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人类利用地热能自古就有。数千年前，古罗马人就懂得温泉水有治病强身价值。出生在有天然温泉附近的居民，世世代代习用流淌的泉水沐浴医疗，供热取暖。可是，以地热作为储量巨大、经济上有竞争力的能源，特别是用来发电，却还是20世纪初才开始起步的。难忘的1904年某一天，意大利的拉德瑞罗蒸汽地热田里，一套机器发出隆隆之声不久，突然亮起了5盏电灯，围绕着机器旁的工程技术人员顿时欢欣鼓舞，首次利用地热蒸汽发电试验成功了！但是由于当时用来发电的地热蒸汽温度要不低于180℃，这种高温蒸汽资源，地球表层藏量少、分布不多，而且受到勘探技术水平的限制，地热发电推广应用缓慢，直到半个世纪后的60年代，凭藉现代科技进步，才加快了地热能的开发利用。尤其到70年代初，世界发生石油危机，能源短缺，燃料价格猛涨，工业发达国家迫切寻求新的能源，地热才受到国际能源界的青睐，地热发电技术有了突破，不仅高温地热蒸汽可以发电，地热水经过减压扩容或用双循环方法蒸发成蒸汽，也可用来发电。从此，地热发电开创了新天地，如雨后春笋般发展起来，目前已有19个国家拥有地热电站。

地球是座巨大的地热库

我们人类聚居的地球，是个庞大的椭球体，很像鸡蛋，分成三层：外表相似于蛋壳的薄层，叫做“地壳”，厚度在10～70千米；地壳下面相当于蛋白，称“地幔”，厚度约2 900千米；地球内部相当于蛋黄，就是“地核”，半径约3 450千米。地壳又可分成可变温度带、常温带和增温带三个层次。地球表层的热源，主要来自太阳辐射能。表层以下约15～30米，温度随昼夜、四季温度的变化而交替发生明显的变化，这就是可变温度带；从地表向内，太阳辐射影响逐渐减弱，到一定深度而消失，温度终年不变，即已达到常温带；从常温带向下，地温受内部热量影响逐渐升高，进入增温带，每深入地下100米或1千米地温增加数称地热增温率，或称地温梯度。地壳底部与地幔上部相接处的温度高达1 000～1 300℃，深入地核温度更高，在2 000～5 000℃。这样，地球内部蕴藏着几乎是取之不竭的热量，形成一座巨大的热库。其热能的由来，涉及地球起源的学说，目前还有不同的学术观点，但都承认岩石中放射性元素蜕变产生的热量，是地球热能的主要来源。现代科学测试表明，能够作为地热能源的放射性元素只有铀(U)、钍(Th)和钾(K)三种。这三种放射性物质，在地球演化和分异过程中，主要集中在上层，特别以地壳上部酸性岩浆岩（如花岗石）的生热率最多。1克花岗石所含的铀、钍、钾元素，能释放出10.88×10^-3焦的热量。地球表层10千米厚的一层，储热量就有10.5×10²⁵焦，相当9 950太吨标准煤。地热能的总量，约为地球全部煤藏量所释放出来热量的1.7亿倍，地热能储量之丰富，实在惊人！

地热资源按其在地下热储中存在的状态，可分为五种类型：蒸汽型，它以生产温度较高的过热蒸汽主，杂有少量气体，水很少或没有；水热型，它包括地面呈现的温度低于当地气压下饱和温度的热水和温度高于饱和温度的蒸汽，温度范围分高温(150℃以上)、中温(90～150℃)、低温（90℃以下）；地压型，它以地压水的形式存储于地表下2～3千米以下的深部沉积盆地中，被不透水的岩石盖层封闭，有很高的压力，温度范围150～260℃；干热岩型，它普遍存在没有水或蒸汽的热岩石，温度范围150～650℃；岩浆型，它蕴藏在熔融状和半熔融状岩石，温度范围650～1 200℃。

