地热能〔Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。
地球内部的温度高达7000℃，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200℃。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量 。
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简介
人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。
地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量来自太阳，大约占总的地热能的5%，表面地热能大部分来自太阳。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。其储量比人们所利用能量的总量多很多，大部分集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。它不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么热能是可再生的。”
怎样利用这种巨大的潜在能源呢?意大利的皮也罗?吉诺尼?康蒂王子于1904年在拉德雷罗首次把天然的地热蒸气用于发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注入到岩层，产生高温蒸气，然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。在这过程中，将一部分没有利用到的水蒸气或者废气，经过冷凝器处理还原为水送回地下，这样循环往复。
地热能是一种新的洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。其中距地表2000米内储藏的地热能为2500亿吨标准煤。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。在地热利用规模上，我国近些年来一直位居世界首位，并以每年近10%的速度稳步增长。
在我国的地热资源开发中，经过多年的技术积累，地热发电效益显著提升。除地热发电外，直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。
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作用
2.1 地热发电
地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类 。
1) 蒸汽型地热发电
蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制(参考《资源》栏目有关文章)。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。
2) 热水型地热发电
热水型地热发电是地热发电的主要方式。
热水型地热电站有两种循环系统：
闪蒸系统
闪蒸系统
闪蒸系统如图1所示。当高压热水从热水井中抽至地面，由于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功;而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注人地层。
双循环系统
双循环系统的流程：地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注入地层。
2.2 地热供暖
将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，备受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740t 80℃的热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源， 用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。
2.3 地热务农
地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产;利用地热水养鱼，在28℃水温下可加速鱼的育肥，提高鱼的出产率;利用地热建造温室，育秧、种菜和养花;利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量等。将地热能直接用于农业在我国日益广泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。
2.4 地热行医
地热在医疗领域的应用有诱人的前景，热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。如含碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃酸、平衡...酸碱度;含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症; 氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件，使温泉常常成为旅游胜地，吸引大批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院，每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病的历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多，因此充分发挥地热的医疗作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。
未来随着与地热利用相关的高新技术的发展，将使人们能更精确地查明更多的地热资源;钻更深的钻井将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进入一个飞速发展的阶段。
地热能在应用中要注意地表的热应力承受能力，不能形成过大的覆盖率，这会对地表温度和环境产生不利的影响。
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发电
地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类，因此，地热发电也分为两大类。
3.1 地热蒸汽发电分类
地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。
1) 一次蒸汽法
直接利用地下的干饱和(或稍具过热度)蒸汽，或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。
2) 二次蒸汽法
有两种含义，一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽(一次蒸汽)，而是让它通过换热器汽化洁净水，再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电。第二种含义是，将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。
3.2 地热水发电方法
地热水中的水，按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的，必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电，有两种方法：一是减压扩容法，另一种是利用低沸点物质。
1) 减压扩容法
利用抽真空装置，使进入扩容器的地下热水减压汽化，产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功，这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大，因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。
2) 低沸点物质
利用低沸点物质，如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热，使低沸点物质迅速气化，利用所产生气体进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”，这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差，如果发电系统的封闭稍有泄漏，工质逸出后很容易发生事故。
3.3 蒸汽型地热发电
20世纪90年代中期，以色列奥玛特(Ormat)公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系统，该机组已经在世界一些国家安装运行，效果很好。
联合循环地热发电系统的最大优点是，可以适用于大于150℃的高温地热流体(包括热卤水)发电，经过一次发电后的流体，在并不低于120℃的工况下，再进入双工质发电系统，进行二次做功，这就是充分利用了地热流体的热能，既提高发电的效率，又能将以往经过一次发电后的排放尾水进行再利用，大大地节约了资源。
地热技术 ：高温地热资源的最佳利用方式是地热发电。200~400℃的地热可以直接用来发电。
蒸汽型地热发电：是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存在于较深的地层中，开采难度大，故其发展受到了限制。主要有背压式和凝气式两种发电系统。
3.4 热水型地热发电
1) 闪蒸系统
当高压热水从热水井中抽至地面，由于压力降低部分热水沸腾并“闪蒸”成蒸气，蒸气送至汽轮机做功;而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注入地层。
2) 双循环系统
地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸气。蒸气进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器从而完成发电循环，地热水则从热交换器回流注入地下。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。
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划分
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?10^25焦耳(J)，约相当于4948万亿吨(t)标准煤的热量。地热来源主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能。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。
地热资源按温度的划分。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。截止1990年底，世界地热资源开发利用于发电的总装机容量为588万千瓦，地热水的中低温直接利用约相当于1137万千瓦。
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利用
地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下：
200～400℃直接发电及综合利用；
150～200℃双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工；
100～150℃双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加工，回收盐类，罐头食品；
50～100℃供暖，温室，家庭用热水，工业干燥；
20～50℃沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加工。许多国家为了提高地热利用率，而采用梯级开发和综合利用的办法，如热电联产联供，热电冷三联产，先供暖后养殖等。
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人造热能
人造地热能EGS(Enhanced Geothermal Systems)是为了解决全球暖化对于干净能源的大量需求而逐渐成为21世纪显学的一种新方法，最初概念70年代已经提出但是一直没有受到重视，因为地热分布地区极为受限，于是有人提出采用深度钻孔技术于任何地方钻至靠近地底熔岩附近300度以上的区域，至少钻2井一井注入热水一井收回地热蒸气发电，如果成本允许钻更多回收井则可以减少散失蒸气;增加发电效能。
虽然原理简单但是由于所需井深极深达5公里以上，又要通过许多坚硬花岗岩地壳，传统冲钻法需磨损数百具高价钻头成本太大，而地底状况难以掌握有可能钻出水汽不能流通的废井，加上地热在大众媒体关注不如太阳能和风力高，诸多因素使人不愿投资而停于实验阶段。
但是新兴科技例如水热钻机、等离子钻机的概念已经提出，钻井成本有望大幅下降，届时地热能不受位置和气候影响能提供24小时稳定基载电量的特性，建设时间、成本和大众疑虑又远低于核能;很有望成为最具竞争力绿色能源和全球暖化的解救方案。
