能源与环境

1. 能源与环境 地热 第一小组 组长：王 磊 组员：李佳豪 孔 帅 蒋文超 张心宇 沈浩博

2. 目录 PART 1 地热的概念，以及地热成因、地热的分布情况以及地热的可利用价值 PART 3 中国目前地热资源开发利用情况，并介绍典型的例子 • PART 7展望 地热资源与其它资源的联合利用 地热资源目前的开发情况与研究方向，描绘未来地热资源利用的蓝图。 PART 2 介绍世界范围内比较有名的地热资源，介绍其用途并附以典型的例子 PART 4 地热在开发过程所出现的过度开发的后果，并提出关于地热开发的建议 PART 5 利用地热的安全性考量。 PART 6 地热与旅游（地热不仅仅是能源，还可以作为旅游资源）

3. PART1 地热的概念，成因 地热的分布情况以及地热的可利用价值。

4. 地热是来自地球内部的一种能量资源。 地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300℃，天然温泉的温度大多在60 ℃以上，有的甚至高达100 ℃～140 ℃。这说明地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。这种热量渗出地表，于是就有了地热。 地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔。

5. 地热的形成 • 　地球可以看作是平均半径约为6371km的实心球体。

7. 地热异常区 • 地热平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。 • 地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。近代火山活动地区常有地热异常。

8. 地热划分 • 地热一般根据呈现形式和温度高低来进行分类。 温度高低 　　在离地球表面5000米深，15℃以上的岩石和液体的总含热量，据推算约为14.5×1025焦耳（J），约相当于4948万亿吨（t）标准煤的热量。地热资源按温度的高低划分为高中低三种类型。中国一般把高于150℃的称为高温地热，主要用于发电。低于此温度的叫中低温地热，通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。 呈现形式 按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。

9. 地热资源温度分级表

10. PART 2 世界范围内的地热资源张心宇

11. 典型例子 拉德瑞罗地热田：世界地热发电的先驱 拉德瑞罗地热田位于意大利罗马西北面约180公里处，开发面积大约100平方公里。该地热田由8个地热区组成。拉德瑞罗地热田储集层内蒸汽的最高温度为310℃。拉德瑞罗地热电厂的总装机容量为38.06万千瓦，名列世界第四。

12. 盖瑟斯地热田：全球地热田之冠 盖瑟斯地热田是目前所知世界最大的地热田，位于美国加州旧金山北面约120公里处，面积超过140平方公、里，储集层蒸汽温度最高达280℃。1988年，该地热田电厂的总装机容量达到204.3万千瓦，真正称得上世界第一。

13. 怀拉基地热田：新西兰的地热之星 怀拉基地热田位于新西兰北岛中部陶波湖的东北侧。它是世界上第一个成功开发的大型热水田，利用热水发电的方法和经验从这里开始。该地热田热水温度最高达到265℃。

14. 菲律宾地热田：地热田中的后来居上者 菲律宾目前共有地热田和地热区30处，其中已发电者4处，具有开发潜力的6处，正在钻探和开发的9处，其余11处仍在进行地面研究。1995年菲律宾地热发电的总装机容量达到122.7万千瓦，21世纪以来，更是接近200万千瓦，仅次于美国，居世界第二。

15. 冰岛地热田：大西洋中脊上的地热奇苑 冰岛已知高温地热田和地热区共21处，全部分布在新火山活动带（距今70万年以内）之内，其中勘探与开发较多的地区大部分集中在冰岛西南、首都雷克雅未克的附近，以及东北的克拉夫和诺马夫雅克；雷克雅未克附近已开发的地热田包括雷克雅未克市区范围内以及市区东北约15公里的雷克低温热水田、斯瓦勤格高温热水田，以及尼斯雅维勒和魁瓦歌帝高温热水田。前二者所产630℃~128℃的热水全部供首都地区13万居民的生活用水和房屋供暖之用，后二者所产高温热水(260℃-38O℃)除一部分准备将来供应首都地区供暖外，其余将用于发电。

