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簡介

實現(xiàn)以地熱能源為地球主導能源的目標，是人類發(fā)展*的能源革命，也是復雜的系統(tǒng)工程之一，它的發(fā)展取決于熱儲工程及相關科技水平的發(fā)展，對其相關的科學技術各個領域提出了新要求，從而推動地熱能源的發(fā)展。在地球傳統(tǒng)能源日漸枯竭的未來，對地熱能源的開發(fā)和利用日漸重要,地熱發(fā)電技術更是其中的重中之重。實現(xiàn)地熱能源規(guī)?；l(fā)電給人類帶來了巨大的財富，這場革新終將改變整個人類社會現(xiàn)有的能源結構。在這場革新中，政府的宏觀政策引導與支持至關重要，相關地熱能源企業(yè)同樣任重道遠。

當前，地熱能源的發(fā)展有兩大核心任務：

首先，結合國家針對地熱能源開發(fā)利用的部署，快速實現(xiàn)地熱能源在建筑節(jié)能領域的規(guī)模突破，提高地熱能的綜合利用效率，攻克相關技術難關。

其次是地熱能源發(fā)電。針對我國地熱能源分布情況與其屬性，重點發(fā)展干熱巖領域的地熱發(fā)電技術，要從地熱地質、熱儲工程、深度高溫高壓的鉆井工藝材料與技術、發(fā)電工質及相關設備技術上突破，降低初投資風險。地熱發(fā)電領域的巨大技術突破，將使實現(xiàn)以地熱能源為主導能源的目標指日可待，也能夠加快促進國家能源結構調整升級的實質性進展。地熱能〔Geothermal Energy〕是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來自地球內部的熔巖，并以熱力形式存在，是引致火山爆發(fā)及地震的能量。地球內部的溫度高達7000℃，而在80至100公英里的深度處，溫度會降至650至1200℃。透過地下水的流動和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉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終會滲出地面。運用地熱能zui簡單和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。

地熱能源發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

開發(fā)、利用地熱能等清潔能源已經(jīng)引起世界各國高度重視，在過去十多年間，美國陸續(xù)出臺了《21世紀清潔能源的能源效率與可再生能源辦公室戰(zhàn)略計劃》、《國家能源政策》等多項政策來推動地熱能源開發(fā)與利用。 我國近幾年來對開發(fā)利用地熱能源也非常重視，已經(jīng)提高到國家能源戰(zhàn)略層面。國家*、*、*、*聯(lián)合發(fā)文《關于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》國能新能〔?2013〕48號明確提出了工作重點與布局，對地熱能源的勘查、規(guī)劃、利用、技術等環(huán)節(jié)都提出了明確的工作方向與指導性意見。因此，地熱能源發(fā)展迎來重大機遇，即將引發(fā)新的能源革命，成為地球未來的主導能源。要實現(xiàn)這一目標，地熱能開發(fā)也面臨巨大的挑戰(zhàn)。

提高地熱能源直接利用效率是地熱能行業(yè)升級的基礎。改變當前地熱能源單純用于洗浴、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、醫(yī)療等領域的現(xiàn)狀，重點綜合應用于城市供暖與制冷領域。從目前世界與我國能耗結構上看，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。我國大部分地區(qū)供暖與制冷需求可以用地熱能源供給，以減少對燃料型能源的消耗及對二次能源的依賴。技術層面已經(jīng)成熟，需要政府層面加強引導與支持。

地熱發(fā)電是地熱能源能否成為未來主導能源的核心。地熱發(fā)電在理論上已非常成熟，其中關鍵因素是熱儲工程技術及相關裝備的技術創(chuàng)新，實現(xiàn)減少風險、降低投資成本、提高地熱利用效率、可全面推廣的目標。人類很早以前就開始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、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。但真正認識地熱資源并進行較大規(guī)模的開發(fā)利用卻是始于20世紀中葉。

部分是來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的衰變。還有一小部分能量來自太陽，大約占總的地熱能的5%，表面地熱能大部分來自太陽。地下水的深處循環(huán)和來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。其儲量比人們所利用能量的總量多很多，大部分集中分布在構造板塊邊緣一帶，該區(qū)域也是火山和地震多發(fā)區(qū)。它不但是無污染的清潔能源，而且如果熱量提取速度不超過補充的速度，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熱蒸氣用于發(fā)電。地熱發(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渦輪機轉動使發(fā)電機發(fā)出電能。在這過程中，將一部分沒有利用到的水蒸氣或者廢氣，經(jīng)過冷凝器處理還原為水送回地下，這樣循環(huán)往復。1990年安裝的發(fā)電能力達到6000MW，直接利用地熱資源的總量相當于4.1Mt油當量。

