可再生能源 地?zé)崮?ppt

第六章地?zé)崮?6 1概況6 2地?zé)崮芾眉夹g(shù)6 2 1地?zé)峁┡? 2 2地?zé)嶂评? 2 3地?zé)岚l(fā)電一 地?zé)嵴羝l(fā)電二 地?zé)崴l(fā)電三 聯(lián)合型發(fā)電6 3地溫的開發(fā)利用6 4地?zé)崮荛_發(fā)利用發(fā)展預(yù)測思考題 6 1概況一 地?zé)崮艿幕靖拍畹責(zé)岙a(chǎn)生的方式 1 地?zé)豳Y源的生成與地球巖石圈板塊發(fā)生 發(fā)展 演化及其相伴的地殼熱狀態(tài) 熱歷史有著密切的內(nèi)在聯(lián)系 特別是與更新世以來構(gòu)造應(yīng)力場 熱動力場有著直接的聯(lián)系 從全球地質(zhì)構(gòu)造觀點(diǎn)來看 大于150 的高溫地?zé)豳Y源帶主要出現(xiàn)在地殼表層各大板塊的邊緣 如板塊的碰撞帶 板塊開裂部位和現(xiàn)代裂谷帶 小于150 的中 低溫地?zé)豳Y源則分布于板塊內(nèi)部的活動斷裂帶 斷陷谷和坳陷盆地地區(qū) 2 目前普遍認(rèn)為 地下熱水或低熱蒸汽 主要是在不同深度被熱巖體的熱傳導(dǎo)的方式加熱了的大氣降水 它們可以升溫到與地下水下滲深度所具有的與地溫相當(dāng)?shù)臏囟?在補(bǔ)給區(qū)的靜水壓力和溫差導(dǎo)致的密度差的作用下 升溫水產(chǎn)生環(huán)流并沿著裂隙通道上升 可溢出地表 這就是常見的溫泉 熱泉 3 如果由地幔涌出的巖漿形成的強(qiáng)大的熱源 則在地表可觀察到高熱流和高強(qiáng)度的地?zé)岙惓，F(xiàn)象 如地震 火山爆發(fā)等 4 地?zé)崮艿膩碓催€可以來自地球內(nèi)部巖石和礦物中含有的具有足夠豐度 生熱率高 集中在地表數(shù)百公里的放射性元素衰變所產(chǎn)生的巨大的熱能量 有人曾估計 地球內(nèi)部由放射性元素衰變而產(chǎn)生的熱量平均每年為5萬億億卡 地?zé)豳Y源賦存在一定的地質(zhì)構(gòu)造部位 有明顯的礦產(chǎn)資源屬性 因而對地?zé)豳Y源要實(shí)行開發(fā)和保護(hù)并重的科學(xué)原則 二 地球內(nèi)部的構(gòu)造及其溫度變化 圖6 1地球的構(gòu)造 地球是一個巨大的熱庫 它由地殼 地幔和地核 液核 內(nèi)核 組成 我們知道越往地下溫度越高 地?zé)峋褪侵傅厍騼?nèi)部蘊(yùn)藏的能量 從地球表面往下正常增溫梯度是每1000米增加25 30 在地下約40公里處溫度可達(dá)到1200 地球中心溫度可達(dá)到60000C 在地殼中 地溫分布狀況大致可分為三種 1 變溫帶 外熱帶 一般指地表向下15 30米左右 受太陽輻射影響 溫度隨大氣溫度變化 并隨深度而遞減 2 常溫帶 常溫層 它在變溫帶以下一定深度范圍內(nèi) 并隨地理位置而異 其溫度值一般保持在高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁? 20C 如 天津?yàn)?4 50C 而常年氣溫是12 50C 3 增溫帶 內(nèi)熱帶 常溫層以下幾十公里 地溫受地球內(nèi)熱控制 越往深處溫度越高 至一定深度增溫梯度減弱 地?zé)岱植贾笜?biāo) 1 地溫梯度 地?zé)岱植?它是指沿地下等溫面法線向地球中心方向單位距離內(nèi)溫度的增值 通常用0C 100m 或0C km表示 常溫帶以下平均正常的增溫梯度是2 5 30C 100m 一般說來 溫度穩(wěn)定地向地球中心方向遞增 但到了一定深度后 增溫的速度減緩 2 大地?zé)崃?