地球是一个大热库,蕴藏着巨大的热能,这种热能通过火山爆发、温泉、间歇喷泉、岩石的热传导等形式源源不断地带出地表,这就是地热能。据专家推算,每年从地球内部传到地球表面的热量,相当于370亿吨标准煤燃烧时发出的热量。有人做过这样的估计,如果把地球上储存的煤炭全部燃烧释放出来的热量作为 100,那么地球内蕴藏的地热能总量约为煤的17亿倍。然而,地热资源的开发利用受地热热储的埋深、资源的类型、开采技术手段等多种因素的制约,这么巨大的地热能在现阶段是不可能都取出来利用的。
地热能是一种综合性的有用矿产。作为一种新能源,它具有分布广、洁净、可直接利用等优点。地热能的开发利用有悠久的历史,早在几千年前,人类就利用热泉治病和洗浴。随着人类社会的不断发展,地热能开发利用的范围越来越广,已受到世界各国的普遍重视。尤其是七十年代以后,人口增长、世界性能源短缺、燃料价格不断上涨以及矿物能源消耗对环境的危害,使得人类更加重视开发利用地热能。到目前为止,全世界已有83个国家在进行这方面的工作,其中50多个国家具有相当的开发规模。
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。
一、地热发电
根据1996年6月世界可再生能源大会统计,全世界地热发电的装机容量为6543mw。目前,有21个国家在利用地热能发电,其中装机容量在 500mw以上的国家有美国、菲律宾、匈牙利、冰岛。除此之外,许多发展中国家也在积极利用地热发电以补能源的不足。如萨尔瓦多、肯尼亚、尼加拉瓜等国的国家电网有10%的电力是来自地热发电,哥斯达黎加的地热发电进展也很快,预计在2000年可望达到国家电网的15%。由此可见,就一个国家而言,地热发电在发展中国家或地区所起的作用要比在工业化国家大得多。
我国适于发电的高温地热资源主要分布在西藏、云南、台湾等地区。全国地热电站总装机容量为304mw,发电量排名世界第12位。著名的西藏羊八井地热电厂已建成一座25mw以上的工业型地热电站,到1996年底已发电11亿kwh,为缺煤少油的拉萨名城供电做出重大贡献,不愧为世界屋脊上的一颗明珠。为进一步勘查羊八井的深部地热资源,持续开发扩大装机容量,以缓解拉萨电网的供电紧张状况,去年在羊八井又相继钻取了高温地热井,获取了3298℃和 257℃的高温参数,这两口井投产后都将成为羊八井地热电站重要的生产井。在加速开发羊八井深层热储的同时,国家又加大投资开始了羊易、朗久、那曲等地热电站的开发建设,有的已初具规模。云南腾冲热海热田也是我国著名的高温热田,在此建设万千瓦级地热电站已列入国家“九五”计划,热田首期深部地质勘探设计的招标工作已经结束,预测能够钻取180℃的高温流体。
二、地热直接利用
传统上的地热直接利用一直是小型的单项利用。随着利用技术的不断发展,在一些工业化国家已建成大规模工程。据统计,全世界分布在38个国家中的地热直接利用设备热功率为9047mw(1995年统计数),我国的地热直接利用热功率为24108mw(1994年底统计数),仅次于日本,居世界第二位,占世界总量的27%。发达国家最大的地热直接利用项目是地热采暖,占33%;淋浴、游泳、浴疗占19%;地热温室14%;地热热泵空调14%;地热养殖 11%;工业应用占9%。
(1)地热采暖
利用地热水采暖不烧煤、无污染,可昼夜供热水,可保持室温恒定舒适。地热采暖虽初投资较高,但总成本只相当于燃油锅炉供暖的四分之一,不仅节省能源、运输、占地等,又大大改善了大气环境,经济效益和社会效益十分明显,是一种比较理想的采暖能源。
世界各国对地热采暖非常重视。日本、冰岛、法国、美国、新西兰等都大量利用地热采暖。冰岛地处北极圈边缘,气候寒冷,一年中有300-340天需要取暖。但该国缺煤少油,常规能源极其贫乏,他们依靠得天独厚的地下热水,全国有85%的房屋用地热供暖。首都雷克雅未克市已全部“地热化”,美誉为“无烟城”。
