本書系統(tǒng)介紹地熱能開發(fā)利用技術。全書共七章,主要內容包括地熱能在可再生能源中的優(yōu)勢,地熱利用的資源 基礎,當前實用性的高溫地熱發(fā)電、中低溫地熱直接利用和淺層地熱能利用技術,前瞻性干熱巖資源的研究進展,世 界*前沿的地熱能開發(fā)試驗。
本書由長期從事地熱資源勘查和開發(fā)利用*線的專家編寫,依靠扎實的專業(yè)知識基礎和豐富的實踐工作經(jīng)驗, 并廣泛參閱國內外科技文獻,使通俗介紹的利用技術更具實用性、可操作性和先進性,可供地熱及相關專業(yè)技術人員 參考,也可供有意地熱產(chǎn)業(yè)的開發(fā)者、對新能源利用技術感興趣的人員及管理人員參考。
作者長期工作在地熱資源勘查和開發(fā)利用一線,且有國外地熱學習和 工作經(jīng)歷了,技術實用可靠
實用性和可操作性強
獲得 國家科學技術學術著作出版基金
地熱,對于多數(shù)人來說,似曾相識,又很陌生。溫泉的洗浴利用和具有療效在世界 各國都認為已有一兩千年的歷史,但是作為地熱能源的發(fā)電利用,是意大利人在 1904 年 首先試驗成功,于 1913 年拉德瑞羅地熱電站正式建成商業(yè)發(fā)電。2013 年拉德瑞羅地熱電 站運行百年之際,歐洲地熱大會為之舉行了百年慶典。
《中華人民共和國可再生能源法》闡明地熱能與風能、太陽能、水能、生物質能、海 洋能等同屬可再生能源。我國現(xiàn)正實施旨在改變以煤為主的傳統(tǒng)能源格局,轉向多元化 供給模式的能源生產(chǎn)與消費革命,即加快可再生能源對傳統(tǒng)能源結構的替代。
地熱能作為可再生能源中的一員,地熱發(fā)電沒有波動性和間歇性,我國的地熱資源 又可提供充足的資源后備,無論是地熱工作者,還是地熱開發(fā)商或地熱用戶,都有責任 盡量多地利用地熱能,盡量少用煤炭。正如我國科學家、原地質部長李四光教授在 20 世
紀 70 年代倡導中國地熱開發(fā)時所述:在我們這樣一個偉大的社會主義國家里,我們中 國人民有志氣、有力量克服一切科學技術上的困難,去打開這個無比龐大的熱庫,讓它 為人民所利用。如果我們不這樣做,而還是走資本主義陳腐的老路,把地球交給我們珍 貴的遺產(chǎn)煤炭之類內容極其豐富的財富,不管青紅皂白一概當作燃料燒掉,不到一 千年,我們的后代,對我們這種愚蠢和無所作為的行徑,是不會寬恕的。
十三五可再生能源規(guī)劃,延續(xù) 2013 年國家能源局等《關于促進地熱能開發(fā)利用 的指導意見》,我國地熱事業(yè)正迎來新一輪發(fā)展高潮。本書適應當前地熱發(fā)展態(tài)勢,有現(xiàn) 實使用和參考價值。
本書內容全面充實,寫作富有特點: 在介紹開發(fā)利用技術之前,兼顧了地熱資源勘查領域,以避免開發(fā)者對資源勘探風
險的忽略,是一項提醒和補全。 各相關章節(jié)由長年工作在地熱資源勘查和開發(fā)利用第一線的專家執(zhí)筆,他們十分熟
悉自己的工作領域,還兼有國外地熱學習和工作的經(jīng)歷,可以說融匯了豐富的實踐經(jīng)驗 和國外新技術動向,技術實用可靠,又不失先進。
每個章節(jié)的內容,注意輔以圖片和照片等實例說明,增加了可讀性,便于讀者理解 掌握。
除了地熱常規(guī)技術外,本書還介紹了世界地熱能開發(fā)前瞻性的干熱巖資源,依靠增 強(工程)地熱系統(tǒng)(EGS)技術來開發(fā);同時介紹了地熱開發(fā)的前沿試驗,雖其在世 界上尚處研究階段,但對我們有啟發(fā)和裨益。
中國工程院院士
2017 年 6 月
本書為《地熱利用技術》,是新能源技術叢書之一。 地熱屬于可再生能源之一。目前世界地熱發(fā)電的總量約占世界總發(fā)電量的 1%,但是,
連同前瞻性的干熱巖開發(fā)逐趨成熟,美國已規(guī)劃出至 2050 年地熱電力將占全美用電的
10%。
高溫地熱發(fā)電品質優(yōu)異,沒有其他可再生能源電力的波動性和間歇性缺點。另外, 低溫地熱資源的熱利用大有前途,我國目前建筑能耗占總能量消費的 27.6%(在世界發(fā)達 國家占 40%),北方地區(qū)的供暖占建筑能耗的 36%,如果是暖通空調加上熱水供應系統(tǒng)則 占建筑能耗的約 60%,地熱(包括淺層地熱能)利用有巨大潛力承擔建筑用熱的需求。 我國的能源大業(yè)當前正處在能源生產(chǎn)與消費革命的進程中,地熱能將在可再生能源 替代傳統(tǒng)化石燃料能源中發(fā)揮重要作用。我國中低溫地熱資源的直接熱利用久居世界首