簡稱熱流或熱流量 它是指在單位時間內(nèi)通過地球表面單位面積散失的熱流量 其單位是 微卡 平方厘米 秒 cal cm2 s 稱為一個熱流單位 通常用HFu表示一個熱流單位 近年來 多用工程單位毫瓦 平方米 mW m2 表示 1HFu 41 868W m2 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 q dt dz式中 q 大地?zé)崃髁?W cm2 巖石的熱導(dǎo)率 W cm 1 0C 1 t 巖石溫度 0C z 深度 cm 地球內(nèi)部有代表性的溫度如下 地殼底部溫度約1000C 至100KM處 上地幔頂部局部熔融開始 達(dá)13000C 至400KM處 變相區(qū) 為15000C 5100KM處 內(nèi) 外地核邊界 為43000C 在6371KM處 地心 為45000C 有的學(xué)者認(rèn)為是50000C 最近美國學(xué)者認(rèn)為地核溫度為69000C 三 地?zé)豳Y源概念地?zé)豳Y源是指在可預(yù)見的時間內(nèi) 在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)環(huán)境條件下 地殼內(nèi)能夠科學(xué) 合理地開發(fā)出來的巖石中的熱能量和地?zé)崃黧w中的熱能量及其伴生的有用組分 即能供人類經(jīng)濟(jì)開發(fā)利用的地球內(nèi)部熱能的總量 它包括地?zé)崃黧w及其有用礦物和化學(xué)組分 我們現(xiàn)在研究的主要是地?zé)崃黧w部分的地?zé)豳Y源 返回 四 成因類型 低熱資源的生成與地球巖石圈板塊發(fā)生 發(fā)展 演化及其相伴的地殼熱狀態(tài) 熱歷史有著密切的內(nèi)在聯(lián)系 特別是與更新世以來構(gòu)造應(yīng)力場 熱動力場有著直接的聯(lián)系 從全球地質(zhì)構(gòu)造觀點(diǎn)來看 大于150 的高溫地?zé)豳Y源帶主要出現(xiàn)在地殼表層各大板塊的邊緣 如板塊的碰撞帶 板塊開裂部位和現(xiàn)代裂谷帶 小于150 的中 低溫地?zé)豳Y源則分布于板塊內(nèi)部的活動斷裂帶 斷陷谷和坳陷盆地地區(qū) 地?zé)豳Y源按其在地下的賦存狀態(tài) 可以分為水熱型 干熱巖型和地壓型地?zé)豳Y源 其中水熱型地?zé)豳Y源又可進(jìn)一步劃分為蒸汽型和熱水型地?zé)豳Y源 三 成因類型 表6 1中國地?zé)豳Y源成因類型 1 現(xiàn) 近 代火山型2 巖漿型3 斷裂型4 斷陷 坳陷盆地型 1 現(xiàn) 近 代火山型現(xiàn) 近 代火山型地?zé)豳Y源主要分布在臺灣北部大屯火山區(qū)和云南西部騰沖火山區(qū) 騰沖火山高溫地?zé)釁^(qū)是印度板塊與歐亞板塊碰撞的產(chǎn)物 臺灣大屯火山高溫地?zé)釁^(qū)屬于太平洋島弧之一環(huán) 是歐亞板塊與菲律賓小板塊碰撞的產(chǎn)物 在臺灣已探到293 高溫地?zé)崃黧w 并在靖水建有裝機(jī)3MW地?zé)嵩囼?yàn)電站 2 巖漿型在現(xiàn)代大陸板塊碰撞邊界附近 埋藏在地表以下6 10km 隱伏著眾多的高溫巖漿 成為高溫地?zé)豳Y源的熱源 如在我國西藏南部高溫地?zé)崽?