山東明合地?zé)崮茉撮_發(fā)有限公司
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| 地?zé)豳Y源 |
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1、引言
在傳統(tǒng)能源面臨枯竭的危機面前和全球環(huán)境不斷惡化的雙重挑戰(zhàn)下,開發(fā)新能源,成為我國長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略之一。而地?zé)崮芤蚱滟Y源豐富,清潔無污染等優(yōu)點倍受人們密切關(guān)注。
2、地?zé)豳Y源
地球本身是一座巨大的天然儲熱庫,在地球的地殼下通過元素的放射性衰變,不斷地放出熱量,因此,地球內(nèi)部蘊藏著大量熱能。所謂地?zé)峋褪侵傅厍騼?nèi)部蘊藏的熱能。
據(jù)估計在地殼表層10km的范圍內(nèi),地?zé)豳Y源就達(dá)12.6×1026J,相當(dāng)于4.6×1016t標(biāo)準(zhǔn)煤,超過世界可采煤儲量含熱量的70000倍。按世界年耗100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計算,可滿足人類幾十萬年能源之用。這些地?zé)犭S著地球內(nèi)部的劇烈變動,通過火山爆發(fā)、地震和溫泉等途徑,經(jīng)常不斷地傳到地表上來。
地?zé)豳Y源按存在形式可分為五大類型,即蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型和巖漿型。而能為人類開發(fā)利用的,目前還僅限于蒸汽型和熱水型兩類,巖漿型的利用,尚處于基礎(chǔ)研究階段,而干熱巖型和地壓型的開發(fā)利用,則處于實驗階段。
3、地?zé)崮艿幕纠?br />
地?zé)崮艿幕纠每煞譃橹苯永煤偷責(zé)岚l(fā)電兩大類。對于不同溫度的地?zé)崃黧w可能利用的范圍如下:200~ 400℃，直接發(fā)電及綜合利用；150~200℃， 雙循環(huán)發(fā)電,制冷,工業(yè)干燥,工業(yè)熱加工；100~150℃，雙循環(huán)發(fā)電,供暖,制冷,工業(yè)干燥,脫水加工,回收鹽類,罐頭食品；50~100℃，供暖,溫室,家庭用熱水,工業(yè)干燥；20~50℃，沐浴,水產(chǎn)養(yǎng)殖,飼養(yǎng)牲畜,土壤加溫,脫水加工。
3.1直接利用
（1）地?zé)崛∨。地(zé)崮苤苯佑糜诓膳、供熱和供熱水是最?jīng)濟、最簡便、最有效的利用方式,在有地?zé)豳Y源的地方鉆一口井,將地下熱水直接引入所需要的地方。冰島是世界上采用地?zé)峁┡疃嗟膰?其首都不再燃燒礦物燃料,被譽為“世界上最清潔無煙的城市”。采用地?zé)峁┡?雖一次性初投資較大(主要是鉆井費用,它取決于地?zé)崴穆癫厣疃?,但綜合經(jīng)濟效益仍優(yōu)于燒煤取暖。大面積的地?zé)岵膳?必須采取集中開發(fā)。首先評估好地?zé)豳Y源之后,全面規(guī)劃地?zé)衢_采和回灌方案,建立換熱、調(diào)峰供熱系統(tǒng)。若地?zé)釡囟容^高,還必須考慮采暖后尾水的綜合利用方案,以求合理利用能源和獲取更好的經(jīng)濟效益。
（2）地?zé)徇M(jìn)廠。地?zé)嵩诠I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。比如:用來調(diào)節(jié)廠房空氣;作為干燥和蒸餾的熱流,使谷物和食魚干燥;從地下熱水里提煉稀有金屬和元素鈉、鋰、鉀、硼、碘、溴、硫等,還可提取核能工業(yè)的原料重水、氫、氧的同位素等;作為礦物加工的熱源,用于硅藻土生產(chǎn)和精煉;在永久凍土地帶改進(jìn)礦山工作條件;道路融雪;用作甘蔗和甜菜制糖工業(yè)、造紙業(yè)、木材業(yè)、紡織業(yè)、制革業(yè)、釀酒業(yè)和橡膠業(yè)等熱流能源等等。目前,世界上最大的兩家地?zé)釕?yīng)用工廠是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙漿木材加工廠。
