簡(jiǎn)介

打地?zé)峋嗌馘X一米，是地?zé)崮茉窗l(fā)電。針對(duì)我國(guó)地?zé)崮茉捶植记闆r與其屬性，重點(diǎn)發(fā)展干熱巖領(lǐng)域的地?zé)岚l(fā)電技術(shù)，要從地?zé)岬刭|(zhì)、熱儲(chǔ)工程、深度高溫高壓的鉆井工藝材料與技術(shù)、發(fā)電工質(zhì)及相關(guān)設(shè)備技術(shù)上突破，降低初投資風(fēng)險(xiǎn)。地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域的巨大技術(shù)突破，將使實(shí)現(xiàn)以地?zé)崮茉礊橹鲗?dǎo)能源的目標(biāo)指日可待，也能夠加快促進(jìn)國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。地?zé)崮堋睪eothermal Energy〕是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來(lái)自地球內(nèi)部的熔巖，并以熱力形式存在，是引致火山爆發(fā)及地震的能量。地球內(nèi)部的溫度高達(dá)7000℃，而在80至100公英里的深度處，溫度會(huì)降至650至1200℃。透過(guò)地下水的流動(dòng)和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉(zhuǎn)送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水zui終會(huì)滲出地面。運(yùn)用地?zé)崮躾ui簡(jiǎn)單和zui合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，并抽取其能量。

打地?zé)峋嗌馘X一米地?zé)崮茉窗l(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

開(kāi)發(fā)、利用地?zé)崮艿惹鍧嵞茉匆呀?jīng)引起世界各國(guó)高度重視，在過(guò)去十多年間，美國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了《21世紀(jì)清潔能源的能源效率與可再生能源辦公室戰(zhàn)略計(jì)劃》、《國(guó)家能源政策》等多項(xiàng)政策來(lái)推動(dòng)地?zé)崮茉撮_(kāi)發(fā)與利用。 我國(guó)近幾年來(lái)對(duì)開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮茉匆卜浅Ｖ匾?，已?jīng)提高到國(guó)家能源戰(zhàn)略層面。國(guó)家*、*、*、*聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》國(guó)能新能〔?2013〕48號(hào)明確提出了工作重點(diǎn)與布局，對(duì)地?zé)崮茉吹目辈?、?guī)劃、利用、技術(shù)等環(huán)節(jié)都提出了明確的工作方向與指導(dǎo)性意見(jiàn)。因此，地?zé)崮茉窗l(fā)展迎來(lái)重大機(jī)遇，即將引發(fā)新的能源革命，成為地球未來(lái)的主導(dǎo)能源。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)也面臨巨大的挑戰(zhàn)。

提高地?zé)崮茉粗苯永眯适堑責(zé)崮苄袠I(yè)升級(jí)的基礎(chǔ)。改變當(dāng)前地?zé)崮茉磫渭冇糜谙丛?、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、醫(yī)療等領(lǐng)域的現(xiàn)狀，重點(diǎn)綜合應(yīng)用于城市供暖與制冷領(lǐng)域。從目前世界與我國(guó)能耗結(jié)構(gòu)上看，建筑能耗占全部能耗的30%以上，其中建筑能耗的70%以上是供暖與制冷所需要的能量。我國(guó)大部分地區(qū)供暖與制冷需求可以用地?zé)崮茉垂┙o，以減少對(duì)燃料型能源的消耗及對(duì)二次能源的依賴。技術(shù)層面已經(jīng)成熟，需要政府層面加強(qiáng)引導(dǎo)與支持。

地?zé)岚l(fā)電是地?zé)崮茉茨芊癯蔀槲磥?lái)主導(dǎo)能源的核心。地?zé)岚l(fā)電在理論上已非常成熟，其中關(guān)鍵因素是熱儲(chǔ)工程技術(shù)及相關(guān)裝備的技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)減少風(fēng)險(xiǎn)、降低投資成本、提高地?zé)崂眯?、可全面推廣的目標(biāo)。人類很早以前就開(kāi)始利用地?zé)崮埽缋脺厝逶?、醫(yī)療，利用地下熱水取暖、建造農(nóng)作物溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖及烘干谷物等。但真正認(rèn)識(shí)地?zé)豳Y源并進(jìn)行較大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用卻是始于20世紀(jì)中葉。

部分是來(lái)自地球深處的可再生性熱能，它起于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。還有一小部分能量來(lái)自太陽(yáng)，大約占總的地?zé)崮艿?%，表面地?zé)崮艽蟛糠謥?lái)自太陽(yáng)。地下水的深處循環(huán)和來(lái)自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。其儲(chǔ)量比人們所利用能量的總量多很多，大部分集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶，該區(qū)域也是火山和地震多發(fā)區(qū)。它不但是無(wú)污染的清潔能源，而且如果熱量提取速度不超過(guò)補(bǔ)充的速度，那么熱能而且是可再生的。

