技 术 大 纲

1) 地 热 资 源 的 类 型
2) 全 球 地 热 资 源 的 分 布 和 使 用
3) 地 热 能 的 主 要 应 用
4) 地 热 热 泵 ( 地 换 热 系 统 )

地 热 能 是 地 球 的 天 然 热 能 。 从 地 质 学 上 来 说 , 地 球 本 身 从 表 面 到 核 心 可 以 分 4 层 : 地 壳 ( 厚 度 为 5 - 40 公 里 , 温 度 由 15°C 到 500°C ) 、 地 幔 ( 厚 度 为 2885 公 里 , 温 度 由 700 到 3000°C ) 、 外 核 ( 厚 度 为 2270 公 里 , 温 度 大 约 为 5000°C ) 以 及 内 核 ( 半 径 为 1216 公 里 , 温 度 大 约 为 7000°C ) 。 地 球 内 部 熔 岩 中 放 射 性 物 质 的 衰 变 反 应 , 不 断 产 生 热 能 , 并 传 向 地 球 表 面 。

热 载 体 ( 水 或 者 蒸 汽 ) 将 地 球 深 处 较 热 区 域 的 热 能 以 喷 泉 或 者 温 泉 形 式 传 输 到 地 面 或 者 接 近 地 面 的 情 况 下 , 又 或 者 利 用 热 载 体 来 提 取 乾 热 岩 或 岩 浆 的 热 能 的 情 况 下 , 地 球 地 壳 层 中 的 热 能 便 可 以 加 以 应 用 。 不 过 , 在 香 港 没 有 这 些 形 式 的 地 热 能 资 源 。

" 地 热 热 泵 " ( 又 称 地 源 热 泵 或 地 交 换 系 统 ) 利 用 地 球 表 层 於 冬 天 作 热 源 并 於 夏 天 作 散 热 。 尽 管 与 前 述 地 热 能 的 定 义 不 完 全 相 同 , 这 类 系 统 或 许 可 以 应 用 在 香 港 某 些 地 区 。 但 是 , 地 热 热 泵 一 般 不 被 视 作 可 再 生 能 源 技 术 。

1) 地 热 资 源 的 类 型

地 热 资 源 可 以 分 为 四 类 , 即 地 热 水 地 压 乾 热 岩 岩 浆

地 热 水 资 源 的 构 成 有 3 个 基 本 组 成 部 分 , 即 热 源 、 含 水 层 和 含 水 层 上 面 起 密 封 作 用 的 不 透 水 岩 层 。 当 热 水 或 者 蒸 汽 在 深 度 属 於 浅 或 者 中 等 ( 100 米 到 4.5 公 里 ) 的 裂 隙 岩 或 者 多 孔 岩 中 形 成 的 时 候 ( 比 如 在 地 球 内 部 的 岩 浆 侵 入 的 时 候 ) , 地 热 水 资 源 就 形 成 了 。 地 热 水 资 源 可 以 通 过 钻 井 钻 至 含 水 层 直 接 提 取 热 水 或 蒸 汽 的 方 式 采 集 。 高 热 量 地 热 水 资 源 ( 温 度 由 180°C 到 350°C ) 通 常 用 於 发 电 , 而 低 热 量 地 热 水 则 用 於 加 热 。

地 压 资 源 指 的 是 在 大 型 的 3-6 公 里 深 的 含 水 层 中 , 在 高 压 力 下 的 含 饱 和 浓 度 甲 烷 的 热 盐 水 。 热 盐 水 温 度 范 围 为 90 到 200°C 。 其 中 的 地 热 能 、 水 压 能 和 化 学 能 ( 由 燃 烧 甲 烷 取 得 ) 可 以 被 提 取 出 来 。

在 特 定 的 地 质 条 件 下 , 距 离 地 面 5 公 里 以 内 的 地 层 中 的 岩 石 温 度 可 以 达 到 200 到 300°C 。 这 些 乾 热 岩 中 蕴 含 的 能 量 可 以 通 过 以 注 射 高 压 冷 水 , 使 岩 石 头 裂 开 并 从 中 提 取 热 量 。

岩 浆 指 的 是 地 下 3 到 10 公 里 或 者 更 深 处 的 熔 化 的 岩 石 。 通 常 温 度 达 到 700 到 1200°C 。 因 为 岩 浆 比 周 边 的 岩 石 要 轻 一 些 , 它 会 向 地 壳 上 升 流 动 , 并 将 热 力 带 上 来 。 岩 浆 中 含 有 的 热 能 可 以 用 流 体 循 环 流 经 岩 浆 室 顶 部 的 方 法 提 取 , 随 後 这 些 热 能 可 以 通 过 闭 环 式 朗 肯 循 环 机 来 发 电 。

2) 全 球 地 热 资 源 的 分 布 和 使 用

地 球 的 地 壳 是 由 几 块 很 大 的 板 块 所 组 成 。 地 热 区 域 通 常 位 於 地 壳 板 块 周 边 , 地 质 过 程 令 岩 浆 升 至 地 面 的 地 方 。 这 些 地 区 通 常 伴 随 著 火 山 活 动 以 及 地 震 。 由 於 香 港 并 非 处 於 这 类 地 区 , 香 港 本 地 并 没 有 地 热 能 。

