高温热储第1次展现在人们面前，为羊八井地热开发利用掀开了新的一页。羊八井地热电厂从1977年9月第1台1 MW试验机组试运行成功，1991年9号机并网发电，历时14 年，总装机容量8×3 000+1×1 000 kW，年发电量1.1亿kW.h，累计发电量12亿kW.h，为缓解拉萨市电力紧缺，促进经济发展做出了重大贡献。

中国第一个地热规模利用企业—大庆油田：

大庆地热田属水溶气型中低温地热田。根据热储层的分布、所处构造位置、产能及水性等因素，初步划分为四个地热田：林甸地热田，杜尔伯特蒙古族自治县泰康地热田，大庆东风新村地热田，大庆让胡路区让西地热田。

产养殖、温泉疗养保健、地热水溶气综合开发利用、医疗保健型矿泉水等产业势头正劲。目前，林甸县地热水已进入寻常百姓家，向4000余户居民24小时供应地热水。祛病强身的温泉水可用来洗浴疗养，居民足不出户就可享受到当年杨贵妃洗“华清池”的感受。老百姓切切实实感受到了地热的好处。其实，林甸地热应用不止于此，作为北方绿色温泉城，林甸县地热资源的正式开发利用始于1999年，到2002年末，已有新钻和油田老探井改造成地热井11口，农业种植、特种水。

热泵是一种节能装置，主要由蒸发器，压缩机，冷凝器和低沸点工作介质构成。系统通过改变工作介质的物性状态，将低温位热源的热量转移到高温位，可用于供暖和制冷。低温位热源普通存在于人们的生活周围，如土壤，地表水，地下水，地热尾水和处理后的中水，充分利用这部分能源具有经济节能，环保和可持续发展的效应，热泵可以替代锅炉，有占地少，无燃料，一机两用（供热、制冷），运行成本低，应用范围广等优点，是现代能源利用的最优方式。

我国第一个地热资源开发利用高校—西安建筑科技大学。

西安地处地热带，地热资源丰富。早在1300多年前，唐明皇为杨贵妃在西安建立了华清池，利用地热温泉供其洗浴。西安建筑科技大学长期致力于地热资源的开发利用，在其校长徐德龙院士的不懈努力下，该校该校已经开始利用地热，目前我国第一个高校循环经济研究院（筹备中）将落户西安建筑科技大学。地热井的供热能力取决于它的出水量、出水温度和散热系统的利用温差。出水量大，出水温度高，排放温度低，则供暖的面积就大，反之供暖面积就小。

 

 

循环利地热用示意图

中国石油又一个地热开发利用单位—华北油田

地处京津冀地区的华北油田地热资源十分丰富。早在油田会战初期，就频繁在前第三系地层打出90至130摄氏度的高温高产油井和高产热水井。上世纪80年代，中科院地质所通过深入调研，编制了含油区的地温梯度图，区内地温异常高、低相间，呈带状展布特点非常明显。随着近年来冀中古潜山油气田大多进入高含水期，原油可采储量采出程度达到90%，综合含水率达到95%以上。开发地热资源既是能源接替的需要也是产业接替的需要，成为老油田可持续发展的现实选择，前景十分广阔。

200年6月，华北油田地热资源开发与利用示范工程正式启动。地热这一新的替代能源的开发利用，将为华北油田持续稳定发展发挥巨大的拉动作用。华北油田地热资源示范工程将首先在三个方面开展地热开发与利用。一是发电，将热能转化成电能，并进入华北电网。二是在油区范围内，为油田集输提供热能，降本降耗。三是为城镇、社区居民供暖。目前，华北油田已完成华北地区地热资源评价工作，通过技术、经济、综合性评价，搞好地热资源开发利用，形成了华北油田开发热田配套技术，建立起了地热资源技术行政管理队伍和高效示范型建设基地。

最近5年，我国地热能的直接利用发展很快，尤其是地热供热、温泉疗养、游乐等发展迅速，规模不断扩大，如在北京小汤山和河北省雄县等地均建立了温泉旅游疗养基地，在南方的湖南汝城县热水镇建立了以种植、养殖和培育良种的综合示范基地。

目前地热开发呈快速上升趋势，申请开发单位72%为房地产项目公司。据商品房市场调查显示，利用地热采暖并有温泉入室的商住房销售兴旺，而且每平方米的销售价格比同等地段、同等档次的商品房高出100－300元人民币。吸引购买者的是利用地热所营建的绿色生态环境和相当于将华清池搬入室内的优越居住条件。由此可见开发利用地热给当地的市场经济增添了新的活力。

一口在地热井出水温度、出水量不变的情况下，提高利用温差可以增加单井的供暖能力。据实验统计每提高10℃的利用温差，可增加67%的供暖面积。现行应用中的高效散热器和热泵提取余热的方法都可以使采暖能力成倍的提高。因此利用地热采暖是北京地热开发利用的主要发展方向。地热井的综合造价不高。正常情况下，一口地热井的综合造价仅和燃煤锅炉差不多，比燃油燃气锅炉少得多，且具有占地面积小、操作简单、运行成本低、无环境污染等.

我国地热开发目前应注意问题：

（1）加强地热理论与应用技术研究，积极推进地热产业化。加速开发中国东部、西北部盆地型地热资源，形成产业规模。

（2）鼓励地热资源丰富的油气田开展地热勘探与开发利用。

（3）充分发挥各自能种的优势，实现良性循环，可持续发展。

（4）加强地热田的监测工作，优化热田开发及热储工程研究。

（5）加强地热装备的配套生产，实现系列化、标准化。开发耐高温、防腐和无污染的新型材料以及地热热泵设备国产化的研制与推广。

（6）加强国际地热科技合作与交流，推动地热科学发展。