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地?zé)豳Y源開發(fā)利用

地?zé)崂眉夹g(shù)的歷史

  人類很早以前就開始利用地?zé)崮?/a>，例如利用溫泉沐浴、醫(yī)療，利用地下熱水取暖、建造農(nóng)作物溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖及烘干谷物等。但真正認(rèn)識(shí)地?zé)豳Y源并進(jìn)行較大規(guī)模的開發(fā)利用卻是始于20世紀(jì)中葉。地?zé)崮?/a>的利用可分為地?zé)岚l(fā)電和直接利用兩大類，而對(duì)于不同溫度的地?zé)崃黧w可能利用的范圍如下：
 
  1、2O0～400℃直接發(fā)電及綜合利用；
 
  2、150～200℃雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工；
 
  3、10O～15O℃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；
 
  4、50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業(yè)干燥；
 
  5、20～50℃沐浴，水產(chǎn)養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工；
 
  現(xiàn)在許多國家為了提高地?zé)崂?/a>率，而采用梯級(jí)開發(fā)和綜合利用的辦法，如熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，先供暖后養(yǎng)殖等。    近年來，國外對(duì)地熱能的非電力利用，也就是直接利用，十分重視。因?yàn)檫M(jìn)行地?zé)岚l(fā)電，熱效率低，溫度要求高。所謂熱效率低。就是說，由于地?zé)?/a>類型的不同，所采用的汽輪機(jī)類型的不同，熱效率一般只有6.4～18．6％，大部分的熱量白白地消耗掉。所謂溫度要求高，就是說，利用地?zé)崮馨l(fā)電，對(duì)地下熱水或蒸汽的溫度要求，一般都要在150℃以上；否則，將嚴(yán)重地影響其經(jīng)濟(jì)性。而地熱能的直接利用，不但能量的損耗要小得多，并且對(duì)地下熱水的溫度要求也低得多，從 15～180℃這樣寬的溫度范圍均可利用。在全部地?zé)豳Y源中，這類中、低溫地?zé)豳Y源是十分豐富的，遠(yuǎn)比高溫地?zé)豳Y源大得多。但是，地?zé)?/a>能的直接利用也有其局限性，由于受載熱介質(zhì)—熱水輸送距離的制約，一般來說，熱源不宜離用熱的城鎮(zhèn)或居民點(diǎn)過遠(yuǎn)；不然，投資多，損耗大，經(jīng)濟(jì)性差，是劃不來的。
 
  目前地?zé)崮?/a>的直接利用發(fā)展十分迅速，已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)加工、民用采暖和空調(diào)、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)田灌溉、土壤加溫、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽飼養(yǎng)等各個(gè)方面，收到了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，節(jié)約了能源。地?zé)崮?/a>的直接利用，技術(shù)要求較低，所需設(shè)備也較為簡易。在直接利用地?zé)?/a>的系統(tǒng)中，盡管有時(shí)因地熱流中的鹽和泥沙的含量很低而可以對(duì)地?zé)?/a>加以直接利用，但通常都是用泵將地熱流抽上來，通過熱交換器變成熱氣和熱液后再使用。這些系統(tǒng)都是最簡單的，使用的是常規(guī)的現(xiàn)成部件。
 
  地熱能直接利用中所用的熱源溫度大部分都在40℃以上。如果利用熱泵技術(shù)，溫度為20℃或低于20℃的熱液源也可以被當(dāng)作一種熱源來使用（例如美國、加拿大、法國、瑞典及其他國家的做法）。熱泵的工作原理與家用電冰箱相同，只不過電冰箱實(shí)際上是單向輸熱泵，而地?zé)釤岜?/a>則可雙向輸熱。冬季，它從地球提取熱量，然后提供給住宅或大樓（供熱模式）；夏季，它從住宅或大樓提取熱量，然后又提供給地球蓄存起來（空調(diào)模式）。不管是哪一種循環(huán)，水都是加熱并蓄存起來，發(fā)揮了一個(gè)獨(dú)立熱水加熱器的全部的或部分的功能。由于電流只能用來傳熱，不能用來產(chǎn)生熱，因此地熱泵將可以提供比自身消耗的能量高3～4倍的能量。它可以在很寬的地球溫度范圍內(nèi)使用。在美國，地熱泵系統(tǒng)每年以 20％的增長速度發(fā)展，而且未來還將以兩位數(shù)的良好增長勢(shì)頭繼續(xù)發(fā)展。據(jù)美國能源信息管理局預(yù)測(cè)，到2030年地熱泵將為供暖、散熱和水加熱提供高達(dá)68Mt油當(dāng)量的能量。
 
  對(duì)于地?zé)?/a>發(fā)電來說，如果地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/資源.html" >資源的溫度足夠高，利用它的好方式就是發(fā)電。發(fā)出的電既可供給公共電網(wǎng)，也可為當(dāng)?shù)氐墓I(yè)加工提供動(dòng)力。正常情況下，它被用于基本負(fù)荷發(fā)電，只在特殊情況下，才用于峰值負(fù)荷發(fā)電。其理由，一是對(duì)峰值負(fù)荷的控制比較困難，再就是容器的結(jié)垢和腐蝕問題，一旦容器和渦輪機(jī)內(nèi)的液體不滿和讓空氣進(jìn)入，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕問題。    總結(jié)上述，地?zé)崮芾?/a>在以下四方面起重要作用。
 
