地热能是什么?定义，例子，以及如何工作

地热能源是通过将地热蒸汽或水转化为可供消费者使用的电力而产生的电力。由于这种电力来源不依赖于煤炭或石油等不可再生资源，它可以继续为未来提供更可持续的能源。

虽然存在一些负面影响，但利用地热能的过程是可再生的，与其他传统能源相比，对环境的破坏较小。beplay体育官网电脑

地热能的定义

地热能来自地核的热量，可用于地热发电厂发电，或通过地热供暖为家庭供暖和提供热水。这种热量可以来自热水，通过闪蒸罐转化为蒸汽，或者在极少数情况下，直接来自地热蒸汽。

根据忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)的数据，无论其来源如何，据估计，位于地球表面前3.3万英尺(6.25英里)范围内的热量所含的能量是全球石油和天然气供应的5万倍。

要从地热能中发电，一个地区必须具备三个主要特征:足够的流体，来自地核的足够热量，以及使流体与加热岩石界面的渗透性。要发电，温度至少要达到300华氏度，但要用于地热供暖，温度只需超过68华氏度。

流体可以自然生成，也可以泵入储层，通过增产来提高渗透率——这两种技术都被称为增强型地热系统(EGS)。

天然存在的地热储层是地壳中可以利用能量并用于发电的区域。这些储层存在于整个地壳的不同深度，可以以蒸汽或液体为主，在岩浆流动到足够接近地表的地方形成，从而加热裂缝或多孔岩石中的地下水。距离地球表面一到两英里内的储层可以通过钻井开采。为了开发它们，工程师和地质学家必须首先确定它们的位置，通常是通过钻测试井。

地热能是如何工作的

获取地热能的过程包括利用地热发电厂或地热热泵从地下提取高压水。到达水面后，压力降低，水转化为蒸汽。蒸汽使与发电机相连的涡轮机旋转，从而产生电力。最终，冷却的蒸汽凝结成水，通过注入井泵入地下。

下面是地热能捕获的详细工作原理:

1.来自地壳的热量产生蒸汽

地热能来自于地壳中的蒸汽和高压热水。为了获取地热发电厂所需的热水，地下水井深达2英里。热水在高压下被输送到地面，直到压力降到地面以上——水变成蒸汽。

在更有限的情况下，蒸汽直接从地下冒出来，而不是像加州间歇泉(the Geysers)那样先由水转化而来。

2.蒸汽旋转涡轮机

一旦地热水在地球表面转化为蒸汽，蒸汽就会使涡轮机旋转。涡轮机的转动产生机械能，这些机械能最终可以转化为有用的电能。地热发电厂的涡轮机与地热发电机相连，因此当它旋转时，就会产生能量。

由于地热蒸汽通常含有高浓度的腐蚀性化学物质，如氯化物、硫酸盐、硫化氢和二氧化碳，涡轮机必须用耐腐蚀的材料制成。

3.发电机发电

水轮机的转子与发电机的转子轴相连。当蒸汽驱动涡轮机时，转子轴旋转，地热发电机将涡轮机的动能或机械能转化为电能，供用户使用。

4.水被注入地下

当用于热液能源生产的蒸汽冷却时，它又凝结成水。同样，在发电过程中可能会有剩余的水没有转化为蒸汽。为了提高地热能生产的效率和可持续性，多余的水经过处理，然后通过深井注入泵回地下水库。

根据该地区的地质情况，这可能需要很高的压力，也可能根本没有压力，就像间歇泉的情况一样，水直接从注入井中流下。一旦到达那里，水就会被重新加热，并可能再次使用。

地热能成本

地热能发电厂需要很高的初始成本，在美国通常每安装千瓦(kW)约2500美元。也就是说，一旦地热能发电厂建成，运营和维护成本在每千瓦时0.01美元到0.03美元之间——与煤电厂相比相对较低，煤电厂的成本往往在每千瓦时0.02美元到0.04美元之间。

更重要的是，地热发电厂可以在90%以上的时间内产生能量，因此运行成本可以很容易地支付，特别是在消费者的电力成本很高的情况下。

地热发电厂的类型

地热发电厂是将地热能转化为有用能源或电力的地上和地下部分。地热发电厂主要有三种类型:

干蒸汽

在传统的干蒸汽地热发电厂中，蒸汽直接从地下生产井流向地面上的涡轮机，在发电机的帮助下转动并发电。然后，水通过注入井回到地下。

值得注意的是，加州北部的间歇泉和怀俄明州的黄石国家公园是美国仅有的两个已知的地下蒸汽来源。

间歇泉位于加州索诺玛和莱克县交界处，是美国第一个地热发电厂，占地面积约45平方英里。该电厂是世界上仅有的两个干蒸汽电厂之一，实际上由13个独立的电厂组成，总发电能力为725兆瓦。

