技 術 大 綱

1) 地 熱 資 源 的 類 型
2) 全 球 地 熱 資 源 的 分 佈 和 使 用
3) 地 熱 能 的 主 要 應 用
4) 地 熱 熱 泵 ( 地 換 熱 系 統 )

地 熱 能 是 地 球 的 天 然 熱 能 。 從 地 質 學 上 來 說 , 地 球 本 身 從 表 面 到 核 心 可 以 分 4 層 : 地 殼 ( 厚 度 為 5 - 40 公 里 , 溫 度 由 15°C 到 500°C ) 、 地 幔 ( 厚 度 為 2885 公 里 , 溫 度 由 700 到 3000°C ) 、 外 核 ( 厚 度 為 2270 公 里 , 溫 度 大 約 為 5000°C ) 以 及 內 核 ( 半 徑 為 1216 公 里 , 溫 度 大 約 為 7000°C ) 。 地 球 內 部 熔 岩 中 放 射 性 物 質 的 衰 變 反 應 , 不 斷 產 生 熱 能 , 並 傳 向 地 球 表 面 。

熱 載 體 ( 水 或 者 蒸 汽 ) 將 地 球 深 處 較 熱 區 域 的 熱 能 以 噴 泉 或 者 溫 泉 形 式 傳 輸 到 地 面 或 者 接 近 地 面 的 情 況 下 , 又 或 者 利 用 熱 載 體 來 提 取 乾 熱 岩 或 岩 漿 的 熱 能 的 情 況 下 , 地 球 地 殼 層 中 的 熱 能 便 可 以 加 以 應 用 。 不 過 , 在 香 港 沒 有 這 些 形 式 的 地 熱 能 資 源 。

" 地 熱 熱 泵 " ( 又 稱 地 源 熱 泵 或 地 交 換 系 統 ) 利 用 地 球 表 層 於 冬 天 作 熱 源 並 於 夏 天 作 散 熱 。 儘 管 與 前 述 地 熱 能 的 定 義 不 完 全 相 同 , 這 類 系 統 或 許 可 以 應 用 在 香 港 某 些 地 區 。 但是,地熱熱泵一般不被視作可再生能源技術。

1) 地 熱 資 源 的 類 型

地 熱 資 源 可 以 分 為 四 類 , 即 地 熱 水 地 壓 乾 熱 岩 岩 漿

地 熱 水 資 源 的 構 成 有 3 個 基 本 組 成 部 分 , 即 熱 源 、 含 水 層 和 含 水 層 上 面 起 密 封 作 用 的 不 透 水 岩 層 。 當 熱 水 或 者 蒸 汽 在 深 度 屬 於 淺 或 者 中 等 ( 100 米 到 4.5 公 里 ) 的 裂 隙 岩 或 者 多 孔 岩 中 形 成 的 時 候 ( 比 如 在 地 球 內 部 的 岩 漿 侵 入 的 時 候 ) , 地 熱 水 資 源 就 形 成 了 。 地 熱 水 資 源 可 以 通 過 鑽 井 鑽 至 含 水 層 直 接 提 取 熱 水 或 蒸 汽 的 方 式 採 集 。 高 熱 量 地 熱 水 資 源 ( 溫 度 由 180°C 到 350°C ) 通 常 用 於 發 電 , 而 低 熱 量 地 熱 水 則 用 於 加 熱 。

地 壓 資 源 指 的 是 在 大 型 的 3-6 公 里 深 的 含 水 層 中 , 在 高 壓 力 下 的 含 飽 和 濃 度 甲 烷 的 熱 鹽 水 。 熱 鹽 水 溫 度 範 圍 為 90 到 200°C 。 其 中 的 地 熱 能 、 水 壓 能 和 化 學 能 ( 由 燃 燒 甲 烷 取 得 ) 可 以 被 提 取 出 來 。

