地熱能的研究綜述

齊晶晶，席 靜，王 靜，梁 斌

(蘭州石化職業技術學院 應用化學工程學院，甘肅 蘭州 730000)

隨著人類社會的進步，能源的短缺問題以及造成的環境污染問題已經成為了當今世界面臨的巨大難題之一，所以世界各國都致力于開發研究新的清潔型能源來減輕傳統能源的壓力。其中地熱能源因其儲量豐富，開發清潔的顯著特征，受到越來的越多的國家重視，所以如何合理地開發和利用地熱能源具有極其深遠的戰略意義。本文將主要介紹地熱能源的特點及其利用技術的進展。

1 地熱能源的概述

1.1 什么是地熱能源

所謂地熱能，就是地下熱能，即以熱量形式存在于地下的能源，它是來自與地球內部的能量，詳細說來源于地球的熔融巖漿和放射性元素衰變時發出的熱量，可以分為淺層地熱能和深層地熱能。地熱能可以引致火山爆發，甚至可以引發地震，可見其蘊含的能量是十分巨大的。地熱能是可再生能源，不會排放污染大氣的氣體，對環境十分友好。在我國，把高于150 ℃的地熱能源稱之為高溫地熱，可以用于發電；把低于150℃的地熱能源稱之為低溫地熱，這一部分地熱能源可以用于居民供暖、工農業生產加溫、水產養殖、洗浴(分為旅游和醫療)等[1]。

1.2 地熱能源的特點

新能源中的太陽能和風能雖然也屬于清潔型可持續利用的能源，但是利用的過程中，是及其不穩定性，而地熱能是相對比較持續、穩定、可靠的可再生能源，所以科學家一直致力于研究開發利用地熱能以減輕傳統的化石能源的消耗壓力。

1.3 地熱能源的分布

全球地熱能源集中分布在火山和地震多發區，也就是構造板塊邊緣一帶，所以在全球很多地區分布很廣，應用也很廣泛。而且地熱能源是可再生的能源，前提是地熱能源的提取速度要低于能源的再生速度。我國的地熱能源儲量相對比較豐富，總儲存量大約占全球地熱能源儲量的7.9%，其中可以開采利用地熱能源儲量的能量相當于4626.5億t標準燃煤[2]。

1.4 地熱能源的分類

按照儲存形式，可以把地熱資源分成4類：第一類是儲存在地下100～4500 m，也就是地球淺處的，可以肉眼直接看見的熱水或者水蒸氣，這一類稱之為熱水型；第二類是儲存在地下3～6 km，也就是處在某些大型沉積盆地深處的高溫、高壓流體，這一類稱之為地壓地熱能，這類地熱能源通常會含有大量的甲烷氣體。第三類是干熱巖體形式存在的能源，稱之為干熱巖地熱能，這類地熱能源是由于特殊地質構造條件造成的，雖然溫度很高，但是水分很少，甚至無水。第四類是儲存在在高溫熔融巖漿體中的大量熱能，被稱之為巖漿熱能[3]。

在我國按照地熱水的溫度將地熱能分為三類，溫度高于150 ℃稱之為高溫型，此類地熱能源主要用于地熱發電；溫度低于90 ℃稱之為低溫型，溫度介于90～150 ℃稱之為中溫型，低溫型和中溫型地熱能源主要用于地熱直接利用。

2 地熱能源的利用

根據地熱能源流體的溫度不同，可以利用的方式也不同?？梢灾苯影l電利用的是在200～400 ℃范圍內；可以用在制冷、工業干燥、工業熱加工的是在150～200 ℃范圍內；可以用在供暖、脫水加工、回收鹽類、罐頭食品的是在100～150 ℃范圍內；可以用在溫室、家庭用熱水的是在50～100 ℃范圍內；可以用在沐浴、水產養殖、飼養牲畜、土壤加溫的范圍是20～50 ℃。而在我國，現階段地熱能的利用主要集中在地熱發電，地熱采暖，以及種植和養殖業[4]。

2.1 地熱能源發電

根據地熱能源流體的溫度、壓力及其水、汽品質的不同，將地熱發電的方式分成以下直接蒸汽法和熱水型兩大類。其中直接蒸汽法型地熱發電是把地熱井中的高溫蒸汽取出，經過凈化分離去除雜質(主要是井下的巖屑和水滴)，然后將清潔后的蒸汽引入汽輪機，推動汽輪機作功，使發電機組發電。這種類型的發電方式所采用的發電設備與通常的火力發電設備無二[5]。

2.2 地熱供暖

僅次于地熱發電的地熱利用方式就是地熱供暖，即將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水。在我國北方地區此種方式深受人們的歡迎，因為此種利用方式簡單直接，而且可以節約煤炭資源，減輕環境污染，同時地熱水溫比較穩定，故而供暖質量高。

2.3 地熱農業利用

地熱在農業中的應用范圍十分廣闊，利用地熱能可以為農業溫室供暖，與此同時，地熱水中富含的礦物質元素還可以為生物提供所需的養分。地熱能源可以用于種植經濟型的瓜果類、菜類、食用菌、花卉等。

2.4 地熱工業利用

地熱能在工業領域應用范圍也十分廣泛，可以將地熱能源用于工藝過程。在我國，干燥、紡織、造紙、制革等行業中都會利用到地熱能源應用。其中，地熱脫水干燥蔬菜及其他速食食品都屬于直接利用地熱的地熱干燥產品范疇內。

2.5 地熱醫療

地熱能源在醫療領域的應用有誘人的前景。因為地熱水重含有多種對人體有益的礦物成分和化學元素，被視為一種寶貴的資源。而且地熱水直接從地下提取到地面，屬于集熱、礦、水三位一體的溫泉水源，是具有清潔、醫療和保健作用的資源，所以在一定程度上具有一定的醫療效果[6]。

3 開發利用地熱能源的意義

地熱資源無論是在新能源的探索上還是環境的保護上都是極具發展前途的一種資源。就目前新能源發展的趨勢來看，地熱能是目前技術所能達到的唯一可以代替傳統化石能源能源發電的穩定能源，是將來世界上最有價值的能源之一，所以地熱能的發展將會給人類以新的生機[7]。

4 地熱能源開發利用過程中存在的問題

在地熱能源的開發利用過程中，首先要考慮到的就是可持續發展問題，由于目前大多數人對地熱資源的綜合利用價值以及系統化產業化開發利用的意義認識不足，所以地熱能源的開發效率低下，利用率不足，資源浪費現象比較嚴重。而另一方面就是環境保護問題，在地熱能的開發利用過程中，要考慮到水體、空氣、土壤污染，以及熱污染，甚至開發過程中引發的地面沉降問題等等。所以對待這些問題，都需要有合理、合法的管理及運營體制，保障地熱資源合理有效地利用[8]。

5 地熱能源開發利用的前景

地熱能源作為可再生資源之一，對我國社會經濟的發展有著舉足輕重的地位，合理開發利用地熱能具有極其重要的意義和廣闊的發展前景。所以未來對地熱能源的開發利用中，更多地需要我們根據現有能源結構，全面地合理地更加經濟地開發利用，取得良好的環境和社會效益。而且，相信在未來，隨著科學技術的發展和進步，地熱能開發利用的相關技術也會越來越成熟，越來越高端，所以科學家會發現更多可以利用的地熱能源。