, T" N6 ?; r1 K( x 摘要:硅谷“钢铁侠”马斯克谈到他的事业总是会提到“第一性原理”(第一性原理是基本的,基本不证自明的命题或假设,不能从任何其他命题或推导的假设),这是他事业底层思维的起点。而在地质工作者的心里也有个“第0定律”,地球有一颗火热的内心。
# g/ R( a, X& y% N! u 本文带你系统了解何为地热能及地热能的价值、技术分类、我国地热能资源的特点。供读者在了解地热能基本知识点的架构下,进一步深入学习、了解、进入当前“双碳“产业下的清洁能源。 2 G1 _& c) ~: \3 ?9 D: i/ @
以下为学习资料。
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关于地热能的几点知识 9 @( I6 p7 h. K h/ e
1、地热能是指一种来自于地球内部并经地壳抽取的天然热能,是一种可再生热能。简单说,我们泡的温泉,看到的火山都和地热能有关。 0 n3 G& h$ R0 L4 n! |5 c
2、地热能来自于地球内部的熔融岩浆和放射性元素的衰变。
! |6 @7 w* I6 D% j1 y& R 3、地热随着深度的增加而升高,地壳平均增温率为30℃/km,地心估算4500℃,与太阳表面温度5000度差不多,可以说地球内心非常火热。
7 [* V2 S" o" D8 h 4、全球地热总量相当于煤炭储量的1.7亿倍,但地热在地表散发分布不均匀。 9 {- ^# W0 r6 N' g) Q
5、地热在地壳板块边缘散热量大,部分在板块内部热点,如夏威夷。全球有4大高温地热带,即: 环太平洋地热带(目前开发利用水平高)地中海-喜马拉雅地热带(开发利用水平较低,但历史悠久。在意大利最古老的地热电站已经发电120年左右,我国西藏羊八井地热电站也发电40余年)。红海-亚丁湾-东非裂谷地热带。大西洋中脊地热带(大部分在海底,少部分在水面上,如冰岛)。6、地热在地表高温地热显示形式有温泉,间歇喷泉,喷气孔等。还有部分显示不强烈的,一般在沉积盆地。在我国西南地区的盆地尤为明显,称之为“热盆”。 $ W- ?% L0 F+ ]
7、地表散热量不均匀,一般用大地热流值表示。大地热流值是指单位时间单位面积从地表散失的热量,是一个功率单位,一般用Mw表示。地表热散失很慢,均值87Mw/㎡。
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我国地热资源整体格局 4 L3 j, d, n, F$ ?
1、“东高西低,南高北低”。
( s9 X9 O! S9 U% q' v 2、全国热流值最高为青藏高原,部分地区达到150mW/㎡。
w2 @9 ], ~7 {* s3 g, M 3、按照最新测量,西北延申到新疆最西端帕米尔高原、塔什库尔干,也能达到这个数值,但塔里木盆地、准格尔盆地数值较低,属于“冷盆”。 4 b+ w3 u. A2 N0 w o/ o" }- ?
4、东部延申到四川西部川西高原,云南西部滇西,热流值都很高。 5 ^( `4 G! Y1 m; n( z0 Z
5、东南沿海地区如广东海南散热量也比较大,沿着东部向上到东北数值差不多,均为地热能较丰富区域。 / Z- g( `5 F. r! M$ h s
6、浅层地热全国均分布,中深层水热型在隆起的山区、丘陵、造山带、沉积盆地;高温地热资源在西南地区。 ' g% _ H/ t w' Q$ `
! d6 _$ j+ v9 e: w5 [8 l 6、总量大。经过十二五、十三五期间地调局在全国调查数据显示,统计可采总量即3公里以内地热资源总量为26亿吨/年标准煤当量。是我国2020年一次能源消耗(约50亿吨标准煤)的一半以上。 + u8 T8 L6 a2 O. w3 ]1 H R
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地热资源价值 * |$ D& s+ n* p4 a7 A; X( G
1、地热是清洁能源大家庭份子之一,属于非碳基5大能源之一(太阳能、风能、水利、核电、地热)。
! B9 O- K( i( v" u5 @ 2、地热能连续稳定,不受气候影响,可365*24提供基础能源,每年可利用时长超过8000小时。相当于太阳能发电时长的5倍多,风能的3倍多。
9 N$ ^) J0 }$ b* w" Y 3、成本竞争力强,其中前期探矿成本约占总成本的一半。下表为全球数值统计,项目建成后不需要燃料锅炉,可低成本长期运行。
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4、二氧化碳减排优势明显。如果采用回灌方式开采,可做到完全清洁,且不会干扰地上水。目前冰岛普遍使用地热资源发电、供热,成为全球最洁净城市之一。
! {. ^9 t+ V$ ?% U; D H% J 5、属于最安全能源。
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地热资源开发利用
! _1 y' v, X: y7 N$ s- v. q 1、地热资源开发深度一般不超过3000米,所有地热资源可简单用6字概况“浅热、水热、干热”。 * J9 i. D4 x- x7 k
2、按照开发深度分类:
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3、地热资源利用技术 + B, R4 r9 X- j7 z. g4 H
根据地质条件、开发深度不同,常见以下4类开发利用技术: 浅层地热能取暖(制冷)简单而言,就是因为土体温度恒定,冬暖夏凉,可把地下水通过热泵技术(抽水+热量提取),进入水塔,送到用户。 " y' T y7 u! G$ S* E8 v% y R
中深层水热型地热能取暖在3000米以内含水层取地下热水,将热水抽至地面通过换热器把自来水加热后送到用户用于供暖。供暖后地下热水回水温度比较低(一般40度以下),再通过另一个井将其回注到地下。地下热水与自来水两套热交换系统分离,互不污染。这种对井开采模式是目前中深层地热普遍采用技术模式,已经产业化、规模化。
1 z2 l- p. j0 P( O: O- h; L! u! { 中深层地源热泵技术/地埋管技术在同一口井中安装两层套管,中间是隔热套管。隔热套管保证管的内外部没有流体的热交换,外层管和土体有很好的热交换。在外管里注入冷水,经过循环后从内管外壁流出,带出地下热量,实现“同轴双套管换热”。
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K+ X+ j( D. s$ p4 n, a 该技术成熟、环保,对地下水干扰小,不受地理因素限制。相对于对井开采模式不足在于效率低,单井热量一般300KW左右,每延米150W左右。每口井的供热面积有限,投入产出比稍差。 中深层水热型地热资源电热联供当地热资源禀赋比较好的时候,在供暖上游加入发电环节(一般温度70度以上就可发电)。发电后余热进行梯级利用,进一步供暖,在热量提取充分后(余温30度左右)再回灌地下。这个过程技术叫地热梯级综合利用技术,或地热资源电热联供技术。也可加上天然气就成为多联供,一个能源站实现家庭用热、做饭、取暖及温泉旅游全解决。
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