毕业设计(论文)地热能干热岩发电、集中供暖.doc
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1、成人高等教育毕业设计(论文)题 目 地热能-干热岩发电、集中供暖 专 业 热能与动力工程 班 级 学 生 闫 涵 指导教师 2015 年摘 要能源是人类社会赖以生存与发展的基础,人类的任何生产与生存活动都离不开能源。长期以来,石化燃料对世界经济的高速发展有着深远的影响,给人类带来前所未有的繁荣与幸福。但是,直到最近我们才开始完全认识到人类过度开采和滥用石化资源所带来的灾难和为此所付出的沉重代价,人类所面临的挑战已经很清晰。近年来,虽然政府对集中供热系统建设的投入逐年上升,但我国集中供热覆盖率仍处于较低水平,目前仅在北方各省的主要城镇建有集中供热系统,且平均覆盖率不到50%。北方主要城镇的供暖基
2、本为市政集中供暖、天然气供暖等供热方式。集中供暖方式的热量及供暖范围已远远达不到现阶段居民取暖的需求。随着节能减排淘汰落后产能政策在全国的推广,地热及干热岩等具有节约燃料和减少环境污染特点的新型能源,在未来将成为我国主要的集中供热方式。关键词:地热能源;可再生能源;地热发电;集中供暖;干热岩AbstractEnergy is the basis for the survival and development of human society, and humans production and living activities can not be separated from the e
3、nergy. For a long time, fossil fuels have a profound impact on the rapid development of the world economy, which has brought unprecedented prosperity and happiness to mankind. But, until recently, we have only begun to realize that the human over exploitation and abuse of fossil resources and the he
4、avy cost of human resources, the challenges facing humanity has been very clear. In recent years, although the government has increased the investment in the construction of central heating system, but Chinas central heating coverage is still at a low level, only in the north of the main cities and
5、towns are built a central heating system, and the average coverage is less than 50%. The heating of the main towns in the north of the city is mainly concentrated in the heating system, such as central heating, natural gas heating and so on. Central heating mode of heat and heating range is far less
6、 than the demand for the residents of the present stage. With the elimination of backward production capacity policy in the country to promote energy-saving emission reduction, geothermal and hot dry rock can save fuel and reduce environmental pollution characteristics of new energy, in the future w
