地热能概念

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地球能量与干热岩型地热能

胡经国

一、地球的能量

地球并不是一个封闭体系，它每时每刻都在宇宙中运动着。同时，它也在

宇宙中进行着能量与物质的交换，而且能量与物质总是紧密地联系在一起的，

伴随着物质的获得或丧失，地球系统也同时获得或丧失能量。

1、地球能量的产生

⑴、地球的内能

地球的内能包括热能、动力能和重力能。不同种类的能量可以互相转换，

如重力能可以转换成热能，而热能又以可转换成动力能等。

①、热能

地球内部是一个庞大的热库，放射性元素衰变是地球热能的主要来源。

联合国有关新能源报告显示，全球地热能资源总量相当于全球资源总消耗

量的45万倍。

地球从地面至地心，随着深度的增加，温度也在不断地升高。据地球物理

资料及数据推断，整个地球的平均温度约为2000℃；地核的温度约为6000℃，

其炙热程度可与太阳表面相媲美。

②、动力能

地球是太阳系的九大行星之一。它除了围绕太阳进行公转以外，本身还在

不停地自转。地球自转产生的惯性离心力，能够给予地球体巨大的能量，这种

能量就称为旋转能，或叫做动力能。据计算，这种能为2.1×1029焦耳。如果换

算成电能，那么它相当于全球发电总量的数亿倍。

③、重力能

地心引力给予地球体本身的能量叫做重力能。它可以转换为热能或动力

能。

⑵、地球的外能

地球的外能包括太阳辐射能、引力、人类活动及其它能量。

①、太阳辐射能

太阳辐射能是地球表面最主要的能源，也是地表水和大气运动的主要动

力。它能使地球表面发生风化、剥蚀而改变其原来的外貌。

②、引力

日、月的吸引力对地球产生作用力，这种作用力本身也可以转化为能量。

③、人类活动及其它能量

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另外，地球上数以万计不停地奔腾流淌的河流，将流域内的大量泥沙冲向

异处；人类大规模开采矿藏，每年有数亿立方米的岩石、矿物被搬动。这些同

样可改变区域性地壳平衡，并与之相伴产生一定的能量。

2、地球能量的传递

地热能传递的方式有传导、对流、辐射。其中，地幔对流是热量由地心向

地表传输的主要途径。

地球内部高温熔融的地核使其周围的地幔被加热熔化，产生上升热流；这

种上升热流在遇到地壳降温以后，向四周分流，密度增大，又向地幔下部沉

降；在地核附近再遇热上升，如此往复便形成地幔对流。

地幔对流带动了其上方的地壳大陆板块或海洋板块的上升、下沉与平移，

形成山脉、海洋、大陆，形成大洋中脊裂谷和大陆裂谷；同时地幔对流也是地

表热点的分布、地震和火山活动以及某些矿产行成的重要因素。

地幔热对流就像运动的传送带，被认为是地球演化变迁最可能的原始驱动

力。

3、地球能量的释放

在地球46亿年历史长河中，运动着的地球不断地蓄积和释放能量。地球释

放能量的形式多样，其中主要有以下4种：

⑴、热传导

大地通过岩石向外传导热能是地球热能释放的主要渠道，称为大地热流。

地球每年通过热传导从地球表面散失的热量约为1.399×1021焦耳。

⑵、火山喷发

地下的岩浆沿着地壳的薄弱带（如断裂带）上升，若喷出地表即形成火山

喷发，使地球内部积聚的热能得到释放，其后再形成新的能量平衡。地球每年

通过火山喷发释放的热量大约为3.3×1019焦耳。

⑶、地震

地震是指地壳在快速释放能量过程中造成振动并产生地震波的一种自然现

象。据不完全统计，地球上每年发生大大小小500万次地震.其中，能对一个地

区造成巨大灾难的大地震约有10来次。地球每年通过地震活动释放的热量大约

为5×1017焦耳。

⑷、温泉

地球每年通过地热带温泉释放的热量估计约为2×1018焦耳。

4、清洁热源地热能

⑴、地热能概述

地热资源是一种无污染的清洁能源。随着石油、天然气、煤炭等传统能源

逐渐枯竭，地热资源将成为未来能源的一个重要组成部分。

目前，国际上有100多个国家在开发利用地热资源，并以每年12%的速度

递增。预计到2100年，地热利用将在世界能源总值中占30%～80%。

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中国属于地热资源丰富的国家，开发潜力巨大。早在1970年，李四光先生

