地热能利用

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第1084页（4371字）

地热能的用途除取代一部分矿物燃料外，有着更为广阔的“用场”，它显示了替代能源的独特风采。

1．地热发电

说起地热发电，世界上第一个地热发电站要算是1904年在意大利的拉德雷诺建成的那座小型地热电站，它是用地热蒸汽推动涡轮机发电的，但功率很小，只点亮了5盏电灯。

地热发电方式，目前有两种，即“蒸汽型地热发电”和“热水型地热发电”。其基本原理和一般火力发电一样，是通过热能、机械能的中间转换产生电能。所不同的是，地热发电所需的蒸汽能量直接来源于地热能，用地壳作“蒸汽锅炉”，就省去了火力发电厂的烧煤或石油的大锅炉，也省去了燃料，同时，也就不需要燃料运输设备。所以，地热发电是一种比煤、石油、天然气、核能等发电便宜得多的能源利用方式。

所谓“蒸汽型地热发电”，就是把干蒸汽通过地热井直接引入汽轮发电机组发电。在引入发电机组以前，要先把蒸汽里所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式比较简单，但干蒸汽地热资源的蕴藏量比较少，只是热水型地热资源的1／12，而且它多存于较深的地层里，开采技术难度比较大。因此，用于蒸汽的地热发电还不多，多数是属于热水型地热发电。

所谓“热水型地热发电”，就是在从蒸汽井里抽出的水－汽混合液中分离出蒸汽引入汽轮发电机组驱动发电，剩下的热水可通过“还原井”送回地下，人工向地热源补充给水，也可用于工业热源直接使用。这种地下热水钻井深度一般为300～1500米，温度为150℃～300℃。

在地下热水层中，一般都含有多种腐蚀性气体、杂质以及放射性元素和稀有金属。比如，在地下900～3000米的深度里，就存有溶解盐类物质，其含量为0．1%～25%。这些物质对汽轮机组则是有害无益的。因此，地热电站的汽轮机组磨损腐蚀程度都比较大。为了解决这些问题，要采取多种净化措施，例如，用过滤器先排除地热蒸汽的杂质、凝结水，防止积垢附着，降低涡轮叶片负荷等；也可用地热蒸汽作为热源，来加热干净的水，使干净的水变成蒸汽，再去驱动汽轮机发电，这就是所谓“二次蒸汽”发电；还可用地热水去加温氯化烷、氟里昂等低沸点工作介质，使之在较低的温度下产生蒸汽去驱动汽涡机组发电。一般说，地热转换成电能的效率比较低，只有15%～20%。各国正在积极设法提高地热能的利用效率。

世界上第一座实用型的现代化地热能发电站是美国的盖瑟斯热电站，当时建站耗资400万美元，装机容量为1．1万千瓦。日本在岩手县松川地区也建造了7眼深度为950米到1500米的蒸汽地热井发电站。这些蒸汽井就相当于火力发电的锅炉，从这些井中提升出来的自然水蒸汽进入蒸汽涡轮机时蒸气压力为3．5公斤／厘米²，温度为147．2℃，远低于一般火力发电站涡轮机入口蒸汽压力(250公斤／厘米²)和蒸汽温度(550℃)，因此，其发电功率较低，只能驱动2．2万千瓦的发电机发电。

地热发电是地热能应用的最重要方式，也是最有前途的方式。地热发电不受气候季节变化和昼夜更迭的影响，能保持稳定发电能力。尽管开发地热发电是一种“风险性投资”，但由于它既清洁又廉价，加之全球化石燃料告急，在各国积极寻求多种能源并举的大趋势下，地热发电还是受到国际能源界的青睐。目前，已有80多个国家证实拥有地热资源，其中有60多个国家和地区已在开发利用。

地热发电的发展速度从20年代开始逐步加快，发电容量急速增多。据统计，1920年到1978年，全世界地热发电装机容量平均年增长8．3%；1978年后，平均年增长15．5%；而1983年竟比前一年增长了24%。到1983年6月，全世界共有143台地热发电机组在运行，总装机容量为331．9万千瓦，分布在14个国家，其中，美国居首位，为128万千瓦，占世界总量的38%；菲律宾为59万千瓦；意大利为46万千瓦；日本23万千瓦；墨西哥为20万千瓦。当时，世界上最大的地热站是美国盖瑟斯地热电站，共有17台机组，总容量为113．5万千瓦。据国际能源机构统计，截至1989年初，全球地热发电能力已提高到513．6万千瓦。预测到2000年时，可达1亿千瓦。

我国地热资源十分丰富，在全球的4个大地热带中，我国就占两个。我国内地地热分布不很均衡，大致呈两个密集带，一个是东部沿海带，一个是西藏、云南带。经10年普查，证明蕴藏比较普遍，除上海市和黑龙江省外，到1984年，我国已发现了3430处地热点，估计地热资源年总容量为321亿千瓦，到1982年已直接利用的约为74．3万千瓦，其中工业用热15．8万千瓦，农业用热17．2万千瓦，生产用热41．3万千瓦。