7、ill become the main heating mode. Keywords: geothermal energy; renewable energy; geothermal power; central heating; hot dry rock目 录1. 干热岩的介绍与发展11.1干热岩的介绍12干热岩发电12.1我国干热岩资源分布12.2如何最佳选址开发22.3开发干热岩有哪些益处22.3.1无温室气体排放22.3.2干热岩可循环利用22.3.3干热岩储量丰富22.4开发干热岩面临哪些困难32.4.1热储水库建设难32.4.2钻井技术与装备要求高32.4.3或引发自然灾害32.4
8、.4对动植物的影响32.4.5对土壤的影响43.干热岩集中供暖技术43.1工作原理43.2技术特点43.3应用范围53.4应用服务53.5技术特点对比64.国外对干热岩的研究74.1美国74.2日本84.3德国84.4澳大利亚85.干热岩政策86.结束语10致 谢11参考文献121. 干热岩的介绍与发展1.1干热岩的介绍目前,人们对干热岩还没有统一的定义。早期,干热岩地热资源通常指温度大于200、埋藏于距地面两公里以下、无裂隙的岩体。但也有科学家认为,定义干热岩时,其温度与埋藏深度等条件不必过于严苛,只要岩体温度高、埋藏深度合理、内含流体较少(或不含流体)、能用干热岩技术来提取岩体中的热量的岩
9、体均可称为干热岩。2干热岩发电干热岩发电是20世纪70年代由美国加州大学研究人员提出的。其基本理论是在高温但不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体中,通过水力压裂等方法制造出一个人工热储水库,将地面冷水注入地下深处以获取热能,然后将热水导出至地面进行发电。2.1我国干热岩资源分布我国地热资源丰富。经科学测算,有国内专家认为,中国大陆310公里深处干热岩资源总计为2.09107EJ,合7.1491014吨标准煤,高于美国本土(不含黄石公园)干热岩地热资源量(1.4107EJ)。若按2%可开采资源量计算,相当于中国大陆2010年能源消耗总量的4400倍。从我国干热岩地热资源的温度上看,310公里深
10、度内,小于75的干热岩资源占总资源量的2%;75150的占43%;大于150的占55%。由于干热岩温度随着埋藏深度的增加而升高,资源量也与深度呈正比,考虑到我国大陆地区的热状态、干热岩开发的经济性和当前开发以发电为主要目的,现阶段的开采深度在47公里比较适宜,这一深度可开采的干热岩热储温度为150250。从区域分布上看,青藏高原南部占中国大陆地区干热岩总资源量的20.5%,温度也最高;其次是华北(含鄂尔多斯盆地东南缘的汾渭地堑)和东南沿海中生代岩浆活动区(浙江、福建、广东),分别占总资源量的8.6%和8.2%;东北(松辽盆地)占5.2%;云南西部干热岩温度较高,但面积有限,占总资源量的3.8%
11、。2.2如何最佳选址开发地热梯度和热流值较高的地方最有利于干热岩的开发利用,因此,应选择板块碰撞地带,包括海洋板块和大陆板块的碰撞带(如日本群岛和美洲的安第斯陆缘弧)、大陆和大陆板块之间的碰撞带(如印度洋板块和欧亚板块在喜马拉雅山和我国云南等地的碰撞部位)、大陆内部的断陷盆地地区等。从岩石本身的物理性质考虑,应选择密度大、热传导率高的岩石。也就是说,花岗岩和花岗闪长岩类优于其他的岩石(如辉长岩、玄武岩类)。此外,花岗岩本身含有较高浓度的放射性元素,这些放射性元素不断地衰变并释放能量,从而增加干热岩的热量供应。因而,选址时还应注意花岗岩生成的时间,生成时间越长,其损失的能量越多。理论上,大陆地壳
12、任何部位都有可能作为干热岩的候选地,但实际开发干热岩的经济可行性因素对选址起着重要影响。如何准确选取最佳钻探与开发地,仍是干热岩研究的一个前沿性课题。2.3开发干热岩有哪些益处2.3.1无温室气体排放基于干热岩资源利用的新式发电系统不燃烧化石燃料,因此不会排放温室气体二氧化碳和其他污染物。2.3.2干热岩可循环利用冷水变热后可能最终会使岩石温度降低到20左右,因此一处干热岩发电站可能只能连续工作20年左右。但是,这个热储库关闭后,地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石。几十年后,这些热岩就能再次被用于发电。而且,在关闭期间,发电站可以得到充分的维修和技术升级,为下次发电做好准备,实现周期性循环发电。