二次蒸汽

闪蒸地热发电厂是目前运行中最常见的，它涉及从地下提取高压热水，并在闪蒸罐中将其转化为蒸汽。然后蒸汽被用来为发电机涡轮提供动力;冷却后的蒸汽冷凝后通过注水井注入。这种类型的水必须超过360华氏度才能运行。

二元周期

第三种类型的地热发电厂，二元循环发电厂，依靠热交换器将热量从地下水转移到另一种流体，称为工作流体，从而将工作流体转化为蒸汽。工作液通常是一种有机化合物，如碳氢化合物或低沸点的制冷剂。然后，热交换器流体中的蒸汽被用来为发电机涡轮提供动力，就像在其他地热发电厂一样。

这些工厂可以在比闪蒸工厂所需的低得多的温度下运行——只有225华氏度到360华氏度。

增强型地热系统

也被称为工程地热系统，增强型地热系统使人们能够获得传统地热发电所无法获得的能源资源。

EGS通过钻到基岩中，形成地下裂缝系统，从地球中提取热量，然后通过注入井将其注满水。

有了这项技术，地热能的地理可用性可以扩展到美国西部以外的地区。事实上，EGS可以帮助美国将地热能发电量增加到目前水平的40倍。这意味着EGS技术可以提供美国目前电力容量的10%左右

地热能的利弊

与煤炭和石油等传统能源相比，地热能具有创造更清洁、更可再生能源的巨大潜力。然而，与大多数形式的替代能源一样，两者都有地热能的利弊必须承认这一点。

地热能的优点包括:

• 更清洁，更可持续。地热能不仅更清洁，而且比煤炭等传统能源更可再生。这意味着地热储层发电的时间可以更长，对环境的影响也更有限。beplay体育官网电脑
• 小的足迹。利用地热能只需要占用很少的土地，因此更容易找到建造地热发电厂的合适地点。
• 产量在增加。该行业的持续创新将在未来25年带来更高的产量。事实上，发电量可能会从2020年的170亿千瓦时增加到2050年的498亿千瓦时。

缺点包括:

• 初期投资很高。地热发电厂每安装千瓦需要大约2500美元的高初始投资，相比之下，风力涡轮机每千瓦大约需要1600美元。也就是说，新建一座燃煤电厂的初始成本可能高达每千瓦3500美元。
• 会导致地震活动增加。地热钻探与地震活动增加有关，特别是当EGS被用于增加能源产量时。
• 导致空气污染。由于地热水和蒸汽中经常存在腐蚀性化学物质，如硫化氢，生产地热能的过程可能会造成空气污染。

冰岛的地热能

作为地热和热液能源发电的先驱，冰岛的第一个地热发电厂于1970年投入使用。冰岛在地热能方面的成功在很大程度上归功于该国大量的热源，包括众多的温泉和200多座火山。

目前，地热能约占冰岛能源总产量的25%。事实上，替代能源几乎占了全国电力的100%。除了专门的地热发电厂，冰岛还依靠地热供暖来帮助为家庭和生活用水供暖，该国约87%的建筑都是地热供暖。

冰岛最大的地热发电厂有:

• Hellisheiði发电站。hellishehi ði发电厂为雷克雅未克提供电力和热水，使工厂能够更经济地利用水资源。闪蒸电厂位于冰岛西南部，是该国最大的热电联产电厂，也是世界上最大的地热发电厂之一，装机容量为303 MWe(兆瓦电)和133 MWth(兆瓦热)热水。该工厂还设有不凝性气体的回注系统，以帮助减少硫化氢污染。
• Nesjavellir地热发电站。位于大西洋中部裂谷的Nesjavellir地热发电站每秒可产生约120兆瓦的电力和约293加仑的热水(176至185华氏度)。该工厂于1998年投入使用，是该国第二大工厂。
• 斯瓦岑吉发电站。斯瓦岑吉电厂的发电装机容量为75兆瓦，供热装机容量为190兆瓦，是冰岛第一家将电力和热力生产相结合的电厂。该工厂于1976年上线，并在1999年、2007年和2015年进行了扩建。

为了确保地热发电的经济可持续性，冰岛采用了一种称为逐步开发的方法。这包括评估个别地热系统的条件，以尽量减少生产能源的长期成本。一旦钻出第一口生产井，就会对该油藏的产量进行评估，并根据该收益制定未来的开发步骤。

从环境的角度来看beplay体育官网电脑，冰岛已经采取措施，通过在选择工厂地点时评估空气质量、饮用水保护和水生生物保护等标准的环境影响评估，减少地热能开发的影响。

由于地热能的生产，与硫化氢排放有关的空气污染问题也大大增加。工厂通过安装气体收集系统和向地下注入酸性气体来解决这个问题。

冰岛对地热能源的承诺延伸到其边境以外的东非，该国与联合国环境规划署(UNEP)合作，扩大对地热能源的利用。beplay体育官网电脑

该地区位于东非大裂谷系统的顶部，以及所有相关的构造活动，特别适合地热能源。更具体地说，该联合国机构估计，该地区经常面临严重的能源短缺，从地热水库中可以产生20吉瓦的电力。