地熱能轉換

地熱能轉換是指貯存在地球內部的熱能經過一定的技術處理後轉換成其他形式的能源。

我國淺層和水熱型地熱能供暖(製冷)技術已基本成熟。淺層地熱能套用主要使用熱泵技術，2004年後年增長率超過30%，套用範圍擴展至全國，其中80%集中在華北和東北南部，包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等地區。2015年底全國淺層地熱能供暖(製冷)面積達到3.92億平方米，全國水熱型地熱能供暖面積達到1.02億平方米。地熱能年利用量約2000萬噸標準煤。

在地熱發電方面，高溫乾蒸汽發電技術最成熟，成本最低，高溫濕蒸汽次之，中低溫地熱發電的技術成熟度和經濟性有待提高。因我國地熱資源特徵及其它熱源發電需求，近年來全流發電在我國取得快速發展，乾熱岩發電系統還處於研發階段。20世紀70年代初在廣東豐順、河北懷來、江西宜春等地建設了中低溫地熱發電站。1977年，我國在西藏羊八井建設了24兆瓦中高溫地熱發電站。2014年底，我國地熱發電總裝機容量為27.28兆瓦，排名世界第18位。

基本介紹

• 中文名：地熱能轉換
• 外文名：Geothermal energy conversion
• 基本釋義：利用地熱能轉換成其他形式的能源
• 分類：熱力學
• 領域：能源
• 學科：物理化學

地熱能簡介

地熱能是來自地球深處的可再生熱能。它起源於地球的熔融岩漿和放射性物質的衰變。地下水的深處循環和來自極深處的岩漿侵入到地殼後，把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方，熱能隨自然湧出的熱蒸汽和水而到達地面，自史前起它們就已被用於洗浴和蒸煮。通過鑽井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池、房間、溫室和發電站。

地熱能儲量比人們所利用的總量多很多倍，而且集中分布在構造板塊邊緣一帶，該區域也是火山和地震多發區。如果熱量提取的速度不超過補充的速度，那么地熱能便是可再生的。高壓的過熱水或蒸汽的用途最大，但它們主要存在於乾熱岩層中，可以通過鑽井將它們引出。

地熱能的利用自古時候起人們就已將低溫地熱資源用於浴池和空間供熱，近來還套用於溫室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱。在商業套用方面，利用乾燥的過熱蒸汽和高溫水發電已有幾十年的歷史。利用中等溫度（100℃）水通過雙流體循環發電設備發電，在過去的10年中已取得了明顯的進展，該技術已經成熟。地熱熱泵技術後來也取得了明顯進展。

義大利的皮也羅·吉諾尼·康蒂王子於1904年在拉德雷羅首次把天然的地熱蒸氣用於發電。地熱發電是利用液壓或爆破碎裂法把水注入到岩層，產生高溫蒸氣，然後將其抽出地面推動渦輪機轉動使發電機發出電能。在這過程中，將一部分沒有利用到的水蒸氣或者廢氣，經過冷凝器處理還原為水送回地下，這樣循環往復。1990年安裝的發電能力達到6000MW，直接利用地熱資源的總量相當於4.1Mt油當量。

地熱能利用

地熱能的利用可分為地熱發電和直接利用兩大類，而對於不同溫度的地熱流體可能利用的範圍如下：

200～400℃直接發電及綜合利用；

150～200℃雙循環發電，製冷，工業乾燥，工業熱加工；

100～150℃雙循環發電，供暖，製冷，工業乾燥，脫水加工，回收鹽類，罐頭食品；

50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業乾燥；

20～50℃沐浴，水產養殖，飼養牲畜，土壤加溫，脫水加工。

許多國家為了提高地熱利用率，而採用梯級開發和綜合利用的辦法，如熱電聯產聯供，熱電冷三聯產，先供暖後養殖等。

地熱熱泵系統

地熱熱泵系統，又稱為地源熱泵(Ground Source heat pump)，是以地源能(土壤、地下水、地表水、低溫地熱水和尾水)作為熱泵夏季製冷的冷卻源、冬季採暖供熱的低溫熱源，同時是實現採暖、製冷和生活用熱水的一種系統。地源熱泵的工作原理比較簡單。夏季運行時，熱泵機組的蒸發器吸收建築物內的熱量，到達製冷空調，同時冷凝器通過與地下水的熱交換，將熱量排到地下；冬季運行時，熱泵機組的蒸發器吸收地下水的熱量作為熱源，通過熱泵循環，由冷凝器提供熱水向建築室內供暖。

地熱熱泵製冷、供暖示意圖

它用來替代傳統的用制冷機和鍋爐進行空調、採暖和供熱的模式，是改善城市大氣環境和節約能源的一種有效途徑，也是國內地源能利用的一個新發展方向。

地熱發電

地熱發電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術。其基本原理與火力發電類似，也是根據能量轉換原理，首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。地熱發電實際上就是把地下的熱能轉變為機械能，然後再將機械能轉變為電能的能量轉變過程或稱為地熱發電。