16. PART 3 李佳豪中国地热资源开发情况

17. 中国地热资源概况 • 中国地热资源是比较丰富的，据粗略计算，主要沉积盆地小于2 000米 的深度中储存的地热资源总量约4.0184×10^19kJ，相当于1.3711×10^12吨标准煤的发热量，以其1％作为可开采量计算，可开采地热资源总量为4.0184×10^17kJ，约相当于1.3711×10^10吨标准煤的发热量 • 据1996年统计，全国已勘查的地热点(田）有738处，其中进行过勘探的有43处；详查的83处；普查及区域调查的612处。探明各级可开采地热水总量为247.016万立方米/天,可利用热能约4 318.96MW，每年所提供的热量约相当于4.644×10^6吨标准煤

18. 中国地热资源地理分布不均（图2.5.1；表2.5.11）。就目前已勘查可利用地热资源而论，以中国西南地区最为丰富，已探明可利用地热能达2 204.45MW，占全国勘查探明可利用地热能总量的51.05％；其次是华北和中南地区，分别探明可利用地热能达745.33MW和 685.75MW，占全国可利用地热能总量的17.27％和15.89％；再次为华东地区，占9.92％；而以东北、西北地区最少，已探明可利用地热能分别仅占全国总量的2.53％和3.34％ • 以各省（区、市）的情况而论，地热资源最丰富的是西藏自治区，探明地热资源可开采热能1732.2MW，其次是云南、广东、河北、天津等省（市）。以上五省（区、市）探明地热资源可开采热能合计3157.1MW，约占全国总量的3/4

19. 丰顺县汤坑邓屋地热试验电站（中国第一座地热试验发电站）丰顺县汤坑邓屋地热试验电站（中国第一座地热试验发电站） • 1970年8月，中国科学院地质科学研究院、广东省水电厅等10多个单位派员前来丰顺县筹建邓屋地热发电试验站，投资10万元，自行设计、制造、安装一台86千瓦发电机组，年底建成中国第一座地热发电试验站并调试发电成功，地质部长李四光特拍电报祝贺，称发电站填补了我国地热发电的历史空白。这座地热站不仅填补了中国地热发电的历史空白，还培养了大批地热发电专业人才，堪称中国地热发电的“启蒙地”。 • 丰顺汤坑邓屋地热电站建成后，来自扎伊尔、联邦德国、泰国的国际友人和国内各省市科研、水电、教学部门前来参观访问的代表络绎不绝。不仅如此，联合国当时决定协助非洲人民开发地热资源，于是通过中国政府委托西安电影制片厂为邓屋地热发电站拍摄纪录片。据梅州地方历史资料显示，丰顺邓屋地热发电站证明91℃热水可用于发电，这一科学成果荣获1978年全国科学大会奖，被认为开启了我国地热资源运用的序幕。

20. 西藏地热简介 • 西藏是中国地热活动最强烈的地区，地热蕴藏量居中国首位，各种地热显示几乎遍及全区，有700多处。 • 其中可供开发的地热显示区342处，绝大部分地表泉水温度超过80℃，地热资源发电潜力超过100万千瓦。西藏地热总热流量为每秒55万千卡。西藏各地蕴藏丰富的地热发电潜力，总发电潜力40多万千瓦。20世纪60年代，中国开始对青藏高原地热资源进行研究与开发。西藏地热资源发电总量占拉萨电网的30%左右，除发电外，在住房取暖、蔬菜温室、医疗、洗浴等方面都有广泛的应用。

21. 西藏地热资源特点 • ①温度高。西藏超过沸点的地热显示点已发现36处。 　　 • ②类型多。西藏地热有水热爆炸，例如羊八井热水塘；间歇喷泉，如昂仁县切热乡搭格架间歇泉是中国已发现的最大间歇温泉；高原沸泉，分布在冈底斯山一带，如萨嘎县达吉岭乡如角藏布一支流；沸泥泉，措美县布雄朗古和萨迦县卡乌泉塘；地热蒸汽，分布在冈底斯山及念青唐古山南麓一带。 　　 • ③分布广。西藏境内各县均发现有地热显示点，比较集中的分布地区是藏东“三江”地区、阿里地区和雅鲁藏布江谷地。 　　 • ④放热强度大。西藏地热放热强度位居中国首位，有些地热显示区的天然热流量达到107～108卡/秒。 　　 • ⑤矿化度复杂。

22. 西藏地热资源的分布 • 西藏地热活动区位于喜马拉雅地热带中，高温地热资源占全国地热总量的80%。西藏地热资源主要分布在青藏 • 铁路沿线的拉萨－尼木－羊八井－那曲－错纳湖一带，此外“一江两河”地区和藏北无人区也蕴藏着丰富的地热资源。 • 西藏地热分布按其地热活动形迹、显示特征和区域地质，大致划分为三大区域：藏北低、中温水显示区，“三江”上游中、高温热水显示区，藏南部谷地高、中温水汽显示区。