在 特 定 的 地 質 條 件 下 , 距 離 地 面 5 公 里 以 內 的 地 層 中 的 岩 石 溫 度 可 以 達 到 200 到 300°C 。 這 些 乾 熱 岩 中 蘊 含 的 能 量 可 以 通 過 以 注 射 高 壓 冷 水 , 使 岩 石 頭 裂 開 並 從 中 提 取 熱 量 。

岩 漿 指 的 是 地 下 3 到 10 公 里 或 者 更 深 處 的 熔 化 的 岩 石 。 通 常 溫 度 達 到 700 到 1200°C 。 因 為 岩 漿 比 周 邊 的 岩 石 要 輕 一 些 , 它 會 向 地 殼 上 升 流 動 , 並 將 熱 力 帶 上 來 。 岩 漿 中 含 有 的 熱 能 可 以 用 流 體 循 環 流 經 岩 漿 室 頂 部 的 方 法 提 取 , 隨 後 這 些 熱 能 可 以 通 過 閉 環 式 朗 肯 循 環 機 來 發 電 。

2) 全 球 地 熱 資 源 的 分 佈 和 使 用

地 球 的 地 殼 是 由 幾 塊 很 大 的 板 塊 所 組 成 。 地 熱 區 域 通 常 位 於 地 殼 板 塊 周 邊 , 地 質 過 程 令 岩 漿 升 至 地 面 的 地 方 。 這 些 地 區 通 常 伴 隨 著 火 山 活 動 以 及 地 震 。 由 於 香 港 並 非 處 於 這 類 地 區 , 香 港 本 地 並 沒 有 地 熱 能 。

地 熱 能 是 除 了 生 物 質 能 和 水 力 能 以 外 第 三 大 的 可 再 生 能 源 。 根 據 Enel ( 義 大 利 最 大 的 電 力 公 司 ) 發 佈 的 《 可 持 續 性 報 告 2005 (Sustainability Report 2005) 》 , 截 至 2005 年 1 月 , 世 界 上 24 個 國 家 所 安 裝 的 地 熱 能 發 電 能 力 一 共 為 8933 兆 瓦 ﹝ 電 ﹞ , 年 產 電 量 為 56786 千 兆 瓦 時 。 地 熱 能 發 電 容 量 排 名 前 十 位 國 家 為 : 美 國 2564 兆 瓦 ; 菲 律 賓 1930 兆 瓦 ; 墨 西 哥 953 兆 瓦 , 印 尼 797 兆 瓦 , 義 大 利 791 兆 瓦 , 日 本 535 兆 瓦 , 新 西 蘭 435 兆 瓦 , 冰 島 202 兆 瓦 , 哥 斯 達 黎 加 163 兆 瓦 , 薩 爾 瓦 多 151 兆 瓦 。 除 了 發 電 以 外 , 在 71 個 國 家 直 接 應 用 的 地 熱 能 大 約 為 27800 兆 瓦 ﹝ 熱 ﹞ 。

3) 地 熱 能 的 主 要 應 用

地 熱 能 的 主 要 應 用 包 括 直 接 應 用 和 發 電 。

直 接 應 用 地 熱 能 的 系 統 通 常 包 含 3 個 主 要 組 成 部 分 : ( 1 ) 生 產 設 施 以 抽 取 水 源 地 層 的 熱 水 到 地 面 ; ( 2 ) 機 械 系 統 以 運 送 能 量 到 應 用 地 點 ; 和 ( 3 ) 處 置 系 統 以 接 收 和 儲 存 冷 卻 了 的 廢 水 。

地 熱 能 的 直 接 應 用 包 括 以 下 幾 個 方 面 :
- 醫 療 和 娛 樂 應 用 : 溫 泉 浴 和 泉 療
- 農 業 應 用 : 溫 室 加 熱 、 漁 場 、 畜 牧 業 、 農 作 物 烘 乾
- 家 庭 或 工 業 應 用 : 熱 水 或 供 暖