（3）地?zé)釀?wù)農(nóng)。農(nóng)業(yè)應(yīng)用是地?zé)崂玫闹匾绞?中低溫地?zé)崴钸m宜作溫室的熱源。比如:利用地?zé)峤ㄔ斓責(zé)釡厥?利用適宜溫度的地?zé)崴喔绒r(nóng)田,可使農(nóng)作物早熟增產(chǎn);用地?zé)釡厮B(yǎng)魚,在28℃的水溫下可加速魚的育肥,提高魚的出產(chǎn)率;利用地?zé)峤o沼氣池加溫,提高沼氣的產(chǎn)量;還可育秧種菜等等。值得注意的是,地?zé)崴苯佑糜谵r(nóng)業(yè)方面,不僅提供熱源,還提供水源,由于地?zé)崴某煞植煌?對養(yǎng)殖和農(nóng)作物會產(chǎn)生一定的影響。地?zé)崴杏行┪⒘吭啬艽碳又参锏恼ＩL,但也有不少元素會在動植物體內(nèi)累積成有害物質(zhì),作為人類的食物這些殘毒將十分危險。為了安全起見,除在利用地?zé)崴皣?yán)格進(jìn)行水質(zhì)化驗外,并應(yīng)隨時進(jìn)行水質(zhì)的復(fù)檢,以控制水質(zhì)的變化。
（4）地?zé)嵝嗅t(yī)。地?zé)崴话愣己心承┨厥饣瘜W(xué)元素,具有一定的醫(yī)療效果。如:碳酸礦泉水供飲用,可調(diào)節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度;鐵水泉水飲用后,可治療缺鐵貧血癥;氫泉、硫化氫泉洗浴可治療神經(jīng)衰弱和關(guān)節(jié)炎、皮膚病等。由于溫泉的醫(yī)療作用及伴隨溫泉出現(xiàn)的特殊的地質(zhì)、地貌條件,使溫泉常常成為旅游勝地,吸引大批療養(yǎng)者和旅游者。
3.2地?zé)岚l(fā)電
目前應(yīng)用的主要有兩種地?zé)岚l(fā)電方式：
（1）蒸汽型地?zé)岚l(fā)電。對于有壓力的地?zé)嵴羝?由于其熱焓高,可通過地?zé)峋苯右肫啺l(fā)電機組發(fā)電。但在引入發(fā)電機組前要把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發(fā)電方式最為簡單,但蒸汽型地?zé)豳Y源的蘊藏量較少,故發(fā)展受到限制。
（2）熱水型地?zé)岚l(fā)電。熱水型地?zé)岚l(fā)電是目前地?zé)岚l(fā)電的主要方式,有兩種循環(huán)系統(tǒng)：①閃蒸系統(tǒng)。當(dāng)高壓熱水從熱水井中抽至地面,由于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽,蒸汽送至汽輪機做功;而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出,或通過“還原井”送回地下。這種地下熱水鉆井深度一般為300~1500m,溫度為150~300℃；②雙循環(huán)系統(tǒng)。有的地?zé)崴泻卸喾N腐蝕性氣體、雜質(zhì)以及放射性元素和稀有金屬。這些物質(zhì)對汽輪機組磨損和腐蝕程度都比較大。因此需要采取多種凈化措施,例如,用過濾器先排除雜質(zhì),防止積垢附著等，或者采用雙循環(huán)系統(tǒng)。雙循環(huán)系統(tǒng)把地?zé)崴鳛闊嵩?首先流經(jīng)熱交換器,將地?zé)崮軅鹘o另一種低沸點的工作流體(如氯化烷、氟里昂等),使之沸騰而產(chǎn)生蒸汽。蒸汽進(jìn)入汽輪機做功后進(jìn)入凝汽器,再通過熱交換器而完成發(fā)電循環(huán)。地?zé)崴畡t從熱交換器回注入地層。發(fā)展該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是開發(fā)高效的熱交換器。
3.3干熱巖型地?zé)岚l(fā)電
干熱巖的儲量十分豐富,這種高溫巖體受到巖漿的不斷加熱,形成一種“永久加熱器”。開發(fā)干熱巖資源的原理是從地表往干熱巖中打一眼井（注入井）,封閉井孔后向井中高壓注入溫度較低的水, 產(chǎn)生了非常高的壓力。在巖體致密無裂隙的情況下, 高壓水會使巖體大致垂直最小地應(yīng)力的方向產(chǎn)生許多裂縫。若巖體中本來就有少量天然節(jié)理, 這些高壓水使之?dāng)U充成更大的裂縫。當(dāng)然, 這些裂縫的方向要受地應(yīng)力系統(tǒng)的影響。隨著低溫水的不斷注入, 裂縫不斷增加、擴大, 并相互連通, 最終形成一個大致呈面狀的人工干熱巖熱儲構(gòu)造。在距注入井合理的位置處鉆幾口井并貫通人工熱儲構(gòu)造, 這些井用來回收高溫水、汽, 稱之為生產(chǎn)井。注入的水沿著裂隙運動并與周邊的巖石發(fā)生熱交換, 產(chǎn)生了溫度高達(dá)200-300℃的高溫高壓水或水汽混合物。從貫通人工熱儲構(gòu)造的生產(chǎn)井中提取高溫蒸汽, 用于地?zé)岚l(fā)電和綜合利用。利用之后的溫水又通過注入井回灌到干熱巖中, 從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。
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