23. 拉萨羊八井地热田 • 羊八井地热田（Yangbajain geothermal field）位于位于拉萨市西北当雄县羊八井区西侧，距拉萨市约90千米，海拔4300米。 • 1977年9月，利用浅层热储的湿蒸气资源建成一座试验地热电站。由于浅层热储发电热效率低，生产井和发电设备过流部件结垢、腐蚀严重。 • 1992年西藏自治区人民政府在拉萨召开了西藏高温地热开发利用国际研讨会。与会的国内外地热专家对羊八井北区深层热储存在的可能性勘探靶区、工艺等问题进行研讨和交流，一致认为羊八井北区深层高温热储有非常好的开发前景。1993年，在地热田北部钻成ZK4002井，井深2006.8米，在1500米处温度高达262.3℃；因施工工艺和技术手段等原因，仍未获得热流体。 • 1995年又相继钻成ZK4001井，井深1459米，井口温度200℃，汽水流量达302吨/时。至2004年12月底，装机容量仍保持在25.18兆瓦，年发电量约100 X 10^3兆瓦·时。地热水除用于发电外还用于蔬菜温室，收到了良好的效益。

24. 中国地热城 • 1.咸阳 • 2006年3月10日，中国矿业联合会和国土资源部授予咸阳中国地热城的称号 • 有目的地勘查开发地热资源始于上世纪八十年代中期，经过零星的地质作业和小范围的勘探，1992年底，第一口地热井在辖区内的兴平开凿成功。时至今日，全市已成功开凿了24眼地热井全市地热供暖已经达200万平方米，仅此一项，市区每年可减少燃煤20万吨，减少工业垃圾3万吨，减少排放废气19474吨。

25. 中国地热城 • 2.临沂 • 2008年7月26日山东临忻成为继陕西咸阳之后全国第二个获中国地热城殊荣的城市。上世纪50年代末开始，临沂对地热资源进行了系统研究。经勘察，全市发现地热异常点49处，在三区九县内均有分布。截至今年6月，已有12处得到验证；其中成功开凿了10眼地热井，热水的年实际开采量为164.25万立方米。目前，已经建成了一批温泉酒店、温泉度假区、温泉旅游区等大型温泉旅游项目，都以突出温泉文化为特色。

26. PART 4 沈浩博 过度开发地热资源造成的后果 一、地热水资源衰竭 二、地面沉降 三、水质变化、污染 四、地震

27. 地热水资源衰竭 地热水补给源远，循环周期长，经C14测年分析，平原区多数地热水年龄在10000年以上，因此地热水资源不是一种可大量再生的资源。对其大量开采，必将引起地热水资源的衰减。 我国山西奇村地热田自发现至今已有30年，由于多年的无序开采，地热水开采量不断增加，而地热水的补给源相对减少，冷水大量混入，使地下热水水温下降，同时地热田面积也由原来的2.5km2减至2.18km2，水化学成分也有了较大的变化，直接影响着奇村地热田的开发利用。 河南省新乡市地热水开发程度较高，据其地热水水位动态监测资料显示，地热水水位逐年下降。“新一水”地热井开采至今已有16年，水头由原来的地面以上33m，下降到目前的地面以上6m，平均下降速率约1.6m/年。

28. 地面沉降 过量开采地下水是引起地面沉降的主要原因，地面沉降伴随地下水开采而发生，随地下水开采量的增加而发展扩大，随开采量的减少而减缓， 地下水位下降 局部范围的地面下沉 道路毁坏 地下管道破裂等。

