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地心熱的“力量”——地熱能

作者:沈陽地熱安裝公司   發布時間: 2017/10/20 14:32:22

  地球的內部非常熱,其地心溫度大約為4000℃,熱能持續不斷地在流向地面,從地表輻射出去并消失在太空中。這一表面的平均熱能量值為82毫瓦/米2,如果地球的表面積為5.1×1014米2,那么,這種連續不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦(熱)。

  何謂地熱

  地球的內部非常熱,其地心溫度大約為4000℃,熱能持續不斷地在流向地面,從地表輻射出去并消失在太空中。這一表面的平均熱能量值為82毫瓦/米2,如果地球的表面積為5.1×1014米2,那么,這種連續不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦(熱)。

  到達地表的能量多數是很劣質的熱,很少被搜集后直接使用。然而,在近百萬年間發生火山活動的地區,大量優質熱留存于熔巖或已結晶的2~10公里深的巖石中,用現代技術(如向巖石鉆探)可有效予以搜集。

  從地殼巖石中抽取熱量并運至地表,需要熱傳遞介質。自然界是通過地下水實現這一點的。地熱庫下邊熱的熔巖將地下水加熱,熱水通過巖石中相互連接的斷層、裂縫和孔洞浮上來。斷層、裂縫和孔洞中的開放空間只占巖石體積的2%~5%,但當它們充滿了熱水并且相互連接,將形成一個多孔滲透地熱庫。地熱水的溫度在一處與另一處可相差極大。有的地熱源可產生300℃以上的熱水,有的則產生沸點以下(在海平面水的沸點為100℃)的水。高于150℃的高溫熱源一般可用以發電,低溫熱源可直接加熱使用,如工業加工、區域供熱、溫室加熱、食品干燥和水產養殖。地熱發電地熱發電,實際上是用蒸汽動力發電。

  通過打井找到正在上噴的天然熱水流。由于水是從1~4公里的地下深處上來的,所以水是處在高壓下。一眼底部直徑25厘米的井每小時可生產20~80萬公斤的地熱水與蒸汽。由于水溫的不同,5~10眼井產出的蒸汽可使一個發電裝置生產出55兆瓦的電。

  這種發電裝置有兩類:汽輪機發電和二元發電裝置。為了供給一臺汽輪發電機蒸汽,抽出的地熱水(帶壓)在稱為閃蒸罐容器的表面釋放出來,一部分水(約占35%,取決于它的溫度)閃蒸(沸騰)為蒸汽,進入汽輪發動機進而帶動一臺發電機。渦輪的排氣用傳統冷卻塔冷卻。閃蒸罐內剩余的水在沸騰階段之后又注入熱庫邊緣的地下,它有助于維持熱庫的壓力并補充對流的水熱系統。

  在二元發電裝置中,不是將熱水閃蒸為蒸汽,而是送至一臺熱交換器,用以加熱工作介質,后者通常是有機化合物,如異丁烷或異戊烷。工作介質被氣化,用氣化后的蒸汽驅動渦輪發動機,進而帶動發電機。在離開渦輪后工作介質冷凝為液體,流回熱交換器再次被氣化。地熱流體通過噴射井又回到地下,這一點與汽輪發電機中的情況很相似。由于在二元地熱發電裝置中所用的工作介質是在比水低的溫度下蒸發的,所以它的發電效率比汽輪發電機高。這兩類發電裝置各有其優點。汽輪發電機制造和運行都不太貴,但為了在高效率下操作,它要求水溫在180~200℃以上。二元發電裝置制造和運行費用較高,但它可用100℃或更低溫的水發電。目前世界上多數正在運行的地熱發電裝置屬于汽輪機型,但二元發電裝置越來越普及。地熱能的可持續性巖漿/火山的地熱活動的典型壽命從最低5000年到100萬年以上。這么長的壽命使地熱源成為一種再生能源。此外,地熱庫的天然補充率從幾兆瓦到1000兆瓦(熱)以上。

  人類第一次用地熱水發電是在1904年意大利的拖斯卡納。1958年新西蘭的北島開始用地熱源發電(目前為212兆瓦);美國加州的噴泉熱田,從1960年就開始發電,目前的輸出功率為1300兆瓦。顯然,地熱資源能夠可靠、安全和可持續性地運行。

  地熱生產的可持續性也可從存在于熱庫巖石(含熱量85%~95%)中的熱源判斷。在美國加州的噴泉熱田,熱含量保守估計至少相當于燃燒280億桶石油或62億短頓(1短頓=907公斤)煤所得的能量。地熱能的前景隨著全世界對潔凈能源需求的增長,將會更多地使用地熱。全世界到處都有地熱資源,特別是在許多發展中國家尤其豐富,它們的使用可取代帶來污染的礦物燃料電站。這是非常重要的,因為一旦對礦物燃料電廠做出投資,在整個電廠的壽命期間,將會發出大氣污染流,其期限是幾十年的時間。

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