地热能利用的现状和发展摘要:本文分析了世界地热资源储藏和开发利用的现状,并以冰岛、美国、日本、墨西哥以及中国的地热开发利用状况和各国研究者在该领域的研究成果为分析的重点,从经济和技术两方面对比分析,基于此发现地热开发利用发展中潜力大,应用前景广阔,地热资源开发利用发展较快等方面的优势以及存在开发不当容易造成破坏和污染环境;开发利用水平低;对常规能源和经济形势等因素十分敏感等方面的不足,最后指出我国地热开发利用将以循环经济可持续发展为指导,实施梯级利用,扩大在建筑、旅游、农副产品等方面发展的趋势等相应的对策。
前言:能源和环境是当今人类面临的两大问题。
原国家发改委能源局局长张国宝在国际可再生能源大会上说:“使用可再生能源是解决人类现阶段遇到的能源资源和环境问题的最根本方法。
”世界地热发展趋势,主要体现在以下方面:从高温地热发电转向中低温地热非电直接利用;从地热资源丰富国家向地热资源相对贫乏、甚至“无”地热资源国家延伸;从浅层地热能的开发利用向深部地热进军;热泵技术的采用使地热能的开发利用跨上新台阶;温泉洗浴日益受到人们青睐并具有广阔的市场前景。
中国地热能开发利用面临前所未有的机遇与挑战—节能环保、二氧化碳减排、绿色能源,但是也存在一些问题:包括如何继续保持我国地热直接利用世界领先地位;采用热泵技术,科学开发浅层地热资源;向南方特别是长三角、珠三角地区扩展,解决热泵空调问题;向深部进军—开展我国“增强地热系统”开发利用的前期调研和准备工作。
国内外研究现状:地热资源的概念地热是指地球内部所储存、产生的热量。
能够经济的为人类所利用的地球内部热量,称地热资源。
地热能是可再生资源。
地热资源的现代涵义包括:地热过程的全部产物,指天然蒸汽、热水和热卤水等;由人工引入(回灌)热储的水、气或其他流体所产生的二次蒸汽、热水和热卤水等;由上述产物带出的矿物质副产品。
目前,可利用的地热资源有:天然出露的温泉地热资源;通过热泵技术可开采利用的浅层地热资源;通过人工钻井直接开采利用地热水(气)资源和干热岩体中的地热资源。
近几年地热的开发利用现状及各国的研究成果随着传统的能源对环境的影响越来越大,可再生能源的出现为缓和和解决国际范围内的能源危机指明了方向。
地热能源作为一种可再生能源为世界经济的发展带来了巨大的效益。
具有很多有益的开发特性,地热属于综合性清洁矿产资源,功能多,用途广,可供发电、采暖等利用,还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源,还是医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水的水源。
国内外的开发利用实践表明,其社会、经济和环境效益均很显著,在经济发展中起着越来越重要的作用。
(一)地热开发的主要领域地热能的开发利用包括发电和非发电利用两个方面。
世界各国利用地热能的经验表明:高温地热资源(150℃以上)主要用于发电,发电后排出的热水可进行逐级多用途利用:中温(150℃以下90℃以上)和低温(90℃以下)的地热资源则以直接利用为主,多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及人民的日常生活等方面。
1. 地热直接利用目前,世界上已有70 多个国家对地热水直接利用,年利用总量达72622GW,年增长率为12.9%。
我国目前地热直接利用能量居世界首位,年利用达12604.6MW,对中低温地热直接利用的开发量达到3056GW,其设备容量达到107.79GW,随着我国社会经济的增长,对地热资源的开发仍将以10%—12%的速度增长。
到2005 年,全世界已有24个国家利用地热发电,地热发电总装机容量8900MW,所生产的电力达56800GWh。
有72 个国家直接利用地热,设备容量27828MW。
如冰岛全国87%供暖全部靠地热,每年可节约资金113 亿美元。
2.地热发电截至2005 年,世界上已有24 个国家建立了地热电站,总装机容量8900MW,目前的运行容量为8000MW。
据2005 年世界地热大会对各国地热发电总量的统计:美国2544MW,居世界首位,菲律宾1931MW 居世界第2 位,其次是墨西哥、印度尼西亚、意大利、日本、新西兰,我国排名第15 位。
(二)世界主要国家地热资源利用情况1. 冰岛冰岛是目前地热开发利用程度最高、经验最丰富的国家。
全国分布有高温蒸汽田26 个,低温地热田约250 个,天然温泉800 余处。
冰岛地壳厚度0—10km 范围内的地热资源总量为3 亿TWh(1TWh 相当于1 亿度电);地壳厚度0—3km 范围内的总量为3000 万TWh;技术上可利用的为100万TWh。
若将全部地热能用来发电, 每年可发电800 多亿度。
冰岛地热资源的勘查与开发由国家统一管理,不允许私有公司参予其中。
冰岛87%的家庭使用地热取暖全国每年由此节约燃料开支上亿美元。
地热发电占国家总发电量的19%以上。
地热发电站装机容量总计200MWe,排名世界第八位。
2005 年地热发电总量是1658GWh,占国家总发电量的19.1%。
全冰岛约有160 个游泳池,其中有130 个利用地热能加热。
大多数是全年开放的露天游泳池,主要用于娱乐和游泳训练,依赖独特的地貌和众多温泉疗养区,每年吸引着逾百万外国游客。
冰岛直接利用地热资源进行生产海藻、烘干鱼产品、宠物食品的烘干等行业。