29. 水质变化、污染 地下热水温度高，压力大，溶解周围岩石中化学物质的能力较强，因此水中往往含有几十种化学元素，其中有一些是对人体有害的，如氟，砷和某些放射性元素等，所以，地热开发会污染饮水水源，引起地方病。 有害成分污染地热水形成于高温、深循环的深部岩层中，往往具有特殊的化学成分和高矿化度，未经处理地长期排放，必将带来地下水和土壤的化学污染。世界各地及我国一些地方的地热水开发利用中，已经发生了地下水和土壤污染。如豫北地区地热水多数具有含量较高的矿化度、Cl-、SO42-、F-，部分地热水中存在含量较高的Cu、Fe以及其它成分，不适合直接用于饮用、农田灌溉和渔业养殖，如直接排放，必将对环境造成污染，进而影响到人们的身体健康。 地表水受地热水污染的影响和程度在北方地区特别严重，因为地表水季节变化大，特别是冬季地热水开采量和排放量相应增加，而地表径流减小，必然会造成局地地表水质恶化。监测结果表明，在地热开采井的附近，地下水的氟含量和矿化度都有上升的趋势。

30. 地热水是地球壳体的重要组成部分，具有缓冲地基岩石板块应力的作用，并承受和分散地表压力。在山脉地区和城市高层建筑密集区域，地表压力尤为巨大，因此该区域的地下热水资源受破坏程度，将直接威胁到此类地带的地理稳定性。地热水体与浅表地下水体不同，对后者的采集和利用造成浅表地下水体水位下降，可在水排放和蒸发、以天空自然降水（下雨、下雪、冰雹、霜露）和江河的河床渗水形式加以循环补充。而地下热水在被人类强行钻透深部岩层采集抽吸后，因自然降水难以进入地下热水库存，不能被循环补充。当地热水体被过量开采后，不可避免地产生岩层内及岩层下的水体空缺，导致大地的稳定性受到破坏，这将诱发地震。地热水是地球壳体的重要组成部分，具有缓冲地基岩石板块应力的作用，并承受和分散地表压力。在山脉地区和城市高层建筑密集区域，地表压力尤为巨大，因此该区域的地下热水资源受破坏程度，将直接威胁到此类地带的地理稳定性。地热水体与浅表地下水体不同，对后者的采集和利用造成浅表地下水体水位下降，可在水排放和蒸发、以天空自然降水（下雨、下雪、冰雹、霜露）和江河的河床渗水形式加以循环补充。而地下热水在被人类强行钻透深部岩层采集抽吸后，因自然降水难以进入地下热水库存，不能被循环补充。当地热水体被过量开采后，不可避免地产生岩层内及岩层下的水体空缺，导致大地的稳定性受到破坏，这将诱发地震。 地震

31. 地热资源量和开发量最大国——美国的经验教训地热资源量和开发量最大国——美国的经验教训

32. 美国地热能协会（GEA：Geothermal Energy Association）2012年4月公布的报告称：从2010年1月到2012年3月开发了5处地热发电，共计9万千瓦。这样一来，美国地热发电总量达到了319万千瓦。

33. 在美国300万千瓦地热发电中占90万千瓦的，是位于旧金山北方庞大的“盖瑟尔斯地热田”（ Geysers geothermal field）。现在山中有18座发电站，其中15座属独立发电运营商Calpine公司所有，并由其运营。 盖瑟尔斯是继意大利拉德瑞罗、新西兰怀拉基之后，全球第三个开发的大规模地热田，1960年开始进行商业运营。在石油危机之后石油价格暴涨的背景下，石油公司等陆续参与进来。之后又因加利福尼亚州采取了可再生能源优惠政策和废气管制措施，开发日益加速，鼎盛时期的输出达到了200万千瓦。 不过由于乱开发导致的后果，目前开始以每年25％的速度锐减。并且已经成为一个反面教材：虽然岩浆温度不会下降，但如果过度开采热水，便无法进行持续利用。之后通过将生活污水的处理水注入地下等，开始进行“回灌”，以缓和衰减率。对于此前经历过淘金热及石油等资源大规模开发的美国来说，“挖掘”是一个可使人一夜暴富的惯用手段。不过，与石油及天然气等资源相比，地热需要更谨慎细致地利用。

34. PART 5地热开采的安全性考量孔帅

35. 地热与地震

36. 瑞士地热发电项目引发地震 专家面临刑事指控 瑞士巴塞尔地址能量公司2006年在西北城市巴塞尔底下钻洞，以期利用地下5公里处地热发电。施工过程引发一系列地震，致使附近建筑墙壁开裂、财物受损。设计改方案的瑞士地质专家马库斯黑林面临刑事指控。如果罪名成立，他可能获刑最多5年监禁。