均沿雅魯藏布江即歐亞板塊與印度板塊的碰撞邊界出露 就是這種生成模式的較典型代表 西藏羊八井地?zé)崽颶K4002孔 在井深1500 2000m處 探獲329 8 的高溫地?zé)崃黧w 羊易地?zé)崽颶K203孔 在井深380m處 探獲204 高溫地?zé)崃黧w 3 斷裂型主要分布在板塊內(nèi)側(cè)基巖隆起區(qū)或遠(yuǎn)離板塊邊界由斷裂形成的斷層谷地 山間盆地 如遼寧 山東 山西 陜西以及福建 廣東等 這類地?zé)豳Y源的成生和分布主要受活動性的斷裂構(gòu)造控制 熱田面積一般幾平方公里 甚至小于1平方公里 熱儲溫度以中溫為主 個別也有高溫 單個地?zé)崽餆崮軡摿Σ淮?但點(diǎn)多面廣 4 斷陷 坳陷盆地型主要分布在板塊內(nèi)部巨型斷陷 坳陷盆地之內(nèi) 如華北盆地 松遼盆地 江漢盆地等 地?zé)豳Y源主要受盆地內(nèi)部斷塊凸起或褶皺隆起控制 該類地?zé)嵩吹臒醿映３＞哂卸鄬有?面狀分布的特點(diǎn) 單個地?zé)崽锏拿娣e較大 幾十平方公里 甚至幾百平方公里 地?zé)豳Y源潛力大 有很高的開發(fā)價值 表6 2地?zé)豳Y源溫度分級 五 溫度分級與規(guī)模分類 表6 3地?zé)豳Y源規(guī)模分類 六 我國地?zé)豳Y源儲量與分布 1 高溫地?zé)嵯到y(tǒng) 可用于地?zé)岚l(fā)電的有255處 總發(fā)電潛力為5800MW 30MW 近期至2010年可以開發(fā)利用的10余處 發(fā)電潛力300MW 2 中低溫地?zé)嵯到y(tǒng) 可用于非電直接利用的2900多處 其中盆地型潛在地?zé)豳Y源埋藏量 相當(dāng)于2000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量 主要分布在松遼盆地 華北盆地 江漢盆地 渭河盆地等以及眾多山間盆地如太原盆地 臨汾盆地 運(yùn)城盆地等等 還有東南沿海福建 廣東 贛南 湘南 海南島等 目前開發(fā)利用量不到資源保有量的千分之一 總體資源保證程度相當(dāng)好 返回 6 2地?zé)崮芾眉夹g(shù) 6 2 1地?zé)峁┡?地?zé)崮荛g接供暖二 地?zé)崮苤苯庸┡到y(tǒng)1 開環(huán)手動控制地?zé)嶂苯庸┡冾l調(diào)速系統(tǒng)2 閉環(huán)自動控制地?zé)嶂苯庸┡冾l調(diào)速系統(tǒng)三 低溫地板輻射采暖四 地?zé)釤犸L(fēng)供暖 返回 一 地?zé)崮荛g接供暖工作原理 天津市紫金新里地?zé)衢g接供暖實(shí)例 來自地?zé)峋牡責(zé)崴?92 50C 進(jìn)入熱交換器 經(jīng)板式換熱器換熱后降至450C 其中部分作為地?zé)嵩∈覠嵩?剩余部分在回灌實(shí)施前 就近排入下水道 供暖回水經(jīng)鍋爐生溫至900C進(jìn)入用戶 為了充分利用地?zé)豳Y源 加大利用溫差 采用兩級串聯(lián)供熱方式 其中第一級供回水溫度為90 650C 第二級供回水溫度為65 400C 為確保大溫差的實(shí)現(xiàn) 在二級熱用戶熱力系統(tǒng)回水管上設(shè)置了回水溫控閥 地?zé)峁┡到y(tǒng)采用量 質(zhì)混合調(diào)節(jié)方式 量調(diào)由調(diào)速循環(huán)泵控制 質(zhì)調(diào)由鍋爐生溫控制 返回 二 地?zé)崮苤苯庸┡到y(tǒng) 1 開環(huán)手動控制地?zé)嶂苯庸┡冾l調(diào)速系統(tǒng)工作原理 人工手動設(shè)定變頻器輸出供電頻率f 電機(jī)接受頻率變化的電源信號 帶動井泵旋轉(zhuǎn) 使轉(zhuǎn)速發(fā)生相應(yīng)變化 井下熱水通過混水器 循環(huán)泵進(jìn)入散熱器 為用戶供暖 供暖后的冷水一部分由手動排出 