上述五种资源，通过地质普查和地球物理勘探、红处线遥感等高新技术，可以探测到在近期技术经济条件下有开发利用价值的地热相对富集区，一般称“地热田”。在目前技术经济条件下，实际上可利用的地热田只有蒸汽型、水热型和干热岩型三种。

中国位于环太平洋地热带和地中海喜马拉雅山地热带之间，地热资源主要集中在东南沿海和西南高原。自1960年开始普查勘探以来，已查明3000余个水热区，温度超过25℃的温泉2200个，有160个热储温度超过150℃的高温地区，总发电潜力为7744兆瓦。迄今所发现的地热田均属水热型。1992年的有关统计资料表明，中国地热能资源，已查明储量相当31.6亿吨标准煤，推测储量相当116.6亿吨标准煤，远景储量相当1353.5亿吨标准煤。

滚滚热流变电流

地热发电的基本原理与常规火力发电一样，是通过热能、机械能的中间转换而产生电能的。所不同的是地热电站所需的热能来源于地球内部天然热库，用地壳作“蒸汽锅炉”，可以省去火电厂生产过程中的燃烧系统，包括省去庞大的锅炉和输煤、除灰等一系列复杂的设备、设施；不消耗燃料（煤、石油），运行成本要比火力发电低得多。

地热发电的方式，主要有蒸汽型和热水型两种。前者直接利用地热井喷出具有一定压力的过热蒸汽，送入汽轮机驱动发电机发电；后者是利用地热井涌出的具有一定压力和温度的汽水混合物或热水，通过闪蒸系统或双循环系统发电。

在闪蒸系统中，由地热井来的汽水混合物进入闪蒸分离器（扩容器），降压膨胀，部分水汽化。由分离器出来的蒸汽送入汽轮发电机组发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水送往冷却塔。分离器中剩下的含盐水排入环境或打入地下。

在双循环系统中，来自地热井的热水作为第一循环，在蒸汽发生器中被冷却后就排入环境或打入下；第二循环内的工作介质（工质）采用低沸点工质，如丁烷、氟里氨，这种工质在蒸汽发生器内，由于吸收到地热水释放出的热量而气化所产生的蒸汽，送入汽轮发电机组发电，作完功的低沸点工质蒸汽，由汽轮机排出后引入凝汽器中冷凝成液体，经循环泵打回蒸汽发生器再循环作功。

当前世界上建成的地热电站，都是利用地热蒸汽或热水发电的；利用干热岩体发电还处在实验阶段。1970年，美国洛斯阿拉莫斯研究所顾问莫顿·斯密斯首先提出利用干热岩体发电的设想，并于1972年进行开发研究，拟在高温岩体中建立人工热水系统。最初的实验在新墨西哥州北部费尔顿山区，钻出两口相隔一定距离的400米深竖井，通达干热岩体层。两井之间为了增加岩体的裂缝，采用炸药爆破法（日后使用最多的方法是向钻孔中加注高压水的水压破碎法），形成破碎带，然后从一口井向地深处压灌进冷水，经过高温岩体加热，变成蒸汽，从另一口井中喷射出地面，引入汽轮发电机组发电。美国就在该地区建成世界首座干岩体实验电站，机组容量60千瓦。日本、意大利、英国、法国以及前苏联等国家，也都在进行干热岩发电的研究。

关于利用地层深处岩浆发电的设想，也是美国首先提出的。1975~1981年，美国能源部开始对此进行基础研究；1984年后进行工程验证研究；1988年在夏威夷进行过现场实验，80年代末选定岩浆发电试验场地，准备在加利福尼亚州的卡尔德拉地区打6 000米深的地热井，拟进行岩浆地热发电的试验。1988年，日本能源综合工学研究所未来能源研究小组，也提出熔岩发电总体技术方案，准备实现这种地热资源的开发利用。

