地热能利用与发展现状62页PPT

• 地热电站对环境的影响 开采地热过程中
会向外排放少量的CO2 、CH4 、 H2S 等,但 比火电要少得多。废水中含有硼、砷等有
害 元素.大量采水也对地层稳定有影响.
通过回灌可以减轻。
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地热电站尾水的综合利用 地热电站 发电后排出的尾水，温度都在60-70度 左右或更高，还有一定的利用价值。 可以作为生活热水，也可以与冷水混 合后灌溉农田。还可以提取有用的化 学元素。
• 干热岩型 埋藏浅具有经济价值的高温岩 石，周围没有水，不能形成热水和蒸汽， 属下一步开采的目标。
• 岩浆型 火山周围埋藏较浅的岩浆和半 熔融岩石,温度600-1500 ℃。
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地热田的形成
• 地下热水的形成 分为深循环型和特殊热 源型两种。
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• 深循环型 一般认为90%的地下热水 来自大气降水,仅有极少量是从岩浆 释放的“原生热水”。地表水在重 力作用下渗入地下,在渗流过程中吸 收岩石热量成为地下热水,受热膨胀 后又沿另外的岩石缝隙向地表移动, 甚至成为热泉。
和钚组成的巨大球体,地球是个天然的裂变堆.不仅
如此,太阳系很多行星如木星、土星等也是如此。
他在实验室内用电脑对这个假设进行了模拟，并对
地球磁场变化进行了解释。
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• 这些热能随地球内部的剧烈运动，通过 火山爆发、地震和温泉的形式释放出来。
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地壳中地热能的分布从上到下可分 为 3 个 带 ， 变 温 带 (15m) ， 常 温 带 (20m)和增温带。 ①变温带受太阳辐射和季节影响大； ②常温带温度几乎保持恒定； ③增温带的温度随深度增加而增加， 地表15km内的增温带温度梯度一般 为15-33℃/km.热能来此于地球内部。 80℃ 地 下 热 水 大 致 在 地 下 20002500米左右。

其二是这类地热系统必须要有足够的水量和一定的循 环深度，这样水在经由断层破碎带或裂隙发育带入渗 时才能从围岩中汲取热量成为中低温热水。一般情况 下，地热背景越高，下渗（或循环）深度越大，地下 热水温度亦越高。
其三是这类地热系统多出现在断裂破碎带或两组不同 方向的断裂的交汇部位，岩体本身的渗透性能很差， 主要靠裂隙和破碎带导水，在地形高差和相应的水力 压差下形成受迫对流，构成地下热水环流系统。
图14-2 中国地热资源分布
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一、高温对流型地热资源 我国高温对流型地热资源主要分布在藏南-川西-
滇西地热带以及台湾地区。 从全球地热系统及地球资源分布来看，藏南-川
西-滇西地热带(或称“喜马拉雅地热带”)实际上是 地中海地热带的东延部分，是喜马拉雅造山运动的产 物。
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图14-3 西藏羊八井热田的概念模型
沿海地区，包括广东、海南、广西以及江西、湖南和 浙江，胶辽山地和汾渭地堑边缘。这些都是新构造活 动强烈的地区，活动断裂发育。
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图14-4 中低温对流型地热系统概念模型
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我国中低温对流型地热资源分布有如下特点：
其一是没有特殊的附加热源，主要靠正常或略微偏高 的区域大地热流供热和维持，这是与高温地热系统的 主要区别。
第十四章 地热资源的评价和开发利用
❖ 第一节 中国地热资源的分布 ❖ 第二节 研究地热资源的水文地球化学方法 ❖ 第三节 地热资源评价 ❖ 第四节 地热资源的开发利用和保护
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地球是一个巨大的能源宝库，越向地球深部，温 度就越高。这种以热能为主要形式储存于地球内部的 热量就是地热能。
地热能一部分来源于地球深部的高温熔融体，另 一部分来源于岩石中放射性元素（U、Tu、40K）的衰 变。