在地热发电应用方面，从1970年以来，最早在广东丰顺，后来又在河北怀来、江西宜春和温汤、山东招远、福建南靖、湖南宁乡和灰场、辽宁熊岳和营口等地，先后建成几十至几百千瓦的小型实验电站，多是利用100℃以下的地热水，采用降压扩容介质法(用低沸点的氯乙烷经地热水加温成蒸汽去驱动汽轮机组)发电。

截至1990年底，全国地热电站总容量为2．23万千瓦(含台湾的3，300千瓦)，全国最大的地热电站是西藏的羊八井地热电站。据实测，羊八井地区的地热田最高温度为172℃，这对开发利用地热发电极为有利。1977年在西藏羊八井建成一座热水型1000千瓦地热实验电站，1983年又建成了总容量为6000千瓦的实验机组投入运行。“地热之光”已普照“世界屋脊”拉萨市区，为高原古城提供了生产和生活的巨大能源。

2．地热供暖

地热能源的利用，除主要用于发电外，还有其他多种用途，其中地热能供热、供暖、供水是仅次于发电的地热能利用项目。

地热能直接用作采暖、供热是最经济、最简便、最有效的用途，已引起各国重视。采取这种能源的利用方式的国家很多，其中尤以极为寒冷的冰岛开发最快。据说冰岛首都雷克雅未克市自从1928年建成了世界上第一个地热供热系统后，现已发展成更大的系统，每小时可从地下抽出7740吨80℃的热水，供全市11万居民使用，该市不再燃烧矿物燃料，没有高耸的烟囱，也没有鼓风机声隆隆，这个首都以空气清洁闻名于世，被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。法国已有数十万套住房用地热采暖。新西兰的拉托鲁阿市国家饭店每个房间都配备了一套冷、热风空调器，用的就是一口150℃的地热井，客房里24小时供暖、供冷、供水，使用十分简便经济。美、日、前苏联、印等国也都广泛应用地热供暖系统。

我国利用地热供暖和地热供水比较普遍，北京、天津、熊岳、兴城、任丘、威海等城镇，都发展很快，北京市地热供暖面积已有20多万平方米，50℃的低温供水用来洗澡也很普遍。福州市成功地用87℃的地热水制冰，供工业和生活使用。

3．地热进厂

地热在工业领域的应用十分广泛。比如：用来调节厂房空气；作为干燥和蒸馏的热流，使谷物和食鱼干燥；从地下热水里提炼稀有金属和元素钠、锂、钾、硼、碘、溴、硫等，还可提取核能工业的原料重水、氢、氧的同位素等；作为矿物加工的热源，用于硅藻土生产和精炼；在永久冻土地带改进矿山工作条件；道路融雪；用作甘蔗和甜菜制糖工业、造纸业、木材业、纺织业、制革业、酿酒业和橡胶业等热流能源等等。目前，世界上最大的两家地热应用工厂是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸浆木材加工厂。

我国工业应用最广泛的是天津市，据80年代中期统计，已钻探的259口热水井，年开采量约5千万吨，70%用于工业，主要用于棉毛纺、针织、印染和工业锅炉补水等。

4．地热务农

地热在农业应用领域也十分广泛。比如：利用适宜温度的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产，利用地热建造地热温室；用地热温水养鱼，在28℃的水温下，可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率，还可育秧种菜等等。农业应用是地热利用的重要方式，据报道，世界直接利用地热总量的70%是农业应用，特别是广泛应用于地热温室。冰岛、新西兰、美国、日本、前苏联、匈牙利等国都建造起规模较大的农业温室，仅匈牙利就建有地热温室170万平方米；冰岛每人平均占有1平方米。

我国农业应用最多的是北京、天津和西藏、云南等地，差不多都建有面积大小不等的地热温室，育种育秧，种植蔬菜瓜果，培养菌种等。还用于养殖罗非鱼、罗氏沼虾、非洲鲫鱼、鳗鱼，以及用于为沼气池加温等。

5．地热治病

地热在医疗卫生领域应用是一个令人十分向往的方面。热矿水是一种非常宝贵的资源，世界各国都很珍惜它。有的用于医疗，效果十分明显。由于地热水在从很深的地下提取到地面上来的过程中，其交替作用很强，加之温度较高，它一般都含有一定的特殊化学元素，有的可具有一定的医疗疾病的效果。碳酸泉水供饮用，可调节胃酸、平衡人体酸碱度；铁水泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症；氢泉、硫化氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。在前苏联的高加索矿泉区，就有酸水城、铁水城等五、六个不同特色的矿水城，政府还专门为贯通各矿泉城修建一条高速电气列车，吸引着大批疗养者和旅游者。在日本，已有1500多个温泉疗养所，每年有1亿人到这些疗养所休养。

我国在利用地热治疗疾病方面的历史也很悠久，陕西临潼、四川重庆、辽宁兴城等地都早已修建疗养院。近日已发现东北黑龙江地区“五大连池”的地热水对许多疾病都有神奇的医疗效果，吸引了大批患者，被称之为“圣水神泉”。有些地热水还形成了观光景点呢!