地热资源信息化管理81页PPT

地热资源开发与利用
中国地质大学（武汉）地热开发研究所 湖北地大热能科技有限公司 2014-3-27
地热资源的成因机制
地热发电
干热岩，是一种没有水或蒸汽的热岩体，岩性主要是变质岩或 结晶岩类岩体。干热岩埋藏于距地下2000～6000 m的深处， 温度为150～650℃。
干热岩发电（HDR）也称增强性地热系统（EGS），其过程是： 常 温 水 被 高 压 注 入 ， 与 干 热 岩 热 储 发 生 热 交 换 ， 产 生 200300℃的高温高压水或水汽混合物，推动涡轮机发电。
一对竞争对手不约而同地将其私家别 墅的空调改造为地源热泵系统
பைடு நூலகம்
国外研究前沿
换热：传热模型的优化及其计算机模拟与仿真； 换热材料：研究新型材料，提高换热效率，缩短换热管长，降低初投资成本； 针对不同的地理环境选用合适的地源热泵类型，达到最佳利用效果； 与太阳能等其它能源的联合利用。
随着勘查、钻井与涡轮机技术的不断成熟，干热岩发电开始进 入商业应用。干热岩以其绿色环保无污染的特点，未来将压缩 传统能源空间，改变能源格局；且以其持续稳定全天候的特点， 有望超越太阳能、风能、生物质能，成为重要的新能源。
地热能与其它新能源的比较
世界地热装机容量现状
截至2010年底， 全球已有24个国家开展地热发电； 总装机容量达10 898MW， 年发电量达67 246 GWh; 目前最技术最先进的国家主要是美日澳。在2005-2010年 间，德国、澳大利亚、印度尼西亚等10个国家的地热发电 量增长了50%，未来年增长率将超过8%。 中国领土面积世界第3位，GDP全球第2，拥有良好的高温 地热资源，但在地热发电方面排名第18位。
/news/society/201312/016bdf61-9b3b-420d-8b50-4e988b33aa22.shtml

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地热资源根据其在地下热储中 存在的形式分为以下5种:
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• 蒸汽型资源 这种地热资源可以直接产 生过热蒸汽推动汽轮机发电,温度可以达 到200～400 ℃,非常有价值，但较少见 到。
• 热水型 以产60-150 ℃的热水为主,资 源量很大，是目前开发的重点。
• 地压型 封闭于盖层中的高压高温水和 天然气。总能量实际上包含机械能,热能 和化学能。
•25000样品复查，证明该处矿石的铀-235丰度的平 均值为0.62%,最低值为0.29%,由此证明确实是天然 反应堆。
•在随后的5年内经反复勘探,终于发现了9座天然反 应堆,它们从20亿年前开始运行,共运行了20万-50 万年,参加裂变的反应的天然铀约800吨。
•美国地球物理学家赫恩登提出地核内有一个由铀
一边冷水下降，一边热水上升就构成了地 下水的循环。岩层断裂缝隙是形成热水聚集的 必要条件。
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特殊热源型 在地球运动过程中，不断造成地壳断裂， 内部岩浆会沿断裂缝隙上涌，如冲出地 面就形成火山爆发，如停留在地表下一 定深度未喷出地面, 就形成岩浆侵入体。 它是一个高强度地热异常区,其地层温度 梯度达每米几十度。如新西兰怀腊开的 地温梯度达到3每米30-40 ℃。侵入体 的的时代越新，所保留的余热就越多， 对地下水的加热也越强烈。
地幔 地球的中间部分，为熔融状态 的岩浆,由硅镁物质组成,温度 1000℃以上,厚度约2900km。
地核 温度在2000 ～5000℃,由铁镍 等重金属组成。
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• 总热能 内部是一个高温高压世界,蕴藏 着巨大的热量。值约1.25×1028KJ。
• 地热资源 10km内的地热资源约 1.45×1022 KJ ,相当于4.95 ×1015吨标 准煤,是煤炭资源的1.7亿倍，若能大规 模应用，可供人类用几十万年。