怎樣利用這種巨大的潛在能源呢？意大利的皮也羅·吉諾尼·康蒂王子于1904年在拉德雷羅*把天然的地?zé)嵴魵庥糜诎l(fā)電。地?zé)岚l(fā)電是利用液壓或爆破碎裂法把水注入到巖層，產(chǎn)生高溫蒸氣，然后將其抽出地面推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。在這過(guò)程中，將一部分沒(méi)有利用到的水蒸氣或者廢氣，經(jīng)過(guò)冷凝器處理還原為水送回地下，這樣循環(huán)往復(fù)。1990年安裝的發(fā)電能力達(dá)到6000MW，直接利用地?zé)豳Y源的總量相當(dāng)于4.1Mt油當(dāng)量。

地?zé)崮苁且环N新的潔凈能源，在當(dāng)今人們的環(huán)保意識(shí)日漸增強(qiáng)和能源日趨緊缺的情況下，對(duì)地?zé)豳Y源的合理開(kāi)發(fā)利用已愈來(lái)愈受到人們的青睞。其中距地表2000米內(nèi)儲(chǔ)藏的地?zé)崮転?500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。全國(guó)地?zé)峥砷_(kāi)采資源量為每年68億立方米，所含地?zé)崃繛?73萬(wàn)億千焦耳。在地?zé)崂靡?guī)模上，我國(guó)近些年來(lái)一直位居世界*，并以每年近10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。

在我國(guó)的地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)中，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，地?zé)岚l(fā)電效益顯著提升。除地?zé)岚l(fā)電外，直接利用地?zé)崴M(jìn)行建筑供暖、發(fā)展溫室農(nóng)業(yè)和溫泉旅游等利用途徑也得到較快發(fā)展。全國(guó)已經(jīng)基本形成以西藏羊八井為代表的地?zé)岚l(fā)電、以天津和西安為代表的地?zé)峁┡?、以東南沿海為代表的療養(yǎng)與旅游和以華北平原為代表的種植和養(yǎng)殖的開(kāi)發(fā)利用格局。

地?zé)岚l(fā)電實(shí)際上就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過(guò)程或稱為地?zé)岚l(fā)電。開(kāi)發(fā)的地?zé)豳Y源主要是蒸汽型和熱水型兩類，因此，地?zé)岚l(fā)電也分為兩大類。

地?zé)崮茉磳⑿碌囊惠喣茉锤锩?/p>

從氣候變化框架公約到霧霾治理，從人類開(kāi)始利用燃料型能源到現(xiàn)在的燃料型能源危機(jī)，環(huán)境與能源這兩大問(wèn)題與人類在地球上的生存息息相關(guān)。過(guò)度利用燃料型能源造成的大氣污染與資源枯竭，是人類正在面臨的難題，也是人類未來(lái)生存與發(fā)展的巨大危機(jī)。再過(guò)幾十年，現(xiàn)有的油、氣、煤等燃料型資源耗盡，地球上能用的可再生能源只有太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能、核能等能源，誰(shuí)將主導(dǎo)地球未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)？太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能受季節(jié)與時(shí)間限制而不穩(wěn)定，核能存在環(huán)境隱患，只有地?zé)崮埽皇芗竟?jié)、氣候的影響，相對(duì)穩(wěn)定、環(huán)保、安全，且補(bǔ)給充沛，既可作為基本負(fù)荷能,也可作為峰值負(fù)荷能使用，地球地表以下4km以內(nèi)地?zé)崮艿?%，如果能被人類合理利用，就相當(dāng)于目前所有能源消耗的5000倍。由此可見(jiàn)，地?zé)崮茉醋鳛榫G色環(huán)保、可再生的新型能源，將主導(dǎo)人類能源結(jié)構(gòu)的重組升級(jí)，作為地球未來(lái)*的基礎(chǔ)能源，決定國(guó)家未來(lái)的發(fā)展，成為世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新引擎。地?zé)嵴羝l(fā)電有一次蒸汽法和二次蒸汽法兩種。一次蒸汽法直接利用地下的干飽和（或稍具過(guò)熱度）蒸汽，或者利用從汽、水混合物中分離出來(lái)的蒸汽發(fā)電。二次蒸汽法有兩種含義，一種是不直接利用比較臟的天然蒸汽（一次蒸汽），而是讓它通過(guò)換熱器汽化潔凈水，再利用潔凈蒸汽（二次蒸汽）發(fā)電。di二種含義是，將從di一次汽水分離出來(lái)的高溫?zé)崴M(jìn)行減壓擴(kuò)容生產(chǎn)二次蒸汽，壓力仍高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ鸵淮握羝謩e進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。