地热能转换成电能的效率较低，一般只有15%~20%，各国正在设法提高地热发电的效率。地热发电不消耗燃料，不排放大量烟尘，但是地下热水和蒸汽中大都含有硫化氢、氨、砷等有害物质，因此对排放出的热水要妥善处理，否则也会污染环境。

世界第一座地热电站——意大利托斯卡纳的拉德瑞罗电站的地热能，属于高温干蒸汽型，热储温度为245℃。电站第一台250千瓦机组于1913年开始发电，1942年装机容量135.8兆瓦，第二次世界大战中电站被毁，战后重建。1990年，意大利地热总装机容量570兆瓦，位居世界第四，次于美国(2836兆瓦)、菲律宾（891兆瓦）和墨西哥（700兆瓦）。1972年前，意大利地热电站装机总容量一直居世界首位；1973年，被美国超越。

美国第一座地热电站——加利福尼亚州的盖瑟斯地热电站第一台11兆瓦机组于1960年投入运行，1991年装机29台，总容量2 090兆瓦。它是世界最大的地热电站，装有世界最大的地热机组，单机容量151兆瓦，系日本三菱重工业公司长崎造船厂产品。盖瑟斯地热田的高温干蒸汽储热面积185千米²，蒸汽温度平均240℃，最高300℃，钻井最深4 200米，每口井产汽量平均91吨／时。盖瑟斯地热电站新近安装的机组都采用计算机控制，全部电站将逐步过渡到无人值班运行。1995年，美国已建和计划建造的地热装机容量3 170兆瓦，占世界8 996兆瓦的35.2%，遥遥领先其他国家。

菲律宾是环绕太平洋火山带的火山国，拥有丰的地热资源，1980年，地热发电机组容量超过意大利，跃居世界第二。1990年，菲律宾地热装机容量891兆瓦，已占全国机组总容量的23.1%。

中国利用地热发电始于1970年，第一座地热试验电站——广东丰顺县邓屋地热电站第一台86千瓦试验机组于12月发电，采用闪蒸系统地热水发电，地热水温91℃。1971年，江西宜春市温汤地热电站开始发电，中国第一台双循环系统（工质为氯化烷）地热水发电试验机组于9月投入运行，功率50千瓦，地热水温66℃。随后，河北怀来、山东招远、广西象州、湖南灰场、辽宁熊岳又相继建造了5座低温地热电站，试验机组功率100～300千瓦，水温80~92℃。这些小型试验机组，曾对发展中国的地热水发电技术起到了开创作用，取得了一批科研成果。但也吸取了一些失败教训，迄今只有邓屋、灰汤两座热电站在运行。其他电站的试验机组已完成科研任务后停运或拆除。

西藏羊八井地热电站是中国首座商业性地热电站，利用140～160℃地热水（汽水混合物）发电，向相距92千米的拉萨市供电。第一台国产1 000千瓦机组于1977年10月1日发电，随后相继安装了7台国产3 000千瓦机组和1台日本引进的3 180千瓦机组，至1991年装机容量达25 180千瓦。目前，羊八井地热电站的年发电量占拉萨电网的45％以上，它对拉萨市电力供应的巨大贡献可想而知。羊八井地热田面积14.5千米²，拔海高程4 200～4500米，共打地热井40余口。据地质部门对羊八井区浅层热储的勘探与评价，发电潜力约为28～32兆瓦。羊八井地热电站的建成举世瞩目，被誉为世界屋脊上的一颗明珠。

地热直接利用大显身手

地热的直接利用，是指低于150℃的地热水除于发电以外的其他方面的利用。随着20世纪科飞跃进步，地热能直接应用于工农业、医疗、人民生活等方面越来越广泛。1995年，全世界安装了8 228兆瓦的地热热力装置，相当于利用2 964万吨石油。1995年，世界地热能直接利用形式及其所占能耗的百分比为：采暖33%，沐浴15%，水产养殖13%，温室12%，热泵12%，工业利用10%，农产品干燥10%，融雪和空调1%，其他3%。1995年，中国地热直接利用能量为16 981×10¹²太焦／年，仅次北欧冰岛，位居世界第二。