一部分經(jīng)由補(bǔ)水閥循環(huán)使用 該裝置沒有信號反饋 控制系統(tǒng)的操作不受被控參數(shù)的直接影響 返回 2 閉環(huán)自動控制地?zé)嶂苯庸┡冾l調(diào)速系統(tǒng)工作原理 閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫反饋控制系統(tǒng) 一般由敏感元件 調(diào)速器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)對象組成 該系統(tǒng)以集水器處回水壓力為控制信號 由壓力傳感器感受回水壓力的變化 進(jìn)行回水壓力恒壓閉環(huán)變頻調(diào)速自動控制 從而實(shí)現(xiàn)供熱調(diào)節(jié) 返回 三 低溫地板輻射采暖 工作原理 從地下抽出的熱水經(jīng)過過濾器 三通閥 循環(huán)泵進(jìn)入分集水器 根據(jù)需要輸入各組加熱盤管 通過盤管向外輻射熱量 從而達(dá)到增溫的效果 加熱盤管主要有直列型 螺旋型和往復(fù)型三種方式 如圖6 6 直列型盤管敷設(shè)比較簡單 但管道首末端兩側(cè)的地板溫差較大 螺旋型和往復(fù)型盤管安裝復(fù)雜 但各側(cè)地板溫度均勻 返回 四 地?zé)釤犸L(fēng)供暖 工作原理 空氣經(jīng)過過濾器進(jìn)入由地?zé)峒訜岬谋P管區(qū)被加熱 然后由風(fēng)機(jī)送入需要加熱的采暖房間 房間的熱氣還可以再回到加熱盤管區(qū)內(nèi)循環(huán)使用 返回 6 2 2地?zé)嶂评?地?zé)嶂评溲b置的工作原理主要是采用吸收式制冷的工作原理 壓縮式制冷不在本章討論范圍之例 地?zé)嶂评?吸收式制冷 原理 有一種溶液物質(zhì) 吸收劑或溶劑 在一定的條件下 可以吸收低沸點(diǎn)的溶液物質(zhì) 制冷劑或溶劑 組成二元溶劑 如氨 水 水 溴化鋰 溫度低時 溶解度就小 溫度高時 溶解度就大 溶液的這種特性便可用來制冷 如圖6 8氨 水制冷系統(tǒng)所示 當(dāng)氨飽和液體進(jìn)入冷藏室 蒸發(fā)器 后 在等壓下吸收熱量而汽化 使之成為飽和蒸汽或過熱蒸汽 然后進(jìn)入吸收器 同時 由稀氨水溶液自氨蒸發(fā)器經(jīng)節(jié)流閥也進(jìn)入吸收器 吸收器中的溶液因吸收氨蒸汽而變濃 在吸收過程中氨蒸汽凝結(jié)要放出熱量 其由冷卻水帶走 而氨溶液有較低的溫度可以吸收較多的氨蒸汽 吸收器中的濃氨水經(jīng)泵升壓 送入氨蒸發(fā)器 利用外部熱源 地?zé)?對溶液加熱 使氨液再次蒸發(fā)進(jìn)入冷凝器 被冷卻后 放熱凝結(jié)成飽和氨液體而完成循環(huán) 目前 吸收式制冷裝置有兩種基本構(gòu)造 用于00C以上的空氣調(diào)節(jié)裝置 采用溴化鋰 水系統(tǒng) 以溴化鋰為吸收劑 水為制冷劑 用于00C以下的制冷裝置 采用氨 水循環(huán)系統(tǒng) 氨為制冷劑 水為吸收劑 返回 6 2 3地?zé)岚l(fā)電 地?zé)岚l(fā)電實(shí)際上就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 然后再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程 地?zé)嵊址Q為地?zé)岚l(fā)電的天然地?zé)徨仩t 由于地?zé)徨仩t里的地?zé)嵋后w類型 溫度 壓力和焓的不同 地?zé)岚l(fā)電方式也不一樣 目前開發(fā)的地?zé)豳Y源主要是蒸汽型 