地?zé)岬漠a(chǎn)生：

地球原本就是一個(gè)巨大的火爐，他擁有這個(gè)無(wú)限的地?zé)豳Y源，看我們?nèi)祟愒趺慈ラ_(kāi)發(fā)怎么去利用？我們要本著可持續(xù)發(fā)展的思路武開(kāi)采地下資源，不管是溫泉鉆井還是地?zé)峋拈_(kāi)發(fā)利用都要遵循這個(gè)原則，地球可以看作是平均半徑約為6371km的實(shí)心球體。它的構(gòu)造就像是一個(gè)半熟的雞蛋，主要分為三層。地球的外表相當(dāng)于蛋殼，這部分叫做“地殼”，它的厚度各處很不均一，由幾千米到70km不等，其中大陸殼較厚，海洋殼較薄。地殼的下面是“中間層”，相當(dāng)于雞蛋白，也叫“地幔”，它主要是由熔融狀態(tài)的巖漿構(gòu)成，厚度約為2900km。地殼的內(nèi)部相當(dāng)于蛋黃的部分叫做“地核”，地核又分為外地核和內(nèi)地核。

地球每一層的溫度很不相同。從地表以下平均每下降100米，溫度就升高3 ℃，在地?zé)岙惓^(qū)，溫度隨深度增加的更快。中國(guó)華北平原某一個(gè)鉆井鉆到1000米時(shí)，溫度為46.8 ℃；鉆到2100米時(shí)，溫度升高到84.5 ℃。另一鉆井，深達(dá)5000米，井底溫度為180℃。根據(jù)各種資料推斷，地殼底部和地幔上部的溫度約為1100 ℃~1300 ℃，地核約為2000 ℃～5000 ℃。

地殼內(nèi)部的溫度產(chǎn)生的熱量，它的熱量是哪里來(lái)的呢。一般認(rèn)為，是由于地球物質(zhì)中所含的放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量。有人估計(jì)，在地球的歷史中，地球內(nèi)部由于放射性元素衰變而產(chǎn)生的熱量，平均為每年5萬(wàn)億億卡（即卡路里）。地?zé)峄毓嗉夹g(shù)在各國(guó)得到廣泛應(yīng)用

1969年,在美國(guó)加州Geysers地?zé)崽锏幕毓囗?xiàng)目揭開(kāi)了地?zé)峄毓嗟男蚰?。同?法國(guó)也在巴黎盆地的中、低溫地?zé)崽镩_(kāi)展了地?zé)峄毓?。隨后薩爾瓦多的Ahua- chapan地?zé)崽镆灿?970年開(kāi)展了回灌。

目前,地?zé)峄毓嗉夹g(shù)在美國(guó)、新西蘭、冰島、意大利、法國(guó)、日本、羅馬尼亞、菲律賓、埃賽俄比亞、丹麥、哥斯達(dá)黎加、肯尼亞、克羅地亞、墨西哥、薩爾瓦多亞、俄羅斯等國(guó)家得到了不同程度的應(yīng)用,無(wú)論是在用于發(fā)電,還是在直接利用的地?zé)崽锒既〉昧艘欢ǖ男Ч?/p>

美國(guó)地?zé)崽锏幕毓嗉夹g(shù)應(yīng)用

美國(guó)的Geysers地?zé)崽锸莦ui有代表性的高溫地?zé)峄毓鄬?shí)例。該地?zé)崽镂挥诙妇纳降?是世界*的熱汽田。由于*開(kāi)采,熱儲(chǔ)壓力從34巴下降到了13巴,使地?zé)崽锏漠a(chǎn)汽量和電站的發(fā)電能力嚴(yán)重下降。

1969年在該地?zé)崽镩_(kāi)展了世界上di一個(gè)地?zé)峄毓囗?xiàng)目,把發(fā)電之后冷凝的地?zé)崃黧w回灌入熱儲(chǔ)中,以避免熱流體在地表排放而引起的熱污染和化學(xué)污染, 克服熱儲(chǔ)壓力的降低,維持地?zé)崽锏纳a(chǎn)能力。但是, 即使將開(kāi)采的所有地?zé)崃黧w均回灌到熱儲(chǔ)中,仍然不能*克服熱儲(chǔ)壓力的降低。這樣,就考慮采用其它水源進(jìn)行回灌。