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。

1.2 地温梯度与大地热流 地温梯度（地热梯度）
它是指沿地下等温面法线向地球中心方向单位距离内 温度的增值，通常采用的单位是℃/100m，或℃/km。
大地热流（简称热流或热流量） 它是指在单位时间内通过地球表面单位面积散失的热 量，其单位为微卡/平方厘米· 秒，称一个热流单位，通常 用HFu表示，工程单位多用毫瓦/平方米表示。 1HFu=41.87W/m2 （1cal=4.187J）
地压地热资源的能量由三部分构成：1Leabharlann 热流体具有异常高压所形成的机械能；
2. 储存着异常高的地温梯度所形成的高温热能（135260℃） 3. 蕴藏着高温高压条件下溶解于热水中的甲烷气。
干热岩型：地下一定深度2-3km，含水量少或不含水，渗透性 差而含有异常高热的地质体。
特征：含能量甚大，曾估计1立方英里350℃的热岩体冷却到 150℃，可产出相当于三亿桶石油的热量。美国水热型资源只 相当于本国干热岩资源的几千分之一。因此，它是地热资源中 最主要的形式。 说明：现代钻探技术可及，近年来美、日、意、英、瑞典等国 均在积极开展试验 开发干热岩资源，必须在致密高温岩体内人工制造（水力破碎 或爆炸）裂隙通道，再注入冷水，迫使其通过人工裂隙通道加 热升温，通过另一口钻井吸取到地面上。
地温变化曲线表
地球内部有代表性的温度如下： 地壳底部约100℃；至100km处 （上地幔顶部局部熔融开始） 达1300℃；至400km处（变相区） 为1500℃；5100km处（内、外 地核边界）为4300℃；6371km 处（地心）为4500℃，有些学 者认为是5000℃，还有些认为 是6900℃。
高温 地热 田
层状 热储
中、 低温 地热 田
带状 热储 混合 热储

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蒸汽型地热发电
——凝气式汽轮机 ◆为提高地热电站的机组出力和发电效率，通 常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统在该系 统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压 力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入 混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打入冷却 水所冷却而凝结成水，然后排走。 ◆在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真 空状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来 抽气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和 外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。 ◆该系统 适用于高温（160℃以上）地热田的 发电，系统简单。
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热水型地热发电
——双循环地热发电系统 ◆也叫低沸点工质法，利用地下热水加热 某种低沸点工质，使其产生具有较高压力 的蒸汽并送入汽轮机。做功后的蒸汽在冷 凝器中凝结，循环使用。地热水要回灌到 地层中。 ◆双循环发电系统的优点： ① 蒸汽压力高，设备尺寸较小，成本较低； ②地热水不接触发电系统，可避免关键设 备的腐蚀。 为了提高地热资源的利用率，还可以考虑 用两级双循环地热发电系统，或者采用闪 蒸与双环两级串联发电系统 。
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◆地壳:地球的员外面一层，即地球外表相当于鸡蛋壳的部分， 地壳由土层和坚硬的岩石组成，它的厚度各处不一，介于10— 70km之间， ◆地幔:地球的中间部分，即地壳下面相当于鸡蛋白的部分，也 叫做“中间层”，它大部分是熔融状态的岩浆．地幅的厚度约 为2900km,它内硅镁物质组成，温度在1000℃以上. ◆地核:地球的中心，即地球内部相当于鸡蛋黄的部分．地核的 温度在2000—5000 ℃之间，外核深2900—5100km，内核深 5100M以下至地心，一般认为是由铁、镍等重金属组成的
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联合循环地热发电
◆ 1990s中期，以色列一家公司把地热 蒸汽发电和地热水发电系统整合，设计 出一个新的联合循环地热发电系统。 ◆大于150℃的地热流体，经过一次发 电后，在不低于120℃的工况下，再进 入双工质发电系统进行二次做功，这就 充分利用了地热流体的热能。 ◆同时，由于是全封闭的系统，在地热 电站也没有刺鼻的硫化氢味道，因而是 100％的环保型地热系统。这种地热发 电系统进行100％的地热水回灌，从而 延长了地热田的使用寿命。