熱水型和聯(lián)合型三類 返回 一 地?zé)嵴羝l(fā)電 地?zé)嵴羝l(fā)電分一次蒸汽法和二次蒸汽法 一次蒸汽法直接利用地下的干飽和蒸汽 或者利用從汽 水混合物中分離出來的蒸汽發(fā)電 二次蒸汽法是不直接利用比較臟的天然蒸汽 一次蒸汽 發(fā)電 而是讓它通過換熱器汽化潔凈水 在利用潔凈蒸汽 二次蒸汽 發(fā)電 圖6 9是將一次蒸汽先通入熱水中 減壓擴(kuò)容分離出二次蒸汽 這種二次蒸汽壓力仍高于當(dāng)?shù)卮髿鈮?和一次蒸汽一起進(jìn)入氣輪機(jī)發(fā)電 返回 二 地?zé)崴l(fā)電 按常規(guī)發(fā)電方法地?zé)崴遣荒苤苯铀腿肫啓C(jī)去發(fā)電的 必須以蒸汽狀態(tài)輸入汽輪機(jī)做功 目前對于溫度低于1000C的非飽和態(tài)地下熱水發(fā)電 有兩種方法 一是減壓擴(kuò)容法 利用抽真空裝置 使進(jìn)入擴(kuò)容器的地下熱水減壓汽化 產(chǎn)生低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ臄U(kuò)容蒸汽 然后將汽和水分離 排水 輸汽充入氣輪機(jī)做功 這種系統(tǒng)又稱為 閃蒸系統(tǒng) 這種方法存在結(jié)垢問題 發(fā)電機(jī)組容量小 但運(yùn)行過程比較安全 二是雙工質(zhì)法 它是利用低沸點(diǎn)物質(zhì) 如氯乙烷 正丁烷 異丁烷和氟里昂等作為發(fā)電的中間工質(zhì) 地下熱水通過換熱器加熱 使低沸點(diǎn)的物質(zhì)迅速氣化 利用所產(chǎn)生的氣體推動氣輪機(jī)做功發(fā)電 做功后的工質(zhì)從氣輪機(jī)排入冷凝器 經(jīng)冷凝系統(tǒng)降溫 又重新凝結(jié)成液態(tài)工質(zhì)循環(huán)使用 這種方法稱為 中間工質(zhì)法 這種系統(tǒng)稱為 雙流系統(tǒng) 或稱 雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng) 如圖6 10所示 該系統(tǒng)安全性較差 工質(zhì)容易泄漏發(fā)生事故 因而很少采用 圖6 10雙工質(zhì)發(fā)電示意圖 返回 三 聯(lián)合型發(fā)電 工作原理 來自地下的高溫流體進(jìn)入分離器后 汽體可直接推動 號汽輪機(jī)發(fā)電 發(fā)電后的廢汽進(jìn)入汽化器加熱二級發(fā)電機(jī)的工作介質(zhì) 使之汽化后推動 級汽輪機(jī)發(fā)電 級發(fā)電機(jī)后的廢氣進(jìn)入集熱器變成液體 再進(jìn)入汽化器氣化后循環(huán)工作 級發(fā)電后的鹵水和汽化器下來的廢液進(jìn)入積熱器可保持一定的溫度 使 級氣輪機(jī)返回的工質(zhì)不致遇到太低的溫度 積熱器中的液體再次進(jìn)入汽化器 以便再次循環(huán)使用 積熱器和汽化器中的廢液從回灌井排往地下 返回 6 3地溫的開發(fā)利用 6 3 1 簡介地下水具有常年基本恒溫的特性 8 12oC 用作制冷時 地下水與室內(nèi)空氣通過地溫空調(diào)快速熱交換 使室溫能在10分鐘內(nèi)由35oC降到20oC 使用中還可產(chǎn)生氧負(fù)離子凈化空氣 用作制熱時 地溫空調(diào)與鍋爐 燃?xì)鉅t 電水爐等配套使用 使煤的利用率從60 提高到80 以上 同樣取暖效果節(jié)煤20 以上 6 3 2 地溫的利用 1 地溫空調(diào)地溫空調(diào)又稱水溫空調(diào) 