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四、地热能利用发展目标： 在“十三五”时期，新增地热能供暖（制冷）面积 11亿平方米，其中：新
增浅层地热能供暖（制冷）面积 7 亿平方米； 新增水热型地热供暖面积 4 亿平方米。 新增地热发电装机容量 500MW。到 2020 年，地热供暖（制冷） 面积累计达到 16 亿平方米，地热发电装机容量约 530MW。2020 年地热能 年利用量 7000 万吨标准煤，地热能供暖年利用量4000 万吨标准煤。京津冀 地区地热能年利用量达到约 2000万吨标准煤。 根据统计，至 2015 年底，河北县城及以上城市人口总数为 2825万人， 总用 热面积 10.68 亿平方米。 2020 年， 全省总人口将达到 7900万人左右，其中 县级及以上城市人口约 3500 万人，总用热面积将达到 13.46 亿平方米（预 测值）左右。净增加的供热面积2.78亿平方米。
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河北省城镇供热十三五规划热源规划方案能源利用方式目录 1 、煤炭利用 2 、天然气利用 3 、工业余热 4 、地热能 5 、热泵技术 6 、电能综合利用 7 、采用风电、光热、光伏等可再生能源技术 8 、其他清洁能源利用方式 前三种形式为传统能源利用形式，这里重点是地热能和热泵技术，并且在
特别是每燃烧1000千克标准煤，同时产生污染排放673.3千克碳粉尘、2467.8 千克二氧化碳（CO2）、74.3千克二氧化硫（SO2）、37.1千克氮氧化物 （NOx）。本项目将产生显著的环境效益，每年可减排CO2、SO2、碳粉尘 及NOX等的量如下表所示：
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浅层地热能供暖实施案例
个中低温地热能电站，1977 年在西藏建设了羊八井地热电站。上世纪90 年 代以来，北京、天津、保定、咸阳、沈阳等城市开展中低温地热资源供暖、 旅游疗养、种植养殖等直接利用工作。本世纪初以来， 热泵供暖 （制冷） 等浅层地热能开发利用逐步加快发展。 据国土资源部中国地质调查局 2015 年调查评价结果，全国336个地级以上 城市浅层地热能年可开采资源量折合7亿吨标准煤；全国水热型地热资源量 折合 1.25 万亿吨标准煤，标准煤， 年可开采资源量折合 19 亿吨标准煤； 埋深在 3000-10000米的干热岩资源量折合 856 万亿吨标准煤，按照2%的开 采率，年可开采量为17.12万亿吨。 国家能源局发布的《2017年能源工作指导意见》中指出“全国能源生产总量 36.7亿吨标准煤左右。煤炭产量36.5亿吨左右，原油产量2.0亿吨左右，天然 气产量1700亿立方米左右（含页岩气产量100亿立方米左右）。”

干热岩发电系统
首先将水通过压力泵 压入地下深处（2-4 千米），产生的蒸汽 再进行发电，热干岩 过程法不受地理限值 ，可以在任何地方进 行热能开采。而且这 种方法在发电过程中 不产生废水、废气等 污染，是未来的新能 源。
图6 干热岩发电系统示意图
全流地热发电系统
本系统将地热井口的 全部流体，包括所有 的蒸汽、热水、不凝 气体及化学物质等， 不经处理直接送进全 流动力机械中膨胀做 功，这种形式可以充 分利用地热流体的全 部能量，大大节约了 资源，但技术上有一 定的难度，尚在攻关 。
图5 全流系统发电示意图
地热发电对环境的影响
1、空气污染。在开采地热能的过程中，所 含有的各种气体和悬浮物将排入大气中，对环 境造成影响。
2、化学污染。地热水的形成一般为大气降 水经过地下深循环，与周围岩石进行化学物质 交换，岩石中各种化学组分进入水体，使地热 水中含有对环境有益和有害的常量成分和放射 性成分。
热水型地热发电
减压扩容（闪蒸系统）
将地热井口来的地热水，先送到闪蒸器中进行 降压闪蒸使其产生部分蒸汽，再引入到常规汽 轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在冷凝器内 冷凝成水。送往冷却塔，分离器中剩下的含盐 水排入环境或打入地下或引入作为第二级低压 闪蒸分离器中，用这种方法产生蒸汽来发电就 叫做闪蒸法地热发电。
目前世界上有110个国家 在开发利用地热能，截止 2005年发电总装机容量达 到8932MW，年生产电力 56951GWh（千兆瓦时）; 约占世界能源构成的1%， 地热资源利用以及开发以 每年12.8%的速率递增其 中美国地热发电装机容量 居世界首位，菲律宾第二 位，墨西哥居第三位。
新西兰和意大利的地热电站
西藏羊八井地热电站
地热发电的方式分类

• 地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机 械能，然后再把机械能转变为电能的过程。
• 要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下 的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用 的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。
• 按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同， 可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热 水型地热发电两大类。
• 如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的 热量作为标准来计算、那么，石油的贮存量约 为煤炭的3％，目前可利用的核燃料的贮存量约 为煤炭的15％，而地热能的总贮存量则为煤炭 的1.7亿倍。
2、地球的内部构造是怎样的？
• 根据现在的认识，地球的构成是这样的： 地球是一个巨大的实心椭球体，表面积约为 5.1×108km2，体积约为1.08×1012km3，赤 道半径为6378km， 极半径为6357km。
地热供暖
将地热能直接用于采暖、供热和供热水 是仅次于地热发电的地热利用方式。我国利 用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京 津地区已成为地热利用中最普遍的方式。
地热务农
地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用 温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增 产；利用地热水养鱼，在28℃水温下可加速鱼的 育肥，提高鱼的出产率；利用地热建造温室，育 秧、种菜和养花；利用地热给沼气池加温，提高 沼气的产量 等。
机。 2．所流出的热水含有很高的矿物质。 3．一些有毒气体会随着热气，而喷入空气中，
造成空气污染。
2、地热直接利用
地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有 悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地 下热水仍被人类广泛使用。据联合国统计，世 界地热水的直接利用远远超过地热发电。中国 的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。