Geysers地?zé)崽锏牡乇硭拔鬯毓嗉夹g(shù)

1980年開(kāi)始使用地表水進(jìn)行回灌。在1997年,地?zé)崽锿顿Y4500萬(wàn)美元用于回灌處理后的污水和湖水的試驗(yàn)。利用長(zhǎng)46.7km直徑50.8cm的管線將加州幾個(gè)社區(qū)處理后的污水和湖水輸送到6個(gè)地?zé)犭娬具M(jìn)行回灌,使回灌量達(dá)到約400l/s。

地?zé)崴械乃闯Ｒ?guī)發(fā)電方法是不能直接送入汽輪機(jī)去做功的，必須以蒸汽狀態(tài)輸入汽輪機(jī)做功。對(duì)溫度低于100℃的非飽和態(tài)地下熱水發(fā)電，有兩種方法：一是減壓擴(kuò)容法。利用抽真空裝置，使進(jìn)入擴(kuò)容器的地下熱水減壓汽化，產(chǎn)生低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ臄U(kuò)容蒸汽然后將汽和水分離、排水、輸汽充入汽輪機(jī)做功，這種系統(tǒng)稱“閃蒸系統(tǒng)”。低壓蒸汽的比容很大，因而使氣輪機(jī)的單機(jī)容量受到很大的限制。但運(yùn)行過(guò)程中比較安全。另一種是利用低沸點(diǎn)物質(zhì)，如氯乙烷、正丁烷、異丁烷和氟里昂等作為發(fā)電的中間工質(zhì)，地下熱水通過(guò)換熱器加熱，使低沸點(diǎn)物質(zhì)迅速氣化，利用所產(chǎn)生氣體進(jìn)入發(fā)電機(jī)做功，做功后的工質(zhì)從汽輪機(jī)排入凝汽器，并在其中經(jīng)冷卻系統(tǒng)降溫，又重新凝結(jié)成液態(tài)工質(zhì)后再循環(huán)使用。這種方法稱“中間工質(zhì)法”，這種系統(tǒng)稱“雙流系統(tǒng)”或“雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)”。這種發(fā)電方式安全性較差，如果發(fā)電系統(tǒng)的封閉稍有泄漏，工質(zhì)逸出后很容易發(fā)生事故。

地?zé)崮茉闯蔀橹鲗?dǎo)能源對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大

di一，從宏觀上講，要在燃料型能源枯竭前，完成以地?zé)崮茉礊橹鲗?dǎo)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。這是一場(chǎng)能源革命，引導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的變革，誰(shuí)走在前面，誰(shuí)就是這場(chǎng)變革的*，時(shí)不我待。

di二，我國(guó)是氣候變化框架公約締約國(guó)，肩負(fù)著減少碳排量的重任。十二五規(guī)劃中明確提出節(jié)能減排行政問(wèn)責(zé)制，以及嚴(yán)苛的績(jī)效考核評(píng)價(jià)體系，使治理霧霾、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)任務(wù)十分艱巨。將地?zé)崮茉醋鳛橹鲗?dǎo)能源進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)和利用，能順利完成節(jié)能減排任務(wù)，有效緩解污染所帶來(lái)的社會(huì)壓力，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)文明。

di三，縱觀我國(guó)能源發(fā)展目標(biāo)，非化石能源占一次能源總消費(fèi)的比重要提高到15%，地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)年利用量要達(dá)到5000萬(wàn)噸標(biāo)煤；2030年我國(guó)非化石能源占一次能源總消費(fèi)的比重要繼續(xù)提高到20%，地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)年利用量要達(dá)到1億噸標(biāo)煤。然而現(xiàn)實(shí)情況卻不容樂(lè)觀，2013年中國(guó)能源消費(fèi)總量為37.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中地?zé)崮茉磧H占0.6%。要總體實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源發(fā)展目標(biāo)，必須將地?zé)崮茉匆暈槲磥?lái)的主導(dǎo)能源大力開(kāi)發(fā)，調(diào)整地?zé)崮芾玫闹黧w模式，用于發(fā)展地?zé)峁┡c制冷以及地?zé)岚l(fā)電。

di四，能源消費(fèi)大國(guó)，能源消費(fèi)水平低，能源需求缺口大，煤炭能源使用所造成的環(huán)境污染，石油對(duì)外依存度高，能源利用率*偏低，這些情況使我們警醒，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新能源自主開(kāi)發(fā)的重要性，將地?zé)崮茉醋鳛橹鲗?dǎo)能源，特別是地?zé)岚l(fā)電對(duì)提高我國(guó)能源安全保障，降低對(duì)進(jìn)口燃料型能源的依賴有重大意義。