地?zé)崮?-地下水的利用？

【專家解說】：人類很早以前就開始利用地?zé)崮?，例如利用溫泉沐浴、醫(yī)療，利用地下熱水取暖、建造農(nóng)作物溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖及烘干谷物等。但真正認(rèn)識地?zé)豳Y源并進(jìn)行較大規(guī)模的開發(fā)利用卻是始于20世紀(jì)中葉。地?zé)崮艿睦每煞譃榈責(zé)岚l(fā)電和直接利用兩大類，而對于不同溫度的地?zé)崃黧w可能利用的范圍如下： 1、2O0～400℃直接發(fā)電及綜合利用； 2、150～200℃雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工； 3、10O～15O℃雙循環(huán)發(fā)電，供暖，制冷，工業(yè)干燥，脫水加工，回收鹽類，罐頭食品； 4、50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業(yè)干燥； 5、20～50℃沐浴，水產(chǎn)養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工； 現(xiàn)在許多國家為了提高地?zé)崂寐?，而采用梯級開發(fā)和綜合利用的辦法，如熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，先供暖后養(yǎng)殖等。 近年來，國外對地?zé)崮艿姆请娏?，也就是直接利用，十分重視。因?yàn)檫M(jìn)行地?zé)岚l(fā)電，熱效率低，溫度要求高。所謂熱效率低。就是說，由于地?zé)犷愋偷牟煌?，所采用的汽輪機(jī)類型的不同，熱效率一般只有6.4～18．6％，大部分的熱量白白地消耗掉。所謂溫度要求高，就是說，利用地?zé)崮馨l(fā)電，對地下熱水或蒸汽的溫度要求，一般都要在150℃以上；否則，將嚴(yán)重地影響其經(jīng)濟(jì)性。而地?zé)崮艿闹苯永?，不但能量的損耗要小得多，并且對地下熱水的溫度要求也低得多，從 15～180℃這樣寬的溫度范圍均可利用。在全部地?zé)豳Y源中，這類中、低溫地?zé)豳Y源是十分豐富的，遠(yuǎn)比高溫地?zé)豳Y源大得多。但是，地?zé)崮艿闹苯永靡灿衅渚窒扌?，由于受載熱介質(zhì)—熱水輸送距離的制約，一般來說，熱源不宜離用熱的城鎮(zhèn)或居民點(diǎn)過遠(yuǎn)；不然，投資多，損耗大，經(jīng)濟(jì)性差，是劃不來的。 目前地?zé)崮艿闹苯永冒l(fā)展十分迅速，已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)加工、民用采暖和空調(diào)、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)田灌溉、土壤加溫、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽飼養(yǎng)等各個方面，收到了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，節(jié)約了能源。地?zé)崮艿闹苯永茫夹g(shù)要求較低，所需設(shè)備也較為簡易。在直接利用地?zé)岬南到y(tǒng)中，盡管有時因地?zé)崃髦械柠}和泥沙的含量很低而可以對地?zé)峒右灾苯永?，但通常都是用泵將地?zé)崃鞒樯蟻?，通過熱交換器變成熱氣和熱液后再使用。這些系統(tǒng)都是最簡單的，使用的是常規(guī)的現(xiàn)成部件。 地?zé)崮苤苯永弥兴玫臒嵩礈囟却蟛糠侄荚?0℃以上。如果利用熱泵技術(shù)，溫度為20℃或低于20℃的熱液源也可以被當(dāng)作一種熱源來使用（例如美國、加拿大、法國、瑞典及其他國家的做法）。熱泵的工作原理與家用電冰箱相同，只不過電冰箱實(shí)際上是單向輸熱泵，而地?zé)釤岜脛t可雙向輸熱。冬季，它從地球提取熱量，然后提供給住宅或大樓（供熱模式）；夏季，它從住宅或大樓提取熱量，然后又提供給地球蓄存起來（空調(diào)模式）。不管是哪一種循環(huán)，水都是加熱并蓄存起來，發(fā)揮了一個獨(dú)立熱水加熱器的全部的或部分的功能。由于電流只能用來傳熱，不能用來產(chǎn)生熱，因此地?zé)岜脤⒖梢蕴峁┍茸陨硐牡哪芰扛?～4倍的能量。它可以在很寬的地球溫度范圍內(nèi)使用。在美國，地?zé)岜孟到y(tǒng)每年以 20％的增長速度發(fā)展，而且未來還將以兩位數(shù)的良好增長勢頭繼續(xù)發(fā)展。據(jù)美國能源信息管理局預(yù)測，到2030年地?zé)岜脤楣┡⑸岷退訜崽峁└哌_(dá)68Mt油當(dāng)量的能量。 對于地?zé)岚l(fā)電來說，如果地?zé)豳Y源的溫度足夠高，利用它的好方式就是發(fā)電。發(fā)出的電既可供給公共電網(wǎng)，也可為當(dāng)?shù)氐墓I(yè)加工提供動力。正常情況下，它被用于基本負(fù)荷發(fā)電，只在特殊情況下，才用于峰值負(fù)荷發(fā)電。其理由，一是對峰值負(fù)荷的控制比較困難，再就是容器的結(jié)垢和腐蝕問題，一旦容器和渦輪機(jī)內(nèi)的液體不滿和讓空氣進(jìn)入，就會出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕問題。 總結(jié)上述，地?zé)崮芾迷谝韵滤姆矫嫫鹬匾饔谩?1．地?zé)岚l(fā)電 地?zé)岚l(fā)電是地?zé)崂玫淖钪匾绞?。高溫地?zé)崃黧w應(yīng)首先應(yīng)用于發(fā)電。 地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。所不同的是，地?zé)岚l(fā)電不象火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地?zé)崮?。地?zé)岚l(fā)電的過程，就是把地下熱能首先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠被地?zé)犭娬纠玫妮d熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地?zé)岚l(fā)電的方式劃分為蒸汽型地?zé)岚l(fā)電和熱水型地?zé)岚l(fā)電兩大類。 