  地?zé)岚l(fā)電是地?zé)崂?/a>的最重要方式。高溫地?zé)崃黧w應(yīng)首先應(yīng)用于發(fā)電。
 
  地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。所不同的是，地?zé)岚l(fā)電不象火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地?zé)崮堋５責(zé)岚l(fā)電的過程，就是把地下熱能首先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠被地?zé)犭娬?/a>利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地?zé)岚l(fā)電的方式劃分為蒸汽型地?zé)岚l(fā)電和熱水型地?zé)岚l(fā)電兩大類。
 
  （2）熱水型地?zé)岚l(fā)電
 
  熱水型地?zé)岚l(fā)電是地?zé)岚l(fā)電的主要方式。目前熱水型地?zé)犭娬?/a>有兩種循環(huán)系統(tǒng)：
  a、閃蒸系統(tǒng)。閃蒸系統(tǒng)如圖1所示。當(dāng)高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會(huì)沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機(jī)做功；而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出，當(dāng)然最好是再回注人地層。
 
 
  地?zé)岚l(fā)電的前景是取決于如何開發(fā)利用地?zé)醿?chǔ)量大的干熱巖資源。其關(guān)鍵技術(shù)是能否將深井打人熱巖層中。美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫科學(xué)試驗(yàn)室正在對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)景試驗(yàn)。
 
  將地?zé)崮苤苯佑糜?a href="http://www.optool.cn/t/采暖.html" >采暖、供熱和供熱水是僅次于地?zé)岚l(fā)電的地?zé)崂?/a>方式。因?yàn)檫@種利用方式簡單、經(jīng)濟(jì)性好，倍受各國重視，特別是位于高寒地區(qū)的西方國家，其中冰島開發(fā)利用得最好。該國早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個(gè)地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/供熱系統(tǒng).html" >供熱系統(tǒng)，現(xiàn)今這一供熱系統(tǒng)已發(fā)展得非常完善，每小時(shí)可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽(yù)為“世界上最清潔無煙的城市”。此外利用地?zé)峤o工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源， 用作硅藻土生產(chǎn)、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產(chǎn)過程的熱源也是大有前途的。目前世界上最大兩家地?zé)釕?yīng)用工廠就是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙槳加工廠。我國利用地?zé)峁┡?/a>和供熱水發(fā)展也非常迅速，在京津地區(qū)已成為地?zé)崂?/a>中最普遍的方式。
  地?zé)嵩?a href="http://www.optool.cn/t/農(nóng)業(yè).html" >農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用范圍十分廣闊。如利用溫度適宜的地?zé)崴?/a>灌溉農(nóng)田，可使農(nóng)作物早熟增產(chǎn)；利用地?zé)崴?/a>養(yǎng)魚，在28℃水溫下可加速魚的育肥，提高魚的出產(chǎn)率；利用地?zé)峤ㄔ?a href="http://www.optool.cn/t/溫室.html" >溫室，育秧、種菜和養(yǎng)花；利用地?zé)峤o沼氣池加溫，提高沼氣的產(chǎn)量 等。 將地?zé)崮苤苯佑糜?a href="http://www.optool.cn/t/農(nóng)業(yè).html" >農(nóng)業(yè)在我國日益廣泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地?zé)釡厥?/a>。各地還利用地?zé)岽?力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，如培養(yǎng)菌種、養(yǎng)殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等。
 
  4．地?zé)嵝嗅t(yī)
 
  地?zé)嵩?a href="http://www.optool.cn/t/醫(yī)療.html" >醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用有誘人的前景，目前熱礦水就被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜。由于地?zé)崴畯暮苌畹牡叵绿崛〉降孛妫郎囟容^高外，常含有一些特殊的化學(xué)元素，從而使它具有一定的醫(yī)療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調(diào)節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度；含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥； 氫泉、硫水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，吸弓怕批療養(yǎng)者和旅游者。在日本就有1500多個(gè)溫泉療養(yǎng)院，每年吸引1億人到這些療養(yǎng)院休養(yǎng)。我國利用地?zé)嶂委熂膊v史悠久，含有各種礦物元素的溫泉眾多，因此充分發(fā)揮地?zé)岬男嗅t(yī)作用，發(fā)展溫泉療養(yǎng)行業(yè)是大有可為的。
 
  未來隨著與地?zé)崂孟嚓P(guān)的高新技術(shù)的發(fā)展，將使人們能更精確地查明更多的地?zé)豳Y源；鉆更深的鉆井將地?zé)釓牡貙由钐幦〕觯虼说責(zé)崂靡脖貙⑦M(jìn)人一個(gè)飛速發(fā)展的階段 。