37. 马库斯黑林的设计方案——传统增强型地热系统马库斯黑林的设计方案——传统增强型地热系统 对地下进行深层钻探断裂岩石，把水注入地下这些人工产生的、张开的连通裂隙带中。水与岩体接触后被加热，这些高温水产生蒸汽用于发电。 模仿天然发生的热水型地热循环系统 传统增强型地热系统

38. 增强型地热系统（EGS)与地震 地震如何被诱发？ 当钻孔破碎“热岩”时，由于压力突降，裂缝中的水突然蒸发，迅速变成蒸汽，就像摇晃后的汽水瓶突然打开气泡会喷发一样，进而驱动涡轮机发电。钻井本身不会引发地震，蒸汽排放和废水会馆却会使断层或裂缝处于新的不稳定状态，从而引发地震。

39. 新技术有望解决地震问题 Gtherm公司今日表示，该公司已研发出一种新技术，在开采地热能过程中不需要任何裂缝或注入冷却水。其工作原理是：该技术主要是通过在井底使用一种固态热交换器（或称之为“热巢”），借助高导热泥浆，来更好地吸取周围岩石的热量，这不仅可以提高地热能开采量，而且也不会造成地质风险。 其工作原理具体如下：高导热泥浆在一个封闭环路中穿过长长的深井，把热量从巢底带到地面，随后在独立的封闭循环中转化为气体，从而驱动涡轮机进行发电。

40. 地热与地面沉降

41. 这不是世界末日，而是现实 2012年2月中旬，一道形似闪电的裂缝，在上海浦东环球金融中心西侧地库出口处出现。这条长约10米的地缝，最宽处可以插入一指。在裂缝两侧，沥青路面呈现明显的拱起状。这就是由于地面沉降引起的。 上海从1966年到2011年的45年间，地面沉降量约为29厘米。

42. 地热水开采的地面沉降机理 由于过量抽汲深层地下热水，引起水位下降，在欠固结或半固结土层分布区，土层固结压密而造成大面积地面下称现象。 深层地热水的抽汲比表层地下水的抽汲更加危险，而且带来的沉降难以通过回注进行弥补。

43. 如何权衡地热水开采和地面沉降？ 建议和指导 严格控制新近系开发利用规模，提高地热资源利用率，严格禁止非地热异常区的地热开发，提高地热回灌率。

44. 从安全性角度考量，地热开采是一种可控的安全性较好的能源利用方式。相比于核电站等，其危险都是潜在的、可预防的、可控制的、可弥补的。因此地热在安全性上存在相对优势。但是也不得对潜在地震威胁和地面沉降问题掉以轻心，要做到未雨绸缪，先考证后动工。从安全性角度考量，地热开采是一种可控的安全性较好的能源利用方式。相比于核电站等，其危险都是潜在的、可预防的、可控制的、可弥补的。因此地热在安全性上存在相对优势。但是也不得对潜在地震威胁和地面沉降问题掉以轻心，要做到未雨绸缪，先考证后动工。 个人结论

45. PART 6地热与旅游By蒋文超

46. 地热景观 • 地热景观资源是指各种奇特的、绚丽多彩的、多姿多态的水热活动景观 • 主要包括： • 1、歇喷泉、喷气孔、蒸气谷、沸喷泉、沸泉群、热水湖 • 2、各类泉华形成的“石蘑菇”、“天生桥”、“石林” • 3、高温地热井放喷时形成的汽水柱

48. 地热旅游资源的开发 • 1、地热景观的参观游览 • 比如美国的黄石公园，它是美国设立最早、规模最大的国家公园，也是世界上最壮观的国家公园之一。它拥有有数以千计的温泉，这些温泉碧波荡漾，水雾缭绕，上百个间歇泉喷射着沸腾的水柱，全球一半以上的间歇泉都在这里

49. 2、与温泉相关的服务 • 在温泉附近建温泉浴场，温泉酒店，度假村，游泳馆、水上乐园等等。 • 利用温泉进行医疗和保健，温泉含有多种有益于人体健康的元素

50. 地热旅游资源开发的优势 1、地面的地热景观资源开发难度比较低。地热景观资源作为大自然给与我们的财富，展现着大自然的神奇魅力，将其开发程旅游景点，可以吸引游客参观，带动旅游产业的发展 2、地热资源所衍生出来的服务主要与温泉相关，它所带给人的不仅仅是视觉上的享受，更是身体与心灵的放松。所以温泉开发的潜力相当大