地热能直接用以供热、采暖、水是最简便、经济的用途。许多国家采取这种方式利用地热，特别是极为寒冷的冰岛更为突出。1928年，冰岛首都雷克雅未克市建成世界上第一个地热供热系统，供全市10余万居民使用。这个城市没有浓烟滚滚的烟囱，一年四季空气洁净，被誉为世界最清洁的无烟城。新西兰的拉托鲁阿市，地下热水不仅用于私人住宅和公共建筑物的供热采暖，还利用溴化锂吸收装置，向大旅店供应冷气。该市国际饭店每个房间都配备了一套冷热风空调器，供暖又供冷、供水，使用极简便、经济。它的热源就是一口地热井。当今有27个国家在积极发展地热供热系统，成效显著。

中国利用地热能供热、供水，于70年代开始推广，北京、天津、辽宁兴城、河北任丘等城镇发展很快。西藏居民在生活上利用地热的地方亦不少，例如西藏那曲的温泉利用就妙趣横生：许多温泉口从县城中心房基下涌出热水，通过暗渠穿街走巷，进入家家户户。寒冬腊月，冰天雪地，屋内却春意盎然。

地热在工业上的应用也较广泛。意大利拉德瑞罗地热田，在发展早期就建立起生产硼酸的工业。硼酸是从含硼的地热蒸汽通过汽轮机发电后排放出的低压蒸汽中提取出来的。这是世界上地热形成连续性综合利用的第一个实例。新西兰的卡维若地热田，有6口地热井向造纸厂供应地热蒸汽。当今世界最大的两家地热应用工厂是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨木材厂。

地热在中国工业上的应用，有染织、烤胶、造纸、制革、制冷、烘干等多种多样。天津是全国利用地热的最大用户，主要用于印染工业，其产品色泽新艳，着色率高，成本低。云南腾冲利用92℃地热水浸泡纸浆，烘干宣纸，产品全部销往国外。福建福州冷冻厂利用92℃地热水，建成中国第一个地热制冷装置，每天生产6吨冰块供冷库和果菜冷藏保鲜库使用。

地热能在农业上也有重要的应用，例如农产品干燥、温室种植果菜、水产养殖等。冰岛地热暖房每人占有1米²，用于种植果菜、鲜花；还利用地热温室饲养鳄鱼、家禽等，使居民食品供应中肉食比例显著增加。新西兰、美、日等国家，不断扩大地热农用温室，地热水灌溉农田，使农作物早熟。

中国地热能应用于农业方面最多的是天津、北京、河北、西藏、云南等地，这些地方都建有许多地热温室，用以种植蔬菜瓜果、育种中、育秧，培养菌种等。中国地热养殖业，从原来单纯养殖非洲鲫鱼、鳗鱼水生动物，已发展到养殖经济价值很高的毒蛇、蜗牛等。

地热能在医疗方面的应用也令人向往。世界许多国家重视地热矿水的开发，用以治病保健。饮用碳酸温泉水，可以治疗缺铁贫血症；氢泉、硫化氢泉沐浴，可以治疗神经衰弱、关节炎、皮肤病等。前苏联高加索矿泉区，有酸水城、铁水城等各具特色的矿水城，每年有大批疗养者。在日本，每年有近亿人到温泉疗养所疗养。

中国利用地热医疗也是从浴疗兴起的，1990年，全国就有594个地热浴池，179所地热疗养院，23个地热水游泳池，对风湿性关节炎、神经官能症、皮肤病等都有药物难以取代的疗效。陕西临潼、四川重庆、辽宁兴城、福建福州，都是全国闻名的地热疗养所在地。多年前发现的黑龙江“五大连池”地热水，对许多疾病都有神奇疗效，吸引了大批患者，被称为“圣水神泉。”