另外全国融雪系统的总面积约74 万㎡,首都的约55 万㎡。
2. 美国美国是世界地热发电装机容量最大的国家,同时也是利用热泵技术供暖和制冷最好的国家。
美国一直积极应用地热发电,地热装机容量从1990 年的2774MW、1995 年的2816MW,降到2000 年的2228MW。
2000 年地热装机容量占全国总装机容量的0.25%,地热发电量大约占全国能源供应量的0.4%。
在加利福尼亚,1994 年以来就没有修建地热发电站的计划,到2002年计划增加98MW 地热发电站。
美国地热直接利用领域主要集中在水产品养殖、洗浴和游泳、供暖和温室。
由于热泵技术的成熟,使得热泵在全国得到推广。
现在从普通房屋和公寓至居住面积为278 平方米的住房,每月支付供暖和制冷费15—40 美元,这是一般家庭都能付得起的。
3.日本日本地热资源丰富,因处于太平洋火山带,拥有火山245 处,活火山65 处,温泉2200 处,热水井22000 处。
日本十分重视地热资源开发,广泛用于农业栽培、农产品加工、动物饲养、农业灌溉等。
日本国家对一些地区投资进行勘探,以减少地热开发的风险。
1995 年在11 个地热田中安装了总容量为312. 3MW 的12 个发电机组,该装机容量相当于1999 年全国总装机容量的0.23%,发电量的0.36%。
政府1995—1999 年投资4.671 亿美元,比1990—1994 年的6.32 亿美元和1985—1990 年的7.273 亿美元有所减少。
日本位于环太平洋火山活动带上,有着丰富的地热资源,他们依据这些优势建起温泉保健所700 多家, 温泉旅馆一万多个,并利用地热显示和火山地貌等独特景观开展旅游。
日本十分重视地热资源开发,广泛用于农业栽培、农产品加工、动物饲养、农业灌溉等。
4.墨西哥墨西哥目前是全世界第三大地热发电的国家,仅次于美国和菲律宾。
在3 个地热田安装了755MW 的装机容量,占全国总装机容量的 2.11%,总发电量的3.16%。
普列托峰(Cerro Prteto)是世界第二大热气田,2003 年装机容量达720MW,有9 个发电机组,平均工作效率为92.4%,计划在2000 年增加第4 个20MW 机组。
Los Azufres 地区的装机容量达93MW,有8 个5MW 发电机组,一个50MW 发电机组,地热温度265—360℃,井深835—2095m。
Los Humeros的装机容量达42MW,1990 和1993 年投产了7 个5MW 发电机组,计划2002 年增加50MW 装机容量。
到2005 年增加325MW 地热发电装机容量,提高地热发电在全国的比例,最大约为4%。
(三)中国地热的开发利用概况我国是一个地热资源较丰富的国家,特别是中低温地热资源(热储温度(25—150℃)几乎遍及全国。
全球地热能“资源基数”为140×106EJPa,我国为11×106EJPa,占全球7.9%。
近年来地热直接利用均以每年速率增长,目前以直接利用设备装机容量的产量居世界之首。
但地热发电几年来增容较少。
我国地热资源主要分布于构造活动带和大型沉积盆地中,主要类型为沉积盆地型和隆起山地型。
沉积盆地传导型中低温地热资源,主要分布于华北平原、汾渭盆地、松辽平原、淮河盆地、苏北盆地、江汉盆地、四川盆地、银川平原、河套平原、准噶尔盆地等地区,以及分布于东南沿海地区和胶东、辽东半岛的中低温地热资源。
据初步估算,全国仅2000m 以浅的主要沉积盆地储存的地热能量就达73161×1020J,相当标准煤2500 亿t,地热水可开采资源量为每年68 亿,所含热能量为963×1015J,折合每年3284 万t 标准煤的发热量。
中国已发现地热异常3200 处,已打地热井2000 多眼,评价的地热田有50 多处。
中国的地热主要应用于取暖(面积近800 万㎡)、水产养殖(面积近300 万㎡)、浴疗(1600多处)、农业和医药等。
据有关部门统计,近年我国年开采地热水量超过3.45×,年利用总热量1776.31MW,折合191.2万t 标准煤燃烧的热量。
由于受地热资源分布和开发利用条件的限制,我国地热发电在世界22 个地热发电国家中排列第14 位,地热装机总量为32.08MW,其中88%集中在西藏,拉萨电网中地热发电占60%。
20 世纪70 年代主要利用中低温地热资源,先后在广东邓屋、湖南灰汤、江西宜春、广西象州、山东招远、辽宁熊岳、河北怀来等地建地热发电试验电站。
由于温度偏低多数已停用。
此外,我国地热资源分布与经济区和城市规划区相匹配。
以环渤海经济区为例,该区的北京、天津、河北和山东等省市地热储层多、储量大、分布广,是我国最大的地热资源开发区。
同时地热综合利用价值高。
我国地热资源以水热型为主,可直接进行开发利用,适合于发电、供热、供热水、洗浴、医疗、温室、干燥、养殖等。
我国中低温地热资源应用广泛,主要是取暖、洗浴疗养、种养殖及烘干等直接利用地热资源。
中国温泉资源十分丰富,且类型齐全,分布广泛,作为旅游景区的开发前景可观。
云南省计有温泉931 处,居全国首位,其次为西藏自治区306 处,四川省305 处,广东省282 处,福建省172 处,湖南省130 处,台湾省105 处。
我国有温泉疗养院上千家,华北有著名的北京昌平小汤山、太行山城南庄、阜平热泉、燕山马兰峪等。
近年来地热浴疗发展很快,仅河北平山温塘一地就建有温塘地热浴疗场所近40家。