地热能的研究综述

齐晶晶，席 静，王 静，梁 斌

(兰州石化职业技术学院 应用化学工程学院，甘肃 兰州 730000)

随着人类社会的进步，能源的短缺问题以及造成的环境污染问题已经成为了当今世界面临的巨大难题之一，所以世界各国都致力于开发研究新的清洁型能源来减轻传统能源的压力。其中地热能源因其储量丰富，开发清洁的显著特征，受到越来的越多的国家重视，所以如何合理地开发和利用地热能源具有极其深远的战略意义。本文将主要介绍地热能源的特点及其利用技术的进展。

1 地热能源的概述

1.1 什么是地热能源

所谓地热能，就是地下热能，即以热量形式存在于地下的能源，它是来自与地球内部的能量，详细说来源于地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量，可以分为浅层地热能和深层地热能。地热能可以引致火山爆发，甚至可以引发地震，可见其蕴含的能量是十分巨大的。地热能是可再生能源，不会排放污染大气的气体，对环境十分友好。在我国，把高于150 ℃的地热能源称之为高温地热，可以用于发电；把低于150℃的地热能源称之为低温地热，这一部分地热能源可以用于居民供暖、工农业生产加温、水产养殖、洗浴(分为旅游和医疗)等[1]。

1.2 地热能源的特点

新能源中的太阳能和风能虽然也属于清洁型可持续利用的能源，但是利用的过程中，是及其不稳定性，而地热能是相对比较持续、稳定、可靠的可再生能源，所以科学家一直致力于研究开发利用地热能以减轻传统的化石能源的消耗压力。

1.3 地热能源的分布

全球地热能源集中分布在火山和地震多发区，也就是构造板块边缘一带，所以在全球很多地区分布很广，应用也很广泛。而且地热能源是可再生的能源，前提是地热能源的提取速度要低于能源的再生速度。我国的地热能源储量相对比较丰富，总储存量大约占全球地热能源储量的7.9%，其中可以开采利用地热能源储量的能量相当于4626.5亿t标准燃煤[2]。

1.4 地热能源的分类

按照储存形式，可以把地热资源分成4类：第一类是储存在地下100～4500 m，也就是地球浅处的，可以肉眼直接看见的热水或者水蒸气，这一类称之为热水型；第二类是储存在地下3～6 km，也就是处在某些大型沉积盆地深处的高温、高压流体，这一类称之为地压地热能，这类地热能源通常会含有大量的甲烷气体。第三类是干热岩体形式存在的能源，称之为干热岩地热能，这类地热能源是由于特殊地质构造条件造成的，虽然温度很高，但是水分很少，甚至无水。第四类是储存在在高温熔融岩浆体中的大量热能，被称之为岩浆热能[3]。

在我国按照地热水的温度将地热能分为三类，温度高于150 ℃称之为高温型，此类地热能源主要用于地热发电；温度低于90 ℃称之为低温型，温度介于90～150 ℃称之为中温型，低温型和中温型地热能源主要用于地热直接利用。

2 地热能源的利用

根据地热能源流体的温度不同，可以利用的方式也不同。可以直接发电利用的是在200～400 ℃范围内；可以用在制冷、工业干燥、工业热加工的是在150～200 ℃范围内；可以用在供暖、脱水加工、回收盐类、罐头食品的是在100～150 ℃范围内；可以用在温室、家庭用热水的是在50～100 ℃范围内；可以用在沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温的范围是20～50 ℃。而在我国，现阶段地热能的利用主要集中在地热发电，地热采暖，以及种植和养殖业[4]。

2.1 地热能源发电

根据地热能源流体的温度、压力及其水、汽品质的不同，将地热发电的方式分成以下直接蒸汽法和热水型两大类。其中直接蒸汽法型地热发电是把地热井中的高温蒸汽取出，经过净化分离去除杂质(主要是井下的岩屑和水滴)，然后将清洁后的蒸汽引入汽轮机，推动汽轮机作功，使发电机组发电。这种类型的发电方式所采用的发电设备与通常的火力发电设备无二[5]。

2.2 地热供暖

仅次于地热发电的地热利用方式就是地热供暖，即将地热能直接用于采暖、供热和供热水。在我国北方地区此种方式深受人们的欢迎，因为此种利用方式简单直接，而且可以节约煤炭资源，减轻环境污染，同时地热水温比较稳定，故而供暖质量高。

2.3 地热农业利用

地热在农业中的应用范围十分广阔，利用地热能可以为农业温室供暖，与此同时，地热水中富含的矿物质元素还可以为生物提供所需的养分。地热能源可以用于种植经济型的瓜果类、菜类、食用菌、花卉等。

2.4 地热工业利用

地热能在工业领域应用范围也十分广泛，可以将地热能源用于工艺过程。在我国，干燥、纺织、造纸、制革等行业中都会利用到地热能源应用。其中，地热脱水干燥蔬菜及其他速食食品都属于直接利用地热的地热干燥产品范畴内。

2.5 地热医疗

地热能源在医疗领域的应用有诱人的前景。因为地热水重含有多种对人体有益的矿物成分和化学元素，被视为一种宝贵的资源。而且地热水直接从地下提取到地面，属于集热、矿、水三位一体的温泉水源，是具有清洁、医疗和保健作用的资源，所以在一定程度上具有一定的医疗效果[6]。

3 开发利用地热能源的意义

地热资源无论是在新能源的探索上还是环境的保护上都是极具发展前途的一种资源。就目前新能源发展的趋势来看，地热能是目前技术所能达到的唯一可以代替传统化石能源能源发电的稳定能源，是将来世界上最有价值的能源之一，所以地热能的发展将会给人类以新的生机[7]。

4 地热能源开发利用过程中存在的问题

在地热能源的开发利用过程中，首先要考虑到的就是可持续发展问题，由于目前大多数人对地热资源的综合利用价值以及系统化产业化开发利用的意义认识不足，所以地热能源的开发效率低下，利用率不足，资源浪费现象比较严重。而另一方面就是环境保护问题，在地热能的开发利用过程中，要考虑到水体、空气、土壤污染，以及热污染，甚至开发过程中引发的地面沉降问题等等。所以对待这些问题，都需要有合理、合法的管理及运营体制，保障地热资源合理有效地利用[8]。

5 地热能源开发利用的前景

地热能源作为可再生资源之一，对我国社会经济的发展有着举足轻重的地位，合理开发利用地热能具有极其重要的意义和广阔的发展前景。所以未来对地热能源的开发利用中，更多地需要我们根据现有能源结构，全面地合理地更加经济地开发利用，取得良好的环境和社会效益。而且，相信在未来，随着科学技术的发展和进步，地热能开发利用的相关技术也会越来越成熟，越来越高端，所以科学家会发现更多可以利用的地热能源。