地熱發電

地熱能規劃

2017年1月23日，國家發展改革委、國家能源局和國土資源部印發了《地熱能開發利用“十三五”規劃》（發改能源〔2017〕158號）。其中，重點任務和重大項目布局均涉及了地熱能轉換。

重點任務

1.積極推進水熱型地熱供暖：按照“集中式與分散式相結合”的方式推進水熱型地熱供暖，在“取熱不取水”的指導原則下，進行傳統供暖區域的清潔能源供暖替代，特別是在經濟較發達、環境約束較高的京津冀魯豫和生態環境脆弱的青藏高原及毗鄰區，將水熱型地熱能供暖納入城鎮基礎設施建設中，集中規劃，統一開發。

2.大力推廣淺層地熱能利用：在“十三五”時期，要按照“因地制宜，集約開發，加強監管，注重環保”的方式開發利用淺層地熱能。通過技術進步、規範管理解決淺層地熱能開發中出現的問題，並加強我國南方供暖製冷需求強烈地區的淺層地熱能開發利用。在重視傳統城市區域淺層地熱能利用的同時，要重視新型城鎮地區市場對淺層地熱能供暖(製冷)的需求。

3.地熱發電工程：在西藏、川西等高溫地熱資源區建設高溫地熱發電工程;在華北、江蘇、福建、廣東等地區建設若干中低溫地熱發電工程。建立、完善扶持地熱發電的機制，建立地熱發電併網、調峰、上網電價等方面的政策體系。

重大項目布局

1.水熱型地熱供暖：根據資源情況和市場需求，選擇京津冀、山西(太原市)、陝西(鹹陽市)、山東(東營市)、山東(菏澤市)、黑龍江(大慶市)、河南(濮陽市)建設水熱型地熱供暖重大項目。採用“采灌均衡、間接換熱”或“井下換熱”的工藝技術，實現地熱資源的可持續開發。

2.淺層地熱能利用：沿長江經濟帶地區，針對城鎮居民對供暖的迫切需求，加快推廣以熱泵技術套用為主的地熱能利用，減少大規模燃煤集中供暖，減輕天然氣供暖造成的保供和價格的雙重壓力。以重慶、上海、蘇南地區城市群、武漢及周邊城市群、貴陽市、銀川市、梧州市、佛山市三水區為重點，整體推進淺層地熱能供暖(製冷)項目建設。

3.中高溫地熱發電：西藏地區位於全球地熱富集區，地熱資源豐富且品質較好。有各類地熱顯示區(點)600餘處，居全國之首。西藏高溫地熱能居全國之首，發電潛力約3000MW，尤其是班公錯—怒江活動構造帶以南地區，為西藏中高溫地熱資源富集區，區內人口集中，經濟發達，對能源的需求量巨大，是開展中高溫地熱發電規模開發的有利地區。

根據西藏地熱資源勘探成果和資源潛力評價結果，以當地電力需求為前提，優選當雄縣、那曲縣、措美縣、噶爾縣、普蘭縣、謝通門縣、錯那縣、薩迦縣、崗巴縣9個縣境內的羊八井、羊易、寧中、谷露、古堆、朗久、曲譜、查布、曲卓木、卡烏和苦瑪11處高溫地熱田作為“十三五”地熱發電目標區域，11處高溫地熱田發電潛力合計830MW，“十三五”有序啟動400MW裝機容量規劃或建設工作。

4.中低溫地熱發電：在東部地區開展中低溫地熱發電項目建設。重點在河北、天津、江蘇、福建、廣東、江西等地開展，通過政府引導，逐步培育市場與企業，積極發展中低溫地熱發電。

5.乾熱岩發電：開展萬米以淺地熱資源勘查開發工作，積極開展乾熱岩發電試驗，在藏南、川西、滇西、福建、華北平原、長白山等資源豐富地區選點，通過建立2-3個乾熱岩勘查開發示範基地，形成技術序列、孵化相關企業、積累建設經驗，在條件成熟後進行推廣。

相關專利

發明專利涉及一種深層地熱利用的水--汽轉換系統,是一套置入深層地下高溫岩洞裡，以淡水為介質吸取地熱而轉換成可利用的蒸汽能源的生產系統。該系統由自流輸水部分、水--汽轉換部分和輸汽部分組成，具備水--汽轉換過程所必須的配套技術。該系統利用地熱的方法是：輸入水質流經系統內腔而產生蒸汽。該發明的特徵是：以完善的水--汽轉換過程所須的技術組合而成的本系統，有自流的輸水方式，有用導熱性高的材料製成並置入深層高溫岩洞裡的水--汽轉換器，有靠汽體自身壓力輸送的方式，可提供無耗能，無污染，穩定永續的地熱能源。