地 热 能 是 除 了 生 物 质 能 和 水 力 能 以 外 第 三 大 的 可 再 生 能 源 。 根 据 Enel ( 义 大 利 最 大 的 电 力 公 司 ) 发 布 的 《 可 持 续 性 报 告 2005 (Sustainability Report 2005) 》 , 截 至 2005 年 1 月 , 世 界 上 24 个 国 家 所 安 装 的 地 热 能 发 电 能 力 一 共 为 8933 兆 瓦 〔 电 〕 , 年 产 电 量 为 56786 千 兆 瓦 时 。 地 热 能 发 电 容 量 排 名 前 十 位 国 家 为 : 美 国 2564 兆 瓦 ; 菲 律 宾 1930 兆 瓦 ; 墨 西 哥 953 兆 瓦 , 印 尼 797 兆 瓦 , 义 大 利 791 兆 瓦 , 日 本 535 兆 瓦 , 新 西 兰 435 兆 瓦 , 冰 岛 202 兆 瓦 , 哥 斯 达 黎 加 163 兆 瓦 , 萨 尔 瓦 多 151 兆 瓦 。 除 了 发 电 以 外 , 在 71 个 国 家 直 接 应 用 的 地 热 能 大 约 为 27800 兆 瓦 〔 热 〕 。

3) 地 热 能 的 主 要 应 用

地 热 能 的 主 要 应 用 包 括 直 接 应 用 和 发 电 。

直 接 应 用 地 热 能 的 系 统 通 常 包 含 3 个 主 要 组 成 部 分 : ( 1 ) 生 产 设 施 以 抽 取 水 源 地 层 的 热 水 到 地 面 ; ( 2 ) 机 械 系 统 以 运 送 能 量 到 应 用 地 点 ; 和 ( 3 ) 处 置 系 统 以 接 收 和 储 存 冷 却 了 的 废 水 。

地 热 能 的 直 接 应 用 包 括 以 下 几 个 方 面 :
- 医 疗 和 娱 乐 应 用 : 温 泉 浴 和 泉 疗
- 农 业 应 用 : 温 室 加 热 、 渔 场 、 畜 牧 业 、 农 作 物 烘 乾
- 家 庭 或 工 业 应 用 : 热 水 或 供 暖

高 温 地 热 源 可 以 用 来 发 电 。 热 水 或 蒸 汽 从 地 热 源 提 取 出 来 , 并 用 於 推 动 涡 轮 发 电 。 目 前 已 有 不 少 地 热 能 发 电 的 转 换 技 术 , 包 括 乾 蒸 气 技 术 、 闪 蒸 气 技 术 、 双 循 环 技 术 、 以 及 乾 热 岩 技 术 等 。

高温地热源可以用来发电。 以上文字说明这张图片。

4) 地 热 热 泵 ( 地 换 热 系 统 )

地 热 热 泵 ( 也 称 为 地 源 热 泵 或 地 换 热 系 统 ) 可 於 冬 天 利 用 地 下 作 为 热 源 , 而 於 夏 天 则 作 为 散 热 。

地 热 热 泵 的 组 成 包 括 一 个 埋 於 地 下 的 外 部 回 圈 以 获 取 地 下 的 热 能 或 向 地 下 散 热 , 和 一 个 开 环 式 或 闭 环 式 循 环 系 统 以 维 持 传 热 液 体 介 质 的 流 动 。

在 冬 季 的 时 候 , 土 壤 温 度 高 於 空 气 温 度 。 工 作 介 质 ( 空 气 或 者 水 ) 流 经 外 部 回 圈 时 能 吸 收 周 围 土 壤 的 热 量 令 温 度 变 得 比 周 围 空 气 高 。 在 夏 季 的 时 候 , 它 能 排 放 热 量 到 土 壤 令 温 度 变 得 比 周 围 空 气 低 。 这 类 系 统 通 过 利 用 相 对 稳 定 的 土 壤 温 度 , 在 冬 天 进 行 供 暖 或 供 应 热 水 , 而 夏 天 进 行 降 温 。

根 据 循 环 的 类 型 , 地 热 热 泵 可 以 分 为 开 环 式 和 闭 环 式 两 类 。

开 环 式 系 统 中 , 水 作 为 工 作 介 质 流 入 系 统 的 一 端 , 与 热 泵 交 换 热 量 , 最 後 排 入 一 个 收 集 池 而 不 再 循 环 使 用 。 这 类 系 统 适 宜 於 水 源 充 足 的 情 况 。

闭 环 式 系 统 中 , 工 作 介 质 在 外 部 回 圈 和 热 泵 之 间 的 闭 环 式 循 环 中 流 动 。 此 外 , 还 有 一 类 闭 环 式 系 统 叫 做 " 水 塘 闭 环 式 系 统 " 。 在 这 类 系 统 中 , 水 塘 被 用 作 热 源 或 者 散 热 器 , 而 外 部 回 圈 则 浸 在 水 中 , 而 非 埋 於 土 壤 中 。

根 据 外 部 回 圈 的 设 计 , 地 热 热 泵 还 可 以 分 为 垂 直 式 系 统 和 水 平 式 系 统 。

垂 直 式 回 圈 系 统 指 的 是 外 部 回 圈 垂 直 安 装 於 地 下 的 孔 洞 之 中 。 在 空 间 有 限 的 地 区 可 以 使 用 这 种 方 式 。

垂直式回圈系统。 以上文字说明这张图片。
〔 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/space_heating_cooling/ index.cfm/mytopic=12650

水 平 式 回 圈 系 统 指 的 是 外 部 回 圈 水 平 安 装 於 浅 槽 之 中 。

水平式回圈系统。 以上文字说明这张图片。
〔 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/space_heating_cooling/ index.cfm/mytopic=12650

 

   
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