高 溫 地 熱 源 可 以 用 來 發 電 。 熱 水 或 蒸 汽 從 地 熱 源 提 取 出 來 , 並 用 於 推 動 渦 輪 發 電 。 目 前 已 有 不 少 地 熱 能 發 電 的 轉 換 技 術 , 包 括 乾 蒸 氣 技 術 、 閃 蒸 氣 技 術 、 雙 循 環 技 術 、 以 及 乾 熱 岩 技 術 等 。

高溫地熱源可以用來發電。 以上文字說明這張圖片。

4) 地 熱 熱 泵 ( 地 換 熱 系 統 )

地 熱 熱 泵 ( 也 稱 為 地 源 熱 泵 或 地 換 熱 系 統 ) 可 於 冬 天 利 用 地 下 作 為 熱 源 , 而 於 夏 天 則 作 為 散 熱 。

地 熱 熱 泵 的 組 成 包 括 一 個 埋 於 地 下 的 外 部 迴 圈 以 獲 取 地 下 的 熱 能 或 向 地 下 散 熱 , 和 一 個 開 環 式 或 閉 環 式 循 環 系 統 以 維 持 傳 熱 液 體 介 質 的 流 動 。

在 冬 季 的 時 候 , 土 壤 溫 度 高 於 空 氣 溫 度 。 工 作 介 質 ( 空 氣 或 者 水 ) 流 經 外 部 迴 圈 時 能 吸 收 周 圍 土 壤 的 熱 量 令 溫 度 變 得 比 周 圍 空 氣 高 。 在 夏 季 的 時 候 , 它 能 排 放 熱 量 到 土 壤 令 溫 度 變 得 比 周 圍 空 氣 低 。 這 類 系 統 通 過 利 用 相 對 穩 定 的 土 壤 溫 度 , 在 冬 天 進 行 供 暖 或 供 應 熱 水 , 而 夏 天 進 行 降 溫 。

根 據 循 環 的 類 型 , 地 熱 熱 泵 可 以 分 為 開 環 式 和 閉 環 式 兩 類 。

開 環 式 系 統 中 , 水 作 為 工 作 介 質 流 入 系 統 的 一 端 , 與 熱 泵 交 換 熱 量 , 最 後 排 入 一 個 收 集 池 而 不 再 循 環 使 用 。 這 類 系 統 適 宜 於 水 源 充 足 的 情 況 。

閉 環 式 系 統 中 , 工 作 介 質 在 外 部 迴 圈 和 熱 泵 之 間 的 閉 環 式 循 環 中 流 動 。 此 外 , 還 有 一 類 閉 環 式 系 統 叫 做 " 水 塘 閉 環 式 系 統 " 。 在 這 類 系 統 中 , 水 塘 被 用 作 熱 源 或 者 散 熱 器 , 而 外 部 迴 圈 則 浸 在 水 中 , 而 非 埋 於 土 壤 中 。

根 據 外 部 迴 圈 的 設 計 , 地 熱 熱 泵 還 可 以 分 為 垂 直 式 系 統 和 水 平 式 系 統 。

垂 直 式 迴 圈 系 統 指 的 是 外 部 迴 圈 垂 直 安 裝 於 地 下 的 孔 洞 之 中 。 在 空 間 有 限 的 地 區 可 以 使 用 這 種 方 式 。

垂直式迴圈系統。 以上文字說明這張圖片。
﹝ 上 圖 來 源 : 此網頁的超連結有可能引向由第三方發行或營運的網站。http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/space_heating_cooling/ index.cfm/mytopic=12650

水 平 式 迴 圈 系 統 指 的 是 外 部 迴 圈 水 平 安 裝 於 淺 槽 之 中 。

水平式迴圈系統。 以上文字說明這張圖片。
﹝ 上 圖 來 源 : 此網頁的超連結有可能引向由第三方發行或營運的網站。http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/space_heating_cooling/ index.cfm/mytopic=12650

 

   
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