新能源技术与应用概论讲地热能及其应用（可编辑）

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1、新能源技术与应用概论讲地热能及其应用第4讲地热能及应用GEOTHERMALENERGY4.1地热能概述4.1.1地热能基本概念1．地球内部构造及温度变化图5-1地球构造示意图地球内部的温度分布我们居住的地球实际上是一个庞大的热球据估计，全世界地热资源的总量，大约为1.45×1026J，相当于4.948×1015t标准煤燃烧时所放出的热量。如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为标准来计算，那么，石油的贮存量约为煤炭的3%，目前可利用的核燃料的贮存量约为煤炭的15%，而地热能的总贮存量则为煤炭的1.7亿倍。在地壳中，地热的分布可分为3个带，即可变

2、温度带、常温带和增温带。可变温度带由于受太阳辐射的影响，其温度有着昼夜、年份、世纪、甚至更长的周期性变化，其厚度一般为15～20m；常温带，其温度变化幅度几乎等于0，深度一般为20～30m；增温带在常温带以下，它的温度随深度增加而升高，其热量的主要来源是地球内部的热能。地温梯度地球每一层次的温度状况是迥然不同的。在地壳的常温带以下，地热温度随深度增加而不断升高，越深越热。这种沿地下等温面的法线向地球中心方向上单位距离内温度增加的数值，叫地温梯度，也叫做地热增温率，其单位通常采用℃/km。地球各层次的地热增温率差别是很大的：地表至15km深处，地热增温率

3、平均为2～3℃/km；15～25km深处，地热增温率降为平均1.5℃/km；再往下，则只有0.8℃/km。根据各种资料推断，地壳底部至地幔上部的温度大约为1100～1300℃，地核的温度大约在2000～5000℃之间。假如按照正常的地热增温率来推算，80℃的地下热水，大致是埋藏在2000～2500m左右的地下。地热正常区和地热异常区大地热流值也是衡量地热正常区和地热异常区的重要指标。大地热流值是指单位时间内通过地球表面单位面积所散失的热量，用符号HFU表示热流单位（1HFU＝4.1868×10-7J/（cm2?s））。从全球来看，地表大地平均热流值为1

4、.4～1.5热流单位（5.9～6.3μJ/（cm2?s）），地表平均地温梯度为1.5～3.0℃/km。凡接近上述平均热流值和地温梯度的地区，均称为地热正常区；凡热流值和地温梯度超过上述平均值的地区，称为地热异常区。在地热正常区，较高温度的热水和蒸汽埋藏在地壳的较深处；在地热异常区，由于地热增温率较大，较高温度的热水或蒸汽埋藏在地壳的较浅部位，有的甚至露出地表。一般把那些天然露出的地下热水和蒸汽叫做温泉，温泉是在当前技术水平下最容易利用的一种地热资源。在地热异常区，除温泉外，人们也较容易通过钻井等人工方法把地下热水或蒸汽引导到地面上来并加以利用。2．地热

5、田与热储（1）地热资源地热资源是指地壳表层以下，到地下3000～5000米的深度以内，聚集15℃以上的岩石和热流体所含总热量。地热资源有以下四种类型：水热型、干热岩型、地压型和岩浆型，而以水热型最为常见。水热型又分为蒸汽型和热水型两种。蒸汽型又可分为干蒸汽（以蒸汽为主的）和湿蒸汽（有的学者把干度小的湿蒸汽划入热水型中）两类。表1地热资源分类温度在600~1500℃不等，一些火山地区资源埋藏较浅，而多数埋藏于目前钻探技术还比较困难的地层中，因此开采难度大在熔融状或半熔融状炽热岩浆中蕴藏着的巨大能量资源岩浆型含热量甚大，曾估计1立方英里350℃的热岩体冷却

6、到150℃，可产出相当于三亿桶石油的热量。地下一定深度2~3km，含水量少或不含水，渗透性差而含有异常高热的地质体干热岩型热储中受岩层和封存水负荷而导致高温（120~180℃），高压（几百个大气压），并在高温高压下积聚了溶于水中的烃类物质，是一种综合性能源蕴藏在含油气沉积盆地深处（3000~6000m），由机械能（高压）、热能（高温）和化学能组成的地热资源地压地热型包括低于当地气压下饱和温度的热水和温度等于饱和温度的湿蒸汽，分布广、储量大热储中以水为主的对流系统的地热资源热水型以温度较高的过热蒸汽为主，杂有少量其它气体，水很少或没有，无水的干蒸汽资源罕

7、见，含水的称为湿蒸汽资源地下以蒸汽为主的对流系统的地热资源干蒸汽湿蒸汽热水型蒸汽型热水型水热型特征含义资源类型（2）地热田地热田是指在目前技术条件下可以采集的深度内，富含可经济开发和利用的地热流体的地域。它一般包括热储、盖层、热流体通道和热源四大要素，是具有共同的热源，形成统一热储结构，可用地质、物化探方法圈闭的特定范围。1）热水田这一地区富集的主要是热水，水温一般在60～120℃。这里地下热水的形成过程大致可分为两种情况。①深循环型大气降水落到地表以后，在重力作用下，沿着土壤、岩石的缝隙，向地下深处渗透，成为地下水。地下水在岩石裂隙内流动过程中，不断

8、吸收周围岩石的热量，逐渐被加热成地下热水。渗流越深，水温越高，地下水被加热后体积要膨胀，在下部