地?zé)岚l(fā)電示意圖 （1）蒸汽型地?zé)岚l(fā)電 蒸汽型地?zé)岚l(fā)電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，但在引人發(fā)電機(jī)組前應(yīng)把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發(fā)電方式最為簡單，但干蒸汽地?zé)豳Y源十分有限，且多存于較深的地層，開采技術(shù)難度大，故發(fā)展受到限制（參考《資源》欄目有關(guān)文章）。主要有背壓式和凝汽式兩種發(fā)電系統(tǒng)。 （2）熱水型地?zé)岚l(fā)電 熱水型地?zé)岚l(fā)電是地?zé)岚l(fā)電的主要方式。目前熱水型地?zé)犭娬居袃煞N循環(huán)系統(tǒng)：a、閃蒸系統(tǒng)。閃蒸系統(tǒng)如圖1所示。當(dāng)高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機(jī)做功；而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出，當(dāng)然最好是再回注人地層。 b、雙循環(huán)系統(tǒng)。雙循環(huán)系統(tǒng)的流程如圖2所示。地?zé)崴紫攘鹘?jīng)熱交換 器，將地?zé)崮軅鹘o另一種低沸點(diǎn)的工作流體，使之沸騰而產(chǎn)生蒸汽。蒸汽進(jìn)人汽輪機(jī)做功后進(jìn)人凝汽器，再通過熱交換器而完成發(fā)電循環(huán)。地?zé)崴畡t從熱交換器回注人地層。這種系統(tǒng)特別適合于含鹽量大、腐蝕性強(qiáng)和不凝結(jié)氣體含量高的地?zé)豳Y源。發(fā)展雙循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是開發(fā)高效 的熱交換器。 圖1 熱水型地?zé)岚l(fā)電的閃蒸系統(tǒng) 圖2 熱水型地?zé)岚l(fā)電的雙循環(huán)系統(tǒng) 地?zé)岚l(fā)電的前景是取決于如何開發(fā)利用地?zé)醿α看蟮母蔁釒r資源。圖3是利用干熱巖發(fā)電的示意圖。其關(guān)鍵技術(shù)是能否將深井打人熱巖層中。美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫科學(xué)試驗(yàn)室正在對這一系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)景試驗(yàn)。 圖3 利用于熱巖發(fā)電的示意圖 2．地?zé)峁┡?將地?zé)崮苤苯佑糜诓膳?、供熱和供熱水是僅次于地?zé)岚l(fā)電的地?zé)崂梅绞?。因?yàn)檫@種利用方式簡單、經(jīng)濟(jì)性好，倍受各國重視，特別是位于高寒地區(qū)的西方國家，其中冰島開發(fā)利用得最好。該國早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個地?zé)峁嵯到y(tǒng)，現(xiàn)今這一供熱系統(tǒng)已發(fā)展得非常完善，每小時可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽(yù)為“世界上最清潔無煙的城市”。此外利用地?zé)峤o工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源， 用作硅藻土生產(chǎn)、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產(chǎn)過程的熱源也是大有前途的。目前世界上最大兩家地?zé)釕?yīng)用工廠就是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙槳加工廠。我國利用地?zé)峁┡凸崴l(fā)展也非常迅速，在京津地區(qū)已成為地?zé)崂弥凶钇毡榈姆绞健?3．地?zé)釀?wù)農(nóng) 地?zé)嵩谵r(nóng)業(yè)中的應(yīng)用范圍十分廣闊。如利用溫度適宜的地?zé)崴喔绒r(nóng)田，可使農(nóng)作物早熟增產(chǎn)；利用地?zé)崴B(yǎng)魚，在28℃水溫下可加速魚的育肥，提高魚的出產(chǎn)率；利用地?zé)峤ㄔ鞙厥?，育秧、種菜和養(yǎng)花；利用地?zé)峤o沼氣池加溫，提高沼氣的產(chǎn)量 等。 將地?zé)崮苤苯佑糜谵r(nóng)業(yè)在我國日益廣泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地?zé)釡厥?。各地還利用地?zé)岽?力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，如培養(yǎng)菌種、養(yǎng)殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等。 4．地?zé)嵝嗅t(yī) 地?zé)嵩卺t(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用有誘人的前景，目前熱礦水就被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜。由于地?zé)崴畯暮苌畹牡叵绿崛〉降孛妫郎囟容^高外，常含有一些特殊的化學(xué)元素，從而使它具有一定的醫(yī)療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調(diào)節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度；含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥； 氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經(jīng)衰弱和關(guān)節(jié)炎、皮膚病等。 由于溫泉的醫(yī)療作用及伴隨溫泉出現(xiàn)的特殊的地質(zhì)、地貌條 件，使溫泉常常成為旅游勝地，吸弓怕批療養(yǎng)者和旅游者。在日本就有1500多個溫泉療養(yǎng)院，每年吸引1億人到這些療養(yǎng)院休養(yǎng)。我國利用地?zé)嶂委熂膊v史悠久，含有各種礦物元素的溫泉眾多，因此充分發(fā)揮地?zé)岬男嗅t(yī)作用，發(fā)展溫泉療養(yǎng)行業(yè)是大有可為的。 未來隨著與地?zé)崂孟嚓P(guān)的高新技術(shù)的發(fā)展，將使人們能更精確地查明更多的地?zé)豳Y源；鉆更深的鉆井將地?zé)釓牡貙由钐幦〕?，因此地?zé)崂靡脖貙⑦M(jìn)人一個飛速發(fā)展的階段。