黑云母花岗岩
花岗闪长岩
二长花岗岩(soltz)
3 干热岩热储指标-储层温度与深度
l 储层温度直接影响储层开发得难易程度与经济性能,目前适合
EGS开发得井口温度不低于150℃。
l 普遍认为,深度在4km内、温度高于200℃得区域就是高等级
EGS资源区。
l 热储得温度与埋深由选址决定,储层选址主要有两种依据。
3 JAPAN(1985-2002)
• 1990 年,在日本得肘折地区进行了干 热岩试验,称为“肘折工程”,目得就 是研究适合于干热岩发电得关键技术。
• 先后钻探了HDR-1, HDR-2, HDR-3 等生产井,井间距为50-130 m。
• 在1991年进行了一个注入井与3个生 产井得综合地下水循环实验,在90天 循环实验中,生产水温度为150-190℃。 流体回收率为78%。
Ⅰ-Ⅰ剖面(3560km)(喀什-谷露-阳江)
谷露、阳江、漳州、腾冲、咸阳均位于大地热流值高且居里面埋深浅得地方,同 时这些点附近都伴随着新生代以来得新得活动断裂,就是典型得地热显示区,为我 们干热岩研究得重点研究靶区
Ⅱ-Ⅱ剖面(1370km)(北海-福州)
Ⅲ—Ⅲ剖面(3835km)(腾冲-五大连池)
世界主要发达国家EGS/HDR项目一览表
目录
一、基本概念 二、干热岩得特点 三、国际EGS工程 四、我国干热岩资源分布及潜力 五、干热岩勘查开发关键技术 六、EGS得未来
1 干热岩得分布
中国新生代活火山分布
阿尔山
大同
五大连池 长白山 蓬莱
腾冲
广州 海南
台湾
2 干热岩得埋藏特征
ü长期 Ø无处不在 Ø深度3-10km
赤峰、五大连池属于大地热流值偏小而居里面埋深较浅得部位,这些地方热流特别 容易受构造运动与幔源热流得影响,虽然热流在地表没有足够得显示但一般具有较大 得地温梯度,可能就是干热岩潜在得开发靶区。

❖ 建没部《民用建筑节能管理规定》指出：国家鼓励发展的八 项建筑节能技术中第五项直接提到利用地热技术。
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地源热泵相关政策法规
❖ 2005年全国人大通过了《可再生能源法》，建设部将地源热泵 供暖空调技术列入新的建筑业十项新技术。
❖ 发布国家标准《地源热泵系统工程技术规范》 ❖ 国家的财政补贴示范工程 ❖ 各省市出台地方规定 ❖“三步走”战略，即从项目示范，到城市示范，再到全面推广
会（ EHPA ）统计的资料表明， 目前 欧洲有 450 万台热泵用 于住宅， 150 万台用于第三产业， 2.5~3 万台热泵用于工 业 .EHPA 的目标是到 2010 年在洲至少有 1500 万台热泵用于 住宅，这相当于每年节省100TWh 的能源和减少4000 万吨的CO2 的排放.
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水源热泵在中国的发展
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地源热泵的分类
❖ 地埋管式地源热泵系统 ❖ 地表水地源热泵热泵系统 ❖ 地下水地源热泵热泵系统
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地源热泵的优点
❖ 属可再生能源利用技术 ❖ 属经济有效的节能技术 ❖ 环境效益显著 ❖ 一机多用，应用范围广
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地源热泵的优点
❖ 属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于 400 米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。 地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳 能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源 等限制，真正是量大面广、无处不在。
❖ 2013年地源热泵机组市场份额仅占当时中国空调市场总销售额的 3.3%。与地源热泵已普及国家超过10%的市场份额相比仍然很低， 这说明地源热泵行业以后的发展空间还很大。
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前期研究内容与成果
主要研究内容

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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
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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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