它以地下井水和爐水作為冷熱源 對室內(nèi)溫度進(jìn)行快速調(diào)控 整個過程實(shí)行微電腦自控 通過遙控操作可任意設(shè)定溫度 隨用隨開豪華氣派 它不用大功率壓縮機(jī) 空調(diào)風(fēng)機(jī)只有幾十瓦 連續(xù)運(yùn)行十幾小時僅耗一度電 故比一般空調(diào)節(jié)電90 而價格僅有普通空調(diào)的25 左右 是家家買的起的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型空調(diào) 2 地溫塑料大棚試驗(yàn)結(jié)果表明 地下熱交換系統(tǒng)通過白晝貯存太陽能并用于夜間加溫 能使塑料大棚內(nèi)外溫差維持在7 左右 同時 大棚內(nèi)地溫也得到相應(yīng)的提高 因此 塑料大棚中應(yīng)用地下熱交換系統(tǒng)可使棚內(nèi)喜溫蔬菜種植期在一年中延長45 55天左右 返回 6 4地?zé)崮荛_發(fā)利用發(fā)展預(yù)測 2010年我國地?zé)崮荛_發(fā)目標(biāo)與任務(wù)一 高溫地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)達(dá)到75 100MW主要在藏滇高溫地?zé)釁^(qū)勘探開發(fā)200 250 以上深部熱儲 力爭單井地?zé)岚l(fā)電潛力達(dá)到10MW以上 單機(jī)發(fā)電10MW以上 二 地?zé)岵膳_(dá)到2200 2500萬m2主要在北方京 津 冀地區(qū) 環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū) 京九產(chǎn)業(yè)帶 東北松遼盆地 陜中盆地 寧夏銀川平原地區(qū)發(fā)展地?zé)岵膳?地?zé)岣呖萍嫁r(nóng)業(yè) 建立地?zé)崾痉秴^(qū) 單井地?zé)岵膳こ塘庍_(dá)到15萬m2 三 存在的障礙1 地?zé)峁芾眢w制和開發(fā)利用工程 項目的市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行機(jī)制沒有建立起來 舊的計劃經(jīng)濟(jì)管理體制 運(yùn)行機(jī)制還沒有完全改變 影響地?zé)岙a(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展 2 地?zé)豳Y源的勘探 開發(fā)是具有高投入 高風(fēng)險和知識密集的新興產(chǎn)業(yè) 化解風(fēng)險的機(jī)制和社會保障制度尚未建立起來 影響投資者 開發(fā)者的信心 影響了地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展 3 系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)程 規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不健全和完善 返回 思考題 一 單項選擇題 共10題20分 每題2分 1 西藏羊八井是我國青藏鐵路線上的一個站點(diǎn) 已探明在該處地?zé)崽颶K4002孔 井深1500 2000m處 具有 的高溫地?zé)崃黧w 2007上01 128 2 B 256 3 C 329 8 D 425 6 2 在地殼中 地溫分布狀況大致可分為三種狀態(tài) 即變溫帶 常溫帶 增溫帶 在常溫帶中 地溫常年保持在 0C左右 2007下