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本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
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开采地表以下热资源(主要为天然蒸气、热水和热卤水等)的钻探井称为地热井。所谓地热,就是能够经济地为人类所利用的地球内部的热资源。矿井向深部掘进时,总是越来越热。钻孔越深,底部的温度也越高。陆地上的平均地热梯度约25℃/千米。大地热流现象主要受地壳和上地幔中50~100千米范围内热活动的控制。根据地震资料可知,整个地幔是个固体,因此,在地幔范围内的温度上限低于物质的熔点,但在地下700千米深处接近熔点,外核物质处于流体状态,它的温度高于物质的熔点。内核的温度,一般超过地幔温度400~500℃。地心的温度不低于2000℃,但也不超过10000℃。关于地球内部温度推算的结果是:100千米上婶牛付地幔顶部局部熔融处1100~1200℃;400千米处1500℃;700千米上、下地幔界面处1900℃;2900千米地幔与地核分界面3700℃;5100千米内、外地核分界面4300℃;6371千米地心4500℃。[1]
1、一般人首先会想到温泉洗浴,地热远不止这些简单的用途。地热分高温、中温和低温三类。高于150℃,以蒸汽形式存在的,属高温地热;90℃~150℃,以水和蒸汽的混合物等形式存在的,属中温地热;高于 25℃、低于90℃,以温水、温热水、热水等形式存在的,属低温地热。
5、地热应进行“梯级”利用,这样可对地热资源“物尽其用”,第一步用于供暖;第二步送入温泉垂钓中心,提供地板供暖;第三步就是水产养殖,之后引到温泉种植采摘基地,作特菜和花卉以及各种时鲜果品种植灌溉之用;最后排入温泉公园的湖里,使其冬天不结冰,绿水常清。
(1)多功能井口装置。地热井口装置是地热井开发中最基本的井口设备,是维持地热井生产正常运行,进行热水动态监测,防止由于井管伸缩及地面下降而引起的事故,减少热水的腐蚀作用等所必需的。随着地热利用的逐步发展.地热井的井口装置逐步规范化。在我国天津地热开发中较普遍采用的多功能井口装置就是其中之一。
(2)井口隔氧装置。为防止地热水在井口与空气接触,减少地热水中氧气与氯离子联合作用对输水设备的腐蚀危害,在一些有腐蚀作用的地热井的装置中,安装隔氧设备,其中较为常用的一种方法是氮气保护法。
(3)井口除沙装置。有的地热井,由于地质及施工方面的因素,水中的含沙量超过国家规定的工业用水含沙量标准(含沙量应低于1/200万),影响热水的正常使用。若含沙量高的地热水用于供暖.会造成管路系统堵塞,因此对于含沙量超过标准的地热井.应采取除沙措施。国内设计的旋流式除沙器,是一种较为理想的地热利用系统中的除沙设备。该设备一般安装在热水井口的出水管上。
要说地热井必先了解什么是地热。
地热资源有着广泛的用途,它和矿物燃料的区别在于不用燃烧, 因其可输送性比较低,输送高温地热水的极限距离约100km, 天然蒸汽的输送距离大约只有10km, 故一般是使地热能就地转换为电能或直接利用。我国利用地热主要用于发电、工业烘干及制冷空调、供暖、医疗洗浴、温室、养殖、农业灌溉等,其应用范围取决于地热水的温度高低。温度高,可用于地热发电;温度低,则只能用于地热温室、养殖及农业灌溉。[2]
(一)发电
(二)工业利用
(三)供暖
用于供暖的地热水温度一般在60℃以上,也有采用50~60 ℃的,50℃ 以下的则很少采用。分直接供暖和间接供暖两种方式:直接供暖是将地热水直接送入供热系统, 其对地热水的水质要求高,不得对供暖管道系统产生腐蚀和结垢,一般为矿化度比较低的地热水;间接供暖是使地热水通过热交换器将热转换给供热系统进行供暖。开采具有腐蚀性和易产生结垢的地热水供暖,一般采用间接供暖方式。地热水供暖的利用率取决于地热水的温度及其供暖后排放水温度,地热水温度愈高, 供暖后的排水温度愈低, 则其供暖的利用率越高。
(四)医疗洗浴