位,而過去我國地熱發(fā)電發(fā)展遲緩,但在新形勢下,認識已得到改善,資源更逐步探明, 十三五時期開始,我國地熱開發(fā),尤其是地熱發(fā)電已有明顯轉折,取得加速發(fā)展。
本書面向有意從事地熱產(chǎn)業(yè)的開發(fā)者和工作者。合作編寫人以數(shù)十年工作在地熱資 源勘查和開發(fā)利用第一線的專家、總工程師為主,他們既有國外專業(yè)學習的基礎,又具 極豐富的實際工作經(jīng)驗,從他們做過的百千個項目中凝煉出最新鮮、生動的感悟,包括 獲得過省部級二等獎以上的研究和項目,使本書的利用技術更具實用性、可操作性和先 進性。另外,編寫人廣泛閱讀了近些年國外發(fā)表的科技文獻百余篇,吸取了其中精華, 編撰在本書中,期望給讀者一個嶄新的世界地熱開發(fā)全貌,并包括尚未在國內翻譯、出 版過的新技術和新探索,以使國人了解國際地熱動態(tài)和發(fā)展趨勢,可有助于中國地熱的 研究和發(fā)展。
本書在 30 多萬字的篇幅中并不能教會讀者去從事地熱開發(fā)利用項目的具體設計,但 這里介紹了地熱開發(fā)項目的全過程,包括資源勘探和鉆井,以及開發(fā)利用所要從事和可 以選擇的地熱利用的各個方面,以使開發(fā)者明了全局,也使設計師有所比選,便于開發(fā) 項目選定設計方案,確立實施計劃,順利完成項目開發(fā)。
本書編寫分工:鄭克棪編寫第一章和第三章,潘小平編寫第二章,馬鳳景編寫第四 章和第五章,陳梓慧編寫第六章和第七章。全書由鄭克棪負責統(tǒng)稿和定稿。
本書得到中國工程院多吉院士的指導和支持,他是中國工程院唯一的地熱專業(yè)院士, 感謝他在百忙之中為本書作序。
由于編者水平所限,書中疏漏之處在所難免,懇請讀者不吝指正。
鄭克棪
2017 年 4 月
序
前言
地熱利用技術概述 1
第一節(jié) 可再生能源與地熱能概述 1
第二節(jié) 中國的地熱能開發(fā) 4
第三節(jié) 中國地熱開發(fā)前景 6
參考文獻 8
地熱資源保障 9
第一節(jié) 地熱資源 9
第二節(jié) 地熱資源勘查 12
第三節(jié) 地熱鉆井開采 28
第四節(jié) 地熱尾水回灌 35
第五節(jié) 地熱的腐蝕結垢與防治 43
參考文獻 46
高溫地熱發(fā)電技術 47
第一節(jié) 地熱干蒸汽發(fā)電 47
第二節(jié) 地熱濕蒸汽發(fā)電 52
第三節(jié) 地熱雙工質發(fā)電 62
第四節(jié) 地熱全流發(fā)電 66
第五節(jié) 聯(lián)合循環(huán)地熱發(fā)電 69
第六節(jié) 地熱發(fā)電的新試驗 72
參考文獻 73
中低溫地熱直接利用技術 75
第一節(jié) 地熱供暖 75
第二節(jié) 地熱制冷 93
第三節(jié) 地熱溫泉理療 98
第四節(jié) 地熱農業(yè)利用 110
第五節(jié) 地熱工業(yè)利用 119
參考文獻 123
淺層地熱能利用技術 124
第一節(jié) 熱泵技術 124
第二節(jié) 熱泵技術在淺層地熱能開發(fā)上的應用 135
參考文獻 173
干熱巖開發(fā)技術 174
第一節(jié) 世界迄今研究進展 174
第二節(jié) 場地選定 180
第三節(jié) 高溫鉆井 186
第四節(jié) 壓裂激發(fā) 188
第五節(jié) 對流試驗 192
第六節(jié) 電站建設 195
參考文獻 199
地熱能開發(fā)前沿試驗 202
第一節(jié) 巖漿鉆探試驗研究 202
第二節(jié) 地壓地熱資源開發(fā) 206
第三節(jié) 快速鉆井技術開發(fā) 209
第四節(jié) 地熱井口電站與集成發(fā)電模塊 215
參考文獻 217
附錄 地名、人名和公司名的中英文對照 220
內容索引 222
后記 225
作者簡介 227