13、2.3.3干热岩储量丰富开采使用干热岩,可满足人类长期使用需要。麻省理工学院一份研究表明,只要开发地球上310公里深度中2%的干热岩资源储量,就能产生21020EJ能量,是美国2005年全年能耗总量的2800倍。也有专家保守估计,地壳中距地表310公里深处的干热岩所蕴含的能量相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。2.4开发干热岩面临哪些困难2.4.1热储水库建设难干热岩地热利用,要求在地下形成广泛的裂隙,让低温水流经它们来实现干热岩热交换,其前提是要打造地下热储水库。目前,主要有人工高压裂隙、天然裂隙、天然裂隙-断层3种模式。其中研究最多的是人工高压裂隙模式,即人工高压注水到井底,高
14、压水流使岩层中原有的微小裂隙强行张开或受水冷缩产生新的裂隙。随着低温水的不断注入,裂缝持续扩大、增加,并相互联通,最终形成面状的人工热储水库。人们还可利用微震监测系统、化学示踪剂、声发射测量等方法,监测并反演出人工热储水库构造的空间三维分布。2.4.2钻井技术与装备要求高开发干热岩地热资源需要深井钻探,钻打高温岩体钻头的耐热度需要达到350。另外,在实际工作中需要应用防斜钻井技术,这将增加开发过程中的难度和生产费用。2.4.3或引发自然灾害当前开发的地热资源,尤其是高温地热资源一般都位于地震活动区,世界上主要地热田附近都已观察到地震活动(低于里氏4级),2006年12月,瑞士巴塞尔的一个地热开
15、采钻井钻至地表5000多米岩石深处,并通过灌水加压提取地热时,突然发生了地震,在随后的几天里持续发生里氏34级地震。在地热开发过程中,由于抽取地热水引起地下热水位不断下降,热储地层水压力降低,有效应力增大,地层产生压缩,从而引起地面变形,在浅部热储层开发中表现得更为突出。2.4.4对动植物的影响 地热田生产废水尤其是高温地热田发电尾水的排放还会影响周围的生态系统及生物多样性。西藏羊八井地热发电的尾水水温高达80,每天至少有45万t排放到藏布曲河,致使河中原有的鱼类绝迹。此外,热田开发中的钻井工程、纵横交错的管道,高温蒸汽的排放使得附近草甸生态环境受到破坏,草甸植被大片受损、死亡,草场退化,草地
16、荒漠化,野生动物也难觅踪迹。2.4.5对土壤的影响地热水的矿化度一般比较高,渗入土壤后大量的盐类容易造成土壤板结和盐碱化。那曲地热田排泄地热流体矿化度平均在2000mg/1左右,从热田到次曲河近3km的排泄流程中形成了200400m宽度不等的盐碱地。盐碱化地带表面白色盐化沉积物广布、土壤板结、寸草不生,与周边的良好牧草场形成鲜明的对比。此外,除技术发达国家外,世界上大部分国家对干热岩领域重视不足,基础地热地质勘察工作薄弱,勘察手段不完善,基础研究不深入等,也制约了干热岩资源的商业性开发。3.干热岩集中供暖技术3.1工作原理 干岩供热技术是指通过钻机向地下一定深处高温岩层钻孔,在钻孔中安装一种密
17、闭的金属换热器,通过换热器传导将地下深处的热能导出,并通过专用设备系统向地面建筑物供热的新技术。这一技术与传统地热利用技术的区别在于不开采使用地下热水,就可以随时随地使用地热。干热岩地热能是无处不在,取之不尽的新能源。“有深度,就有热度”可以说,站在地球的每一个角落,脚下几千米深处的岩石,都是热源,不受地域限制。 3.2技术特点1、普遍适用:每个建筑物下都有地热能,开发地热能在地面上具有普遍性,钻孔位置的选定比较灵活,一般不受场地条件制约。2、绿色环保:无废气、废液、废渣等任何排放,能量来自地热,治污减霾成效显著。3、高效节能:专用的吸热导热装置与新材料的使用提高了地下吸热导热效率;一个换热孔
18、可以解决1-1.3万平米建筑的能量需求。4、保护水资源:系统与地下水隔离,仅通过换热器管壁与高温岩层换热,不抽取地下热水,也不使用地下水。5、安全可靠:孔径小,深度在2000米以下,对建筑地基无任何影响,地下无运动部件;利用地下高温热源供热,系统稳定。6、系统寿命长:地下换热器采用J55特种钢材制造,耐腐蚀、耐高温、耐高压,寿命与建筑寿命相当。7、投资及运行更经济:向地下中、深层取热,增加单孔取热量,扩大供热面积,可减少钻孔数,降低开发成本。8、一机多用 :可夏季制冷、冬季供暖、常年供应生活热水。3.3应用范围1、单个项目的应用:对于建筑面积在10万至几十万平方米的住宅小区,在项目用地红线内安
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