最适于洗浴的地热水温度是40~60℃, 温度偏高需加入凉水或适当降低温度后, 方可用于洗浴, 这样做对地热资源是一种浪费;温度偏低, 会使身体感到不适。用于医疗的地热水, 除有温度要求外, 对水质有相应的要求。我国采用下列标准作为医疗地热水,又称医疗矿泉水水质标准。
(五)饮用矿泉水
不少低温地热水,因其来源于深部,未受人为污染,并含有一些有益于人体健康的微量元素,可作为饮用天然矿泉水开发利用, 我国开发的一些饮用天然矿泉水中,就有相当一部分是低温地热水。当地热水的污染物指标、微生物指标及锂、锶、锌、铜、铬、钡等组分的限量指标符合要求的条件下,水中有一项( 或一项以上)指标符合表2.5.6的规定,可作为饮用天然矿泉水开发。
(六)水产养殖
(七)农业利用
一是利用地热建立温室,种植名贵花卉、蔬菜等作物;二是用于农田灌溉或给土壤加温。前者利用地热水温度在30~75℃之间, 后者利用地热水温度一般在40℃以下。用于农田灌溉的地热水水质应满足农田灌溉用水水质标准。
1、中国有的地方地热井出现过平均年水位下降10m左右甚至更多的状况。掠夺破坏性开采导致长期利用难以为继。
2、防腐问题地热对金属腐蚀是普遍存在的而且很严重。地热水中最常出现起主要作用的腐蚀成分是氯(CL)和溶解氧(0:)。氯离子半径小,穿透能力强,因此容易穿过金属表面已有的保护层造成对碳钢、不锈钢及其他合金强烈的缝隙腐蚀、孔蚀与应力腐蚀等。
3、氯离子对金属的腐蚀作用还与温度有关,60cc的地热水CL一含量仅只200rTlg/L时,也会使不锈钢产生局部腐蚀,温度越高腐蚀作用越强。在地下深层地热水自然状态下通常不含02,流出地面后空气中的0:会溶入地热水,溶解氧也是地热水中最常见最重要的腐蚀性物质。[3]
4、工质闭式循环:即工作介质按工质贮罐→井炉换热→蒸汽机→冷却→回到工质贮罐,是全封闭的循环,不会泄漏。
6、建厂成本低:即一般约0.8亿元/万KW,低于核电的2.2亿元/万KW或秸杆发电的2亿元/万KW。
2010年3月12日,在大兴区凤河营村的一处勘探工地上,欢呼声四起。原来施工人员成功打出一口地热井,从井口冒出的地热水,经过测量温度达到103℃,打破了北京地热出水温度的纪录,成为北京首个中温地热井。负责该井施工的派力工程有限公司副总经理叶宏宇介绍说,这口地热井编号为“兴热-9#”,井深达到3623米,日出水量逾1500立方米,日自流水量近 800立方米。这是北京地区少有的自流地热井,地热水喷出地面,高度可达52米。地热开采成本比较大,需要打几千米,才可找到能够利用的地热,每口地热井的成本,至少都在上千万元人民币。从上个世纪70年代初,北京先后开发了良乡、天竺热田,发现具备开发利用条件的地热田有10个。
根据前期可行性论证成果表明,凤河营地热田高温核心区域的地热资源,可满足当地550余万平方米建筑物的供暖需求,与大型燃煤锅炉供暖相比,年可节约费用 6000余万元,减少耗煤量8.5万吨,减少灰尘量0.2万吨,减少废渣量1万吨。
有资料显示,地热资源受到世界各国的重视。国际能源专家普遍认为,预计到2100年,地热利用将在世界能源总值中占30%~80%。欧美等国都将地热列为优先开发利用的替代型能源,冰岛85%的住宅都利用地热供暖,美国的地热装机和地热发电量在世界上独占鳌头。对中国而言最为迫切的,是要把地热作为一种替代能源利用。过去人们认为,25℃以下不叫温泉,没有利用价值。人们发现通过热泵技术,北京浅层的5℃~6℃的地下水都可以利用。
和燃煤、石油等能源相比,地热不仅清洁,而且能反复利用,属于可再生资源。深层地下水有其自身的循环系统,一部分热水被抽上来之后,会从远方不断地得到补给,从这个意义上说,地热资源是取之不尽、用之不竭的。但是由于近几年来各地超采地热严重,造成一些地区地质沉降。郑克棪强调,在利用好地热水的同时,必须进行回灌,用过的热水经处理后,重新注回到含水层中,可提高再生的性能,这样才可使含水层不枯竭。国际上普遍采用这种方法,例如,巴黎大量开采地热供暖,但由于100%的回灌,水位并没有下降。近几年来中国一些地热利用规模较大的城市,已经制定了回灌率标准,天津市要求新建地热工程达到100%回灌,北京也作出相同的规定。当地首先要做好自己的发展规划,是准备发展旅游度假,还是发展房地产开发,亦或重点发展农业、养殖业,然后根据发展规划,制定出对地热资源的利用方案。[1]