Skip to main content
Global

18.4: 地热能

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    173327

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    地热能源自早期地球形成和压缩过程中产生的地球铁水芯向地表升起的热量，以及地壳中铀、钍和钾的放射性衰变持续产生的热量。 地热发电厂利用这种热能发电，其方式与燃煤产生的热量产生能量的方式大致相同（图\(\PageIndex{a-c}\)）。 水被注入地下并加热。 产生的蒸汽可以直接使用，热量可以传递到另一种流体的封闭系统，然后沸腾（图\(\PageIndex{c}\)）。 无论哪种方式，蒸汽（或其他高压气体）最终都会转动涡轮机并为发电机提供动力。

    蒸汽来自地热发电厂，一个由金属结构组成的网络
    图\(\PageIndex{a}\)：地热发电厂释放出蒸汽。 图片由开放获取政府（CC-BY）提供。
    地热发电厂图显示了多口井可以从地下获取热量
    图\(\PageIndex{b}\)：在地热发电厂中，地热流体被注入地下。 （地热水是指在此过程中使用的热水/蒸汽。） 它增强了岩石的渗透性，并在地下加热。 它通过生产井流向地面，用于在地热发电厂发电。 水蒸气从发电厂的冷却设施中释放出来。 为了回收地热流体，将其返回水库并注入地下。 图片来自能源效率和可再生能源办公室/美国能源部（公共领域）。
    地热发电厂显示来自地下的热水被转化为蒸汽并转动涡轮机
    图\(\PageIndex{c}\)：（1）在地热发电厂中，热水在高压下通过井从地下深处抽出。（2）当水到达地表时，压力下降，从而导致水变成蒸汽。（3）蒸汽旋转涡轮机，涡轮机连接到发电机产生电力。(4) 蒸汽在冷却塔中冷却并冷凝回水。(5) 冷却后的水被泵回地球，重新开始该过程。 EPA（公共领域）的图片和标题（已修改）。

    地热热泵（地源热泵）依靠地下凉爽的温度为房屋降温或供暖（图\(\PageIndex{d}\)）。 它们有时被认为是第二种地热能，但它们也是一种节能手段。 地热热泵使用热交换系统，该系统在地表以下约 20 英尺（5 米）处的地下运行，该系统始终处于凉爽状态（大约 55°F 或 12.5°C）。 流体被泵送到地下，然后沿着家中的管道泵送。 这可以在夏季为房屋降温，起到散热器的作用。 在寒冷的冬季，它将房屋加热到华氏55度（充当热源），其余工作由传统的供暖系统完成。 这减少了从燃气、蒸汽、热水和传统电气空调系统中产生热量所需的能耗。

    地源热泵图显示装有液体的管道进入地下，将热量传递到建筑物。地源热泵图显示装有液体的管道进入地下，从建筑物中排出热量。
    图\(\PageIndex{d}\)：处于加热模式（冬季；左）和冷却模式（夏季；右）的地源热泵（地热热泵）。 加热模式分为四个步骤（左）。（1）循环：地上热泵将水或其他流体通过一系列地下管道或接地回路输送。（2）吸热：当流体通过地面回路时，它吸收来自周围较温暖的土壤、岩石或地下水的热量。（3）热量交换和使用：加热后的液体返回建筑物，用于空间或水加热。 该系统使用热交换器将热量传递到建筑物现有的空气处理、分配和通风系统中。(4) 再循环：一旦流体将其热量传递到建筑物，它就会在较低的温度下返回接地回路进行再次加热。 这个过程是重复的，将热量从一个点转移到另一个点。 冷却模式（右）的四个步骤类似：（1）热交换和吸收，（2）循环，（3）热排放，（4）再循环。 来自 EPA（公共领域）的图片和标题（已修改）。

    该视频解释了地热热泵的构造和机理。

     

    地热能不仅有多种用途（发电、加热和冷却），而且可靠。 虽然太阳能和风能是间歇性的，但热量始终从地下深处辐射。 此外，地热热泵所需地表附近的凉爽温度全年和所有地点都存在。 但是，用于发电的地热发电厂只能在热岩浆离地球表面足够近的特定地点建造。 这些地点通常与间歇泉、温泉或火山有关（图\(\PageIndex{e}\)）。 此外，地热发电厂的建造成本很高。

    世界地图上的三角形标记着世界火山的位置。
    图\(\PageIndex{e}\)：世界火山的位置。 它们集中在北美和南美的西海岸以及亚洲和澳大利亚的东部。 这些环绕太平洋的区域形成了所谓的火环。 图片来源：Salazar、S.S.、Muñoz、Y. & Ospino，A. 对哥伦比亚作为替代电力来源的地热能的分析。 Geotherm En erg y 5、 27（2017）。 (CC-BY)

    地热能对环境的影响取决于其使用方式。 地热热泵的使用对环境几乎没有负面影响。 地热发电厂不燃烧燃料发电，因此它们产生的空气污染最小。 它们释放的二氧化碳不到化石燃料工厂排放量的1％。 地热发电厂使用洗涤器系统清洁空气中天然存在于蒸汽和热水中的硫化氢。 它们排放的硫化合物（酸沉积/酸雨的原因之一）比化石燃料发电厂排放的硫化合物少97％。 使用地热储层中的蒸汽和水后，它们会被注入地球。 与地热发电厂相关的一个环境问题是，地热钻探在建造过程中引发了地震，类似于注入井对水力压裂的影响。

    归因

    由 Matthew R. Fisher 的《可再生能源和环境生物学中能源使用的挑战与影响》中的 Melissa Ha 修改（获得 CC-BY 许可）