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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。
+ u' ^: [4 p; i4 K 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。
& p0 D: H4 @% u/ P. J 以下为学习资料。
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3 a/ K% g9 P7 q 关于地热能的几点知识
6 P, X5 N! W% w4 v 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。
- x) _7 Q$ p' [3 a5 i 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。 0 R+ P: j$ W2 O: K1 J+ U/ H1 W
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 Y& B% m1 ~* P }5 g8 ?, g
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。 ' B8 P* p! p& M" E. @3 `4 Q" J
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”。 ( C5 A7 X/ [% m$ ]- p7 r+ L# z$ Y2 I
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/㎡。 3 w6 ~( {1 Y4 @% i9 s3 U9 V4 r
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我国地热资源整体格局
$ u- Y0 R; L1 @3 L 1、“东高西低,南高北低”。 * r, _# L" a& G
2、全国热流值最高为青藏高原,部分地区达到150mW/㎡。
: ?- J+ Y% S. n! w( ^8 i' P; E 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”。
. z" o3 ]! a3 X7 B. X, d1 \ 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。 $ P2 p9 i' a, n4 T( H* s' @
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。
5 T1 D3 V6 O& P* [ Z 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。
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$ M. S" X1 P2 M 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。
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地热资源价值
5 ~! Y. S/ d$ G" R2 D; I 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)。
* G1 D( _& h. E1 a( O$ Z; d 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。 1 J5 |' R. g9 J9 Z
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。 ( ` x- \9 S$ @2 z7 Y- I
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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。
- ~4 B; t* S0 q 5、属于最安全能源。
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! Y% ^! C, [. q- D( F& n0 {( v 地热资源开发利用
& c7 `9 }; f( d* v3 R# n5 x3 ?* [ 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”。 - R) [& p* J5 h7 T2 e$ t8 _, i
2、按照开发深度分类: $ _( I$ q( `( b7 q8 ~
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3、地热资源利用技术
% x c" f3 W% N( z& M" C" t7 ` 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。
& h, N$ _6 c% i0 n1 Q( B) 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。 + U- v- A* _+ c D) x! @; O- 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”。 7 X" w/ z# | r6 H1 [' Y' r
! w) K: c+ L" ^, |- W3 x 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。 * ?6 _: u$ W" c7 a7 E4 z0 _
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