高瞻远瞩地提出：“地下是一个大热库，是人类开辟自然能源的一个新来源，

就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样”。

⑵、地热能的几种表现形式

①、水热型地热

水热型地热，即地球浅处（地下100～4500米）所见的热水或水热蒸气，

例如温泉、间歇泉。这些地下热水和蒸汽，其实是大气降水在地下深处被热岩

体加热的结果。

②、干热岩型地热

干热岩型地热，即埋深至地下数千米、内部不存在流体或仅有少量地下流

体的高温岩体。

③、地压型地热

地压型地热，即某些大型沉积盆地（或含油气）深处（3000～6000米）存

在的大量高温高压流体。

④、熔岩地热

熔岩地热，即储存在高温（700～1200℃）熔融岩体中的巨大热能，例如火

山岩浆。

⑶、地热能的利用

人类利用地热能历史久远，从温泉沐浴、医疗、取暖，到建造农作物温

室、水产养殖及烘干谷物等。目前，人类开始建立地热资源的现代概念，着手

进一步开发利用。

①、地热能发电

地热发电是地热利用的工业利用。地热发电和火力发电的原理相同，都是

利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能带动发电机发电。在地热发电中，大

地就是锅炉，它所用的地热能源从大地出来时就是蒸腾高温蒸气，可直接做机

械能转换，带动发电机发电。

②、地热能供暖

地热能可直接用于采暖、供热和供热水。

③、温室种植和水产养殖

反季节新鲜蔬菜、高档花卉和鲜活水产品大量进入现代人生活。中低温地

热资源可以直接用于温室供暖（包括土壤加温）和温水养殖，供暖稳定且产值

高。

④、温泉洗浴和医疗

温泉水自古以来就用于洗浴和医疗，矿水成分有普通热水所不具备的洗浴

功效。地下热水在地下深部较高温度、压力的条件下，能溶解丰富的矿物质，

如偏硅酸、偏硼酸、硫化氢、氡、镭、氟等成分，形成医疗矿水，并在一些地

热区形成矿泥，具有医疗价值。

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二、干热岩型地热能

1、干热岩型地热能概述

干热岩是埋藏于地面以下1000～10000米、内部不存在流体或仅有少量地

下流体的高温岩体。它的温度在50～650℃之间。干热岩主要被用来提取其内

部的热量,因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。

干热岩型地热是一种可用于采暖、发电和综合利用的最具战略潜力的可再

生清洁能源。

干热岩是一种特殊的地热资源。干热岩是属于温度大于150℃的高温地热

资源，其性质和赋存状态有别于蒸汽型、热水型、地压型和岩浆型的地热资

源。

干热岩的岩石成分可以变化很大,绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩,

但也可以是中新生代的变质岩,甚至是厚度巨大的块状沉积岩。干热岩的热能

赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体中，较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗

岩、花岗闪长岩等。

2、干热岩型地热能储量

⑴、国际范围储量

目前保守估计，在3000～10000米深处的地壳中，干热岩所蕴藏的能量相

当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的300倍以上。

⑵、中国储量

中国地质科学院水文地质环境地质研究所国家“863”计划项目“干热岩地

热地质资源评价与开发技术研究”，对中国陆区干热岩资源潜力进行了估算。

估算结果显示，在中国干热岩地热能（3000～10000米）理论资源量相当于860

万亿吨标准煤；若开采其中的2%，则相当于2013年中国能源消费总量的5200

倍。

3、干热岩型地热能优势

⑴、无处不在、取之不尽

干热岩型地热能是无处不在、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。

⑵、与传统化石能源相比

干热岩型地热能是一种清洁可再生能源。

干热岩清洁无污染，是友好型、亲环境的可再生能源。石油、煤炭燃烧的

排放物会造成雾霾、促进酸雨的形成，增加大气二氧化碳的浓度，排放物中的

汞还会污染水源。与火电、水电相比，干热岩发电几乎是零排放，开发安全，

持续性好。

⑶、与其他清洁能源相比

干热岩型地热能能够实现稳定、可靠且安全的能源供应。

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风能不稳定。太阳能占地面积大，受夜晚及季节的局限。水能受季节影

响，还可能造成流域生态破坏。核电虽清洁，但其危害程度重、范围大，有安

全隐患；2011年日本大地震造成的核泄露事故，至今令世界人类心有余悸。

2019年6月9日编写于重庆

2019年9月7日修改于重庆