「能源」可再生能源地热能,这是目前见过关于地热能最详细的介绍

什么是地热能

地热能顾名思义就是来自地球内部的能量,其使用历史可以追溯到上千年,最早主要用作取暖和烹饪。到近代地热的使用范围逐渐拓展,如用作蒸汽发电站的热源。

地热是一种清洁的可再生能源,主要特点可以24小时不间断提供能量,而且地面设施占地面积小,这些特征是可再生能源太阳能和风能无法比拟的

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美国黄石公园间歇泉

地热的热源来自地球内部的如熔岩流、间歇泉、火山喷气孔、温泉和泥温泉等。 这些地质现象的热量主要来自地壳和地幔中钾、钍和铀的放射性衰变,以及大陆板块边缘摩擦产生的热量

地球的热量约为1×1019 TJ(2.8×1015 TWh)。这种热量以传导的方式,以44.2太瓦的速度传向地表,并同时通过放射性衰变的方式得到30太瓦的补充。这些能量是人类目前一次能源总消费量的两倍多。但是地热大部分能量由于太分散(平均约0.1 W/m2)而无法回收。

地壳有效地充当了一层厚厚的隔热层,必须被刺穿(如:岩浆、水或其他)形成流体通道,才能释放其下面的热量。

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地热使用示意图

目前使用情况

截止到2018年,全球地热能装机量最大的国家是美国为3639兆瓦,占其国内能源总消费量的0.3%。值得一提的是虽然冰岛的地热能总装机量仅为755兆瓦,但是地热能占到该国能源消费的70%,可以说冰岛整个国家的能源几乎都由地热提供

中国的地热能使用较为落后,目前装机量仅为27兆瓦(数据来自全球能源署),其中主要来自西藏的羊八井地热发电站,该电站的装机容量为24兆瓦。

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2018年全球地热能装机量前十国家

地热能的使用方式

地热资源主要有四种:地热液、地压力、干热岩和岩浆。目前地热液是是唯一被广泛使用的地热资源类型,而其它三种地热资源还处于研究初级阶段。这里主要讲地热液的使用方式。

地热液顾名思义就是地面下因为热源造成的热水。根据地热液深度的不同,地热液主要有两种使用方式:

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按地温梯度地热资源的使用方式

1.直接使用或供暖

当热液的温度在10℃左右以上时,它可以直接用于水疗中心或建筑供暖、农作物种植、鱼塘保暖或其他用途。

适合取暖的地热资源遍及世界上几乎每个国家。 绝大多数冰岛人和超过50万的法国人在公共建筑,学校和家庭中使用地热供暖。 在美国有45个州使用地热泵,用于建筑物加热或制冷。 爱达荷州、俄勒冈州、内华达州和其他一些州全部使用地热供暖。

另外地热也可用于干燥陶瓷、木材、蔬菜和其他产品。

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地温地热能使用方式

2.发电

当热液资源的温度在104℃左右以上时,它可以用来发电。 大多数发电用地热资源的温度为148℃至371℃,但有些地热藏温度可达到近537℃。

用于发电的地热资源主要有两种形式:干蒸汽和热液。发电发电方式主要有以下三种:

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三种地热发电方式

干式蒸汽发电(Dry steam power stations)

干蒸汽地热藏很少见,但在发电方面效率很高。加利福尼亚州的间歇泉是最大和最著名的干蒸汽藏。在这里通过钻井从2133到3048米深的井获得蒸汽。在干蒸汽储层中,天然蒸汽被直接输送到涡轮发电机。

使用后的蒸汽(冷凝水)可用于工厂的冷却系统,并注入原地热藏以维持水位和压力平衡。

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加州地热发电站

闪蒸发电(Flash steam power stations)

地热液是最常见的地热资源。在液体为主的储层中,热水没有完全变为蒸汽,储层处于水饱和蒸汽压下。

利用该资源发电,需要先将热水输送到一个或多个分离器,在那里压力降低并且水闪蒸成蒸汽。然后蒸汽推动涡轮发电机发电。蒸汽冷却并冷凝,用于工厂的冷却系统或注入地热储层。

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地热发电站

双循环发电(Binary cycle power stations)

当地热资源的由于水温低而不能闪蒸成蒸汽时,就会使用双循环发电方式发电。即存在两种独立的循环:热液和另外一种循环流体。

这种方式需要借助于另外的循环流体如异丁烷,通过热液加热循环流体,使其膨胀加压进而推动涡轮机发电。然后,流体冷却并再循环以一次又一次地加热。

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冰岛地热发电厂

地热资源的优缺点

地热能优点

  1. 它可以在不消费化石燃料的情况下进行开发。 与相对清洁的天然气发电站相比,地热发电站只产生其六分之一的二氧化碳排放量。
  2. 二元循环发电站基本上没有任何排放。
  3. 与太阳能和风能不同,地热能一年365天都可以使用。 也相对便宜。与化石燃料相比,成本节约可高达80%。

地热能缺点

  1. 会有硫化氢的释放,这种气体在低浓度时闻起来像臭鸡蛋。
  2. 需要处理一些有毒的地热液。
  3. 虽然地热区能够提供几十年的热量,但最终特定的位置可能会降温,尤其是开采速度过快的情况下。
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