地热采暖在我国北方城镇也很有发展前途。北京、天津、辽宁、陕西等省市的采暖面积逐年增多,已具一定规模。天津市地热采暖面积已超过300万平方米(到1995年底),如以每平方米供暖消耗煤35公斤计,则可节省105万吨标准煤。西安市是著名的六朝古都,近年来地热开发快,规模大,起步高, 1996-1997两年就有13地热井投入使用,主要用于采暖、洗浴、旅游等。
值得一提的是,随着人民生活水平的提高,房地产开发商对地热开发产生了浓厚的兴趣,利用地热水供暖、洗浴、游泳的温泉公寓、温泉宾馆、温泉度假村十分看好。他们将房地产开发与地热资源利用相结合,加大资金的投入,大大促进了地热开发利用。
(2)地热浴疗、洗浴、游泳
地热水本身具有较高的温度,含有多种化学成分、少量的生物活性离子以及少量的放射性物质,对人体可起到保健、抗衰老作用,对风湿病、关节炎、心血管病、神经系统疾病、妇女病等慢性疾病有特殊的疗效,具有很高的医疗价值。
利用温泉治疗疾病,很多年前就被人类所认识,有许多温泉被供为“圣水、仙水”。世界上许多温泉出露的地方既是疗养区又是游览区,温泉的周围青山翠谷,溪水瀑布,加上温泉独特的疗效,吸引着成千上万的游人前来旅游疗养。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。匈牙利这个国家虽人口不多,但地热浴疗、疗养业却很发达,建有地热疗养院 200多家。他们在温泉附近构筑风格各异的建筑群,与秀丽的自然风光相融合,使人乐而不疲。地热疗养院里设施齐全,技术先进,清洁舒适,再加上良好的服务和独特的疗效吸引着众多的国外病人,是很好的创汇项目。
我国有温泉疗养院上千家,历史上著名的有西安华清池,大连的汤岗子,广东的从化,北京的小汤山等。近年来地热浴疗发展很快,仅辽宁兴城一市沿海滨建起的温泉疗养院就有70多家。
温泉游泳馆不仅春夏秋冬常年开放,而且其独特的保健作用也是一般游泳馆所不可比拟的。近年来,各地建起很多温泉游泳馆,如湖北英山县1978年兴建的温泉游泳馆,占地16000平方米,是国家和湖北省体委定点游泳跳水冬训基地,为国家培养出童辉、周继红、伏明霞、李青、万胜红等一批优秀运动员。
(3)地热水在工农业方面的利用
地热水在农、林、牧、副、渔业方面有更广泛的利用。在农业上主要用于地热温室、培育良种、种植蔬菜、花卉、鱼苗越冬、孵化等方面。
匈牙利地热直接利用装置的热功率达638mw,园艺和温室暖气系统80%依靠地热水供暖,每个温室都采用电子计算机控制和机械化作业。温室内种植的蔬菜和名贵花卉除内销外还大量出口,每亩温室的年利润约合人民币4万元左右,效益十分可观。
我国的地热温室也很普遍,总面积为2865公顷。如北京的小汤山地热联营开发公司用5公顷地热温室种植绿菜花、紫甘兰、玻璃生菜等优特种蔬菜,常年供应北京友谊商店、航空食品公司等宾馆饭店,年获利润几十万元。湖北省英山地热开发公司有地热养殖水面近百亩,养殖品种有尼罗非鱼、淡水白鲳、草胡子鲶、甲鱼、牛蛙等,每年向社会提供大规格优质鱼种200多万尾,每亩平均收入万元。河北省黄骅的中捷友谊农场建成我国北方最大的地热越冬鱼场,面积20000平方米,养殖的河蟹、对虾、甲鱼等水产品供不应求,效益逐年提高,由1986年的20万元提高到100多万元。地热温室丰富了人民的菜篮子,为改善和提高广大人民群众的生活水平作出很大贡献。
地热水在工业中的应用也很广泛,如纺织、印染、烤胶、制革、造纸、蔬菜脱水等。使用地热水印染、缫丝可以使产品的色泽鲜艳,着色率高,手感柔软,富有弹性。在生产过程中,由于节省了软化水处理费,也相应降低了产品的成本。
综上所述,地热能是一种应用前景十分广阔的新能源。通过长期的利用实践,人们认识到在地热资源的开发利用中应根据资源条件,贯彻因地制宜,合理开采,避免浪费,综合利用,提高热能利用率的方针。可喜的是,随着我国社会经济的发展,地热能的开发水平逐步提高,已从单一的粗放型利用向综合的集约化利用发展,它必将为我国社会主义现代化建设做出更大的贡献。