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地?zé)崮堋匦臒岬拈_(kāi)發(fā)利用
【摘要】地球的內(nèi)部非常熱，其地心溫度大約為4000℃，熱能持續(xù)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(xù)不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦(熱)�！ �何謂地?zé)?/strong>
地球的內(nèi)部非常熱，其地心溫度大約為4000℃，熱能持續(xù)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(xù)不斷的熱流失率大約為42兆兆瓦
(熱)。
到達(dá)地表的能量多數(shù)是很劣質(zhì)的熱，很少被搜集后直接使用。然而，在近百
萬(wàn)年間發(fā)生火山活動(dòng)的地區(qū)，大量?jī)?yōu)質(zhì)熱留存于熔巖或已結(jié)晶的2～10公里深的
巖石中，用現(xiàn)代技術(shù)(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(yùn)至地表，需要熱傳遞介質(zhì)。自然界是通過(guò)地下水
實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。地?zé)釒?kù)下邊熱的熔巖將地下水加熱，熱水通過(guò)巖石中相互連接的
斷層、裂縫和孔洞浮上來(lái)。斷層、裂縫和孔洞中的開(kāi)放空間只占巖石體積的2%～
5%，但當(dāng)它們充滿了熱水并且相互連接，將形成一個(gè)多孔滲透地?zé)釒?kù)。
地?zé)崴臏囟仍谝惶幣c另一處可相差極大。有的地?zé)嵩纯僧a(chǎn)生300℃以上的熱
水，有的則產(chǎn)生沸點(diǎn)以下(在海平面水的沸點(diǎn)為100℃)的水。高于150℃的高溫?zé)?br />源一般可用以發(fā)電，低溫?zé)嵩纯芍苯蛹訜崾褂�，如工業(yè)加工、區(qū)域供熱、溫室加
熱、食品干燥和水產(chǎn)養(yǎng)殖。
地?zé)岚l(fā)電
地?zé)岚l(fā)電，實(shí)際上是用蒸汽動(dòng)力發(fā)電。通過(guò)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(lái)的，所以水是處在高壓下。一眼底部直徑25
厘米的井每小時(shí)可生產(chǎn)20～80萬(wàn)公斤的地?zé)崴c蒸汽。由于水溫的不同，5～10
眼井產(chǎn)出的蒸汽可使一個(gè)發(fā)電裝置生產(chǎn)出55兆瓦的電。
這種發(fā)電裝置有兩類：汽輪機(jī)發(fā)電和二元發(fā)電裝置。為了供給一臺(tái)汽輪發(fā)
電機(jī)蒸汽，抽出的地?zé)崴?帶壓)在稱為閃蒸罐容器的表面釋放出來(lái)，一部分水
(約占35%，取決于它的溫度)閃蒸(沸騰)為蒸汽，進(jìn)入汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)一臺(tái)
發(fā)電機(jī)。渦輪的排氣用傳統(tǒng)冷卻塔冷卻。閃蒸罐內(nèi)剩余的水在沸騰階段之后又注
入熱庫(kù)邊緣的地下，它有助于維持熱庫(kù)的壓力并補(bǔ)充對(duì)流的水熱系統(tǒng)。
在二元發(fā)電裝置中，不是將熱水閃蒸為蒸汽，而是送至一臺(tái)熱交換器，用以
加熱工作介質(zhì)，后者通常是有機(jī)化合物，如異丁烷或異戊烷。工作介質(zhì)被氣化，
用氣化后的蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。在離開(kāi)渦輪后工作介質(zhì)冷凝
為液體，流回?zé)峤粨Q器再次被氣化。地?zé)崃黧w通過(guò)噴射井又回到地下，這一點(diǎn)與
汽輪發(fā)電機(jī)中的情況很相似。由于在二元地?zé)岚l(fā)電裝置中所用的工作介質(zhì)是在比
水低的溫度下蒸發(fā)的，所以它的發(fā)電效率比汽輪發(fā)電機(jī)高。
這兩類發(fā)電裝置各有其優(yōu)點(diǎn)。汽輪發(fā)電機(jī)制造和運(yùn)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(fā)電裝置制造和運(yùn)行費(fèi)用較高，