地熱能是一種新的潔凈能源，在當今人們的環(huán)保意識日漸增強和能源日趨緊缺的情況下，對地熱資源的合理開發(fā)利用已愈來愈受到人們的青睞。其中距地表2000米內儲藏的地熱能為2500億噸標準煤。全國地熱可開采資源量為每年68億立方米，所含地熱量為973萬億千焦耳。在地熱利用規(guī)模上，我國近些年來一直位居世界*，并以每年近10%的速度穩(wěn)步增長。

在我國的地熱資源開發(fā)中，經(jīng)過多年的技術積累，地熱發(fā)電效益顯著提升。除地熱發(fā)電外，直接利用地熱水進行建筑供暖、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。全國已經(jīng)基本形成以西藏羊八井為代表的地熱發(fā)電、以天津和西安為代表的地熱供暖、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)殖的開發(fā)利用格局。

地熱發(fā)電實際上就是把地下的熱能轉變?yōu)闄C械能，然后再將機械能轉變?yōu)殡娔艿哪芰哭D變過程或稱為地熱發(fā)電。開發(fā)的地熱資源主要是蒸汽型和熱水型兩類，因此，地熱發(fā)電也分為兩大類。

地熱能源將新的一輪能源革命

從氣候變化框架公約到霧霾治理，從人類開始利用燃料型能源到現(xiàn)在的燃料型能源危機，環(huán)境與能源這兩大問題與人類在地球上的生存息息相關。過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，也是人類未來生存與發(fā)展的巨大危機。再過幾十年，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能、地熱能、風能、潮汐能、核能等能源，誰將主導地球未來的能源結構？太陽能、風能、潮汐能受季節(jié)與時間限制而不穩(wěn)定，核能存在環(huán)境隱患，只有地熱能，不受季節(jié)、氣候的影響，相對穩(wěn)定、環(huán)保、安全，且補給充沛，既可作為基本負荷能,也可作為峰值負荷能使用，地球地表以下4km以內地熱能的2%，如果能被人類合理利用，就相當于目前所有能源消耗的5000倍。由此可見，地熱能源作為綠色環(huán)保、可再生的新型能源，將主導人類能源結構的重組升級，作為地球未來*的基礎能源，決定國家未來的發(fā)展，成為世界經(jīng)濟增長的新引擎。地熱蒸汽發(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（或稍具過熱度）蒸汽，或者利用從汽、水混合物中分離出來的蒸汽發(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），而是讓它通過換熱器汽化潔凈水，再利用潔凈蒸汽（二次蒸汽）發(fā)電。第二種含義是，將從*次汽水分離出來的高溫熱水進行減壓擴容生產(chǎn)二次蒸汽，壓力仍高于當?shù)卮髿鈮毫?，和一次蒸汽分別進入汽輪機發(fā)電。

地熱水中的水，按常規(guī)發(fā)電方法是不能直接送入汽輪機去做功的，必須以蒸汽狀態(tài)輸入汽輪機做功。對溫度低于100℃的非飽和態(tài)地下熱水發(fā)電，有兩種方法：一是減壓擴容法。利用抽真空裝置，使進入擴容器的地下熱水減壓汽化，產(chǎn)生低于當?shù)卮髿鈮毫Φ臄U容蒸汽然后將汽和水分離、排水、輸汽充入汽輪機做功，這種系統(tǒng)稱“閃蒸系統(tǒng)”。低壓蒸汽的比容很大，因而使氣輪機的單機容量受到很大的限制。但運行過程中比較安全。另一種是利用低沸點物質，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，地下熱水通過換熱器加熱，使低沸點物質迅速氣化，利用所產(chǎn)生氣體進入發(fā)電機做功，做功后的工質從汽輪機排入凝汽器，并在其中經(jīng)冷卻系統(tǒng)降溫，又重新凝結成液態(tài)工質后再循環(huán)使用。這種方法稱“中間工質法”，這種系統(tǒng)稱“雙流系統(tǒng)”或“雙工質發(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，工質逸出后很容易發(fā)生事故。