[2]罗承先.世界地热发电开发新动向[J].中外能源,2016,21(05):21-28.
[3]王永真,杨柳,张超,蒋勃,张靖,刘宇炫,赵军.中国地热发电发展现状 与面临
的挑战[J].国际石油经济,2019,27(01):95-100.
[4]高学伟,李楠,康慧.地热发电技术的发展现状[J].电力勘测设
双级地热水发电
计算：
qm为地热水质量流量，t/h； hg为地热水质量焓，k J/kg； h1′，h2′为状态点1′，2′地热水质量焓，
k J/kg； h1"，h2"为状态点1"，2"饱和汽质量焓，
k J/kg；
双级地热水发电
计算：
h3，h4，h5为状态点 3，4，5 地热水质量焓，k J/kg； hh为状态点h地热水地热水发电研究现状
• 近年来世界地热发电发展迅速，全球地热发电装机容量从2000年
的8594MW，增加到2014年的12594MW。亚太地区与北美地区地 热发电装机容量居主导地位，分别为4.5GW和3.4GW。
• 美洲地热发电市场以美国、墨西哥和尼加拉瓜为主。亚太地区的
地热发电市场主要有印尼、日本、菲律宾和新西兰。地热发电仍 以普通型干蒸汽方式与闪蒸方式为主。最近10年利用中-低温地 热能的双工质方式发电发展较快。
两种发电技术对比
两级闪蒸法发电系统, 可比单级闪蒸法发电系统增加发电能力15%20%; 采用闪蒸法的地热电站, 基本上是沿用火力发电厂的技术,即 将地下热水送入减压设备扩容器,产生低压水蒸汽,导入汽轮机做功。
这种电站,设备简单,易于制造,可以采用混合式热交换器。缺点是, 设备尺寸大,容易腐蚀结垢,热效率较低。由于是直接以地下热水蒸 汽为工质,因而对于地下热水的温度、矿化度以及不凝气体含量等 有较高的要求

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各类地热资源开发技术概况
热储类型 蕴藏深度（地表下3km）
蒸汽型
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热水型
3
热储状态
200～240℃干蒸汽
（含少量其它气体） 以水为主
高温级>150℃ 中温级90-150℃ 低温级50-90℃
开发技术状况 开发良好（分布区很少）
开发中（量大，分布广） 目前重点开发对象
地压型
深层沉积地压水，溶解
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地热能
即便是在地球表层10km厚这样薄薄的一 层，所贮存的热量就有1025J。地球通过 火山爆发、间歇喷泉和温泉等等途径， 源源不断地把它内部的热能通过传导、 对流和辐射的方式传到地面上来。
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This steaming ground is in the Philippines.
大量碳氢化合物，可同
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时得到压力能、热能、
热储试验
化学能（温度>150℃ 干热岩体，150-650℃
600-1500℃
应用研究 研究
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环太平洋地热带
环太平洋地热带是世界最大的太平洋板块 与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界。世 界许多著名的地热田，如美国的盖瑟尔斯、 长谷、罗斯福；墨西哥的塞罗、普列托； 新西兰的怀腊开；中国的台湾马槽；日本 的松川、大岳等均在这一带。
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地热资源的类型
地压型。是指在高压下由深部地层提取含 有可溶性甲烷(沼气)的高盐分热水。它的 温度约为150～260℃；其储量较大，约 占已探明的地热资源的20%。地压型地热 能的开发利用目前尚处于研究探索阶 段。
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地热资源信息化管理
建筑能源需求的预测
Ø准确计算建筑冷热负荷的难度大 室外天气 室内使用情况 建筑自身的传热特性
Ø按需供能的难度更大
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地热资源信息化管理
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地热资源信息化管理
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地热资源信息化管理
数据采集
系统能耗分为总输入能量和末端系统的输入 能量：
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地热资源信息化管理
热泵基本原理
热泵系统包括低 温热源、高温热源、 驱动源和装置本身四 个组成部分。
热泵系统包括低 温热源、高温热源、 驱动源和装置本身四 个组成部分。
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地热资源信息化管理
压缩式热泵原理
蒸气压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器 等热力设备中进行压缩、放热冷凝、节流和吸热蒸发四个主要热力过程，从 而在蒸发器中吸收低温热源的热量，以实现供热为目的的热泵循环。
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地热资源信息化管理
数据分析
Ø 建筑负荷 Ø 建筑热容 Ø 建筑热惯性 Ø 建筑所需能量 Ø 建筑需能的时间分布 Ø 水泵与主机的最佳配比
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地热资源信息化管理
控制模式
Ø传统控制
（T外，q日，q内）→T内→T供/T回→q入→T内
Ø室内温度控制 （T外，q日，q内）→T内→q入→T内 Ø室外参数控制（温度补偿） （T外，q日，q内）→q入→T内 Ø预报参数控制 （T外，q日，q内）预测值→预报q入→T内
地热资源信息化管理
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2020/11/10
地热资源信息化管理
Ø 信息化管理
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