但它可用100℃或更低溫的水發(fā)電。目前世界上多數(shù)正在運(yùn)行的地?zé)岚l(fā)電裝置屬于
汽輪機(jī)型，但二元發(fā)電裝置越來(lái)越普及。
地?zé)崮艿目沙掷m(xù)性
巖漿/火山的地?zé)峄顒?dòng)的典型壽命從最低5000年到100萬(wàn)年以上。這么長(zhǎng)的壽
命使地?zé)嵩闯蔀橐环N再生能源。此外，地?zé)釒?kù)的天然補(bǔ)充率從幾兆瓦到1000兆瓦
(熱)以上。
人類第一次用地?zé)崴l(fā)電是在1904年意大利的拖斯卡納。1958年新西蘭的北
島開(kāi)始用地?zé)嵩窗l(fā)電(目前為212兆瓦)；美國(guó)加州的噴泉熱田，從1960年就開(kāi)始發(fā)
電，目前的輸出功率為1300兆瓦。顯然，地?zé)豳Y源能夠可靠、安全和可持續(xù)性地
運(yùn)行。
地?zé)嵘a(chǎn)的可持續(xù)性也可從存在于熱庫(kù)巖石(含熱量85%～95%)中的熱源判斷。
在美國(guó)加州的噴泉熱田，熱含量保守估計(jì)至少相當(dāng)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?zé)崮艿那熬?/strong>
隨著全世界對(duì)潔凈能源需求的增長(zhǎng)，將會(huì)更多地使用地?zé)�。全世界到處都�?br />地?zé)豳Y源，特別是在許多發(fā)展中國(guó)家尤其豐富，它們的使用可取代帶來(lái)污染的礦
物燃料電站。這是非常重要的，因?yàn)橐坏⿲?duì)礦物燃料電廠做出投資，在整個(gè)電廠
的壽命期間，將會(huì)發(fā)出大氣污染流，其期限是幾十年的時(shí)間。
目前在25個(gè)國(guó)家約有8000兆瓦的地?zé)岚l(fā)電即將投入使用。此外，在菲律賓、
印尼與新西蘭即將新增700兆瓦的地?zé)岚l(fā)電。到1997年末，全世界地?zé)岚l(fā)電的裝機(jī)
容量為7950兆瓦。
1994年部分國(guó)家熱能發(fā)電和使用情況
國(guó)別 發(fā)電 直接使用 FONT face=宋體 size=3>裝機(jī)容量兆瓦(電) 年產(chǎn)量
千兆瓦時(shí) 裝機(jī)容量
兆瓦(電) 年產(chǎn)量
千兆瓦時(shí) 中國(guó) 28 98 2143 5527 法國(guó) 4 24 456 2006 格魯吉亞 - - 245 2136 匈牙利 - - 638 2795 愛(ài)爾蘭 50 265 1443 5878 印尼 309 1048 - - 意大利 626 3417 308 1008 日本 299 1722 319 1928 肯尼亞 45 348 - - 墨西哥 753 5877 28 74 新西蘭 286 2193 264 1837 菲律賓 1051 5470 - - 波蘭 - - 63 206 俄羅斯 11 25 210 673 塞爾維亞 - - 80 660 斯洛伐克 - - 100 502 瑞士 - - 110 243 突尼斯 20 68 140 552 美國(guó) 2817 16491 1874 3859 其他 7 40 329 1935
最新投入使用的地?zé)崽锸窃诿绹?guó)的蓋瑟斯，將生產(chǎn)1300兆瓦的電，足以滿足
130萬(wàn)加州人的家庭用電。據(jù)估計(jì)，全世界發(fā)展中國(guó)家從火山系統(tǒng)可取得80000兆
瓦的地?zé)岚l(fā)電。印尼的地?zé)釢摿瓦_(dá)到19000兆瓦。地?zé)岚l(fā)電廠的規(guī)模大約為300
千瓦～55兆瓦(凈電功率)。
地?zé)岬闹苯討?yīng)用，全世界使用量在9000兆瓦(熱功率)以上。愛(ài)爾蘭幾乎全部
家庭和大樓都用地?zé)�。美�?guó)的幾個(gè)城市和新西蘭也在使用地?zé)徇M(jìn)行采暖。許多國(guó)
家還用地?zé)峒訜釡厥�。食品加工是另一個(gè)成熟的應(yīng)用。全世界地?zé)豳Y源直接應(yīng)用
的巨大潛力幾乎尚未開(kāi)發(fā)。
對(duì)地?zé)岬难芯亢烷_(kāi)發(fā)終將使人類能使用含在不同深度的巖石中而不單單是火
山地區(qū)中的巨大地?zé)崮�。一旦進(jìn)入這一階段，地?zé)崮軐⒐⿷?yīng)全世界所需電與熱量
的25%～50%。
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