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地热能 编辑

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什么是地热能

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地热能是地球上产生和存储的热能。热能是决定物质温度的能量。地壳的地热能起源于行星的原始结构和物质的放射性衰变(目前不确定,但可能大致相等的比例)。形容词地热起源于希腊γῆ(gê)(意为地球)和θερμός(thermós)(意为热)。

地球内部的热量是放射性衰变产生的热能,以及地球形成过程中不断散失的热量。地幔边界温度可能达到4000°C(7200°F)以上。地球内部的高温和高压会导致一些岩石融化,而固体地幔则具有塑性,导致部分地幔向上对流,因为它比周围的岩石轻。地壳中的岩石和水被加热,有时会高达370°C(700°F)。

从旧石器时代起,地热能就利用温泉中的水进行沐浴,而自古罗马时代起就将其用于空间取暖,但现在以发电闻名。在世界范围内,11700 兆瓦(MW)的地热发电的在2013年是可用的一种直接附加28个千兆瓦地热加热容量被安装用于区域供热、空间加热、水疗、工业过程、脱盐和农业应用如2010年。

地热能

地热能具有成本效益、可靠、可持续和环保的特点,但历史上一直局限于构造板块边界附近。最近的技术进步极大地扩大了可行资源的范围和大小,特别是对于家庭取暖等应用,为广泛开发提供了潜力。地热井释放被困在地球深处的温室气体,但每单位能源的排放量远低于化石燃料的排放量。

从理论上讲,地球的地热资源足以满足人类的能源需求,但只有极小一部分可以被有利地利用。钻探和勘探深层资源非常昂贵。对地热发电未来的预测取决于对技术、能源价格、补贴、板块边界运动和利率的假设。诸如EWEB的客户选择“绿色能源计划”的试点计划表明,客户愿意为地热等可再生能源支付更高的价格。但由于政府的协助研究和行业经验,地热发电的成本在1980年代和1990年代降低了25%。在2001年,地热能的成本在每千瓦时2至10美分之间。

经济学

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地热能不需要燃料(泵除外),因此不受燃料成本波动的影响。但是,资金成本很高。钻井成本占一半以上,而深部资源的勘探则带来重大风险。电厂建设和钻井成本约为每兆瓦电力2500万至500万欧元,而收支平衡价格为每千瓦时0.04至0.10欧元。增强型地热系统往往处于这些范围的高端,2007年的资本成本超过每百万兆瓦400万美元,收支平衡达到每千瓦时0.054美元以上。直接加热应用可以使用温度较低的浅井,因此具有较小成本和风险的小型系统是可行的。通常安装容量为10千瓦(kW)的住宅地热热泵,价格约为每千瓦1–3,000美元。如果需求在地理上密集(如在城市和温室中),则区域供热系统可能会受益于规模经济,但否则,管道安装将主导资本成本。巴伐利亚州一个这样的区域供热系统的资本成本估计为每兆瓦100万欧元以上。任何规模的直接系统都比发电机简单得多,每千瓦时的维护成本更低,但是它们必须消耗电力才能运行泵和压缩机。一些政府补贴地热项目

地热能具有高度的可扩展性:从乡村到整个城市,使其成为可再生能源转型的重要组成部分。

美国最发达的地热田是北加利福尼亚的间歇泉。

地热项目有几个发展阶段。每个阶段都有相关的风险。在侦察和地球物理调查的早期阶段,许多项目被取消,使得该阶段不适合传统贷款。从识别、勘探和勘探钻探发展而来的项目通常会通过股权交易来筹集资金。

可再生性和可持续性

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地热能被认为是可再生的,因为与地球的热量相比,任何预计的热量提取都较小。地球内部的热量为10 31  焦耳(3·10 15  TWh),约为2010年全球年度能源消耗的1000亿倍。其中约20%是来自行星吸积的余热;其余的归因于过去存在的更高的放射性衰变率。自然热流不平衡,并且地球在地质时标上正在缓慢冷却。人的抽水抽水自然流出的一小部分,通常不会加速抽水。根据对地热能使用的大多数官方描述,目前将其称为可再生和可持续的,因为它可以将等量的水返回到进行取热的区域,但温度要低一些。例如,离开地面的水为300度,返回的水为200度,获得的能量就是所提取的热量之差。目前对地球核心热量散失的影响的研究估算是基于截至2012年的一项研究。但是,如果这种能源的家庭和工业用途在未来几年内急剧增加。

由于地热能维持地球错综复杂的生态系统,因此也被认为具有可持续性。通过使用地热能源,现在的人类世代不会危害后代以与目前使用的那些能源相同的数量使用其自身资源的能力。此外,由于其低排放,地热能被认为具有缓解全球变暖的巨大潜力。

即使地热发电在全球范围内是可持续的,仍必须对开采进行监控,以免造成局部消耗。在数十年的过程中,单口井降低了当地的温度和水位,直到自然流量达到新的平衡。由于当地的枯竭、拉德雷洛、怀拉基和间歇泉三个历史最悠久的地区的产量下降。以不确定的比例提取的热量和水比补充水分的速度快。如果减产并注水,这些井理论上就可以恢复全部潜力。此类缓解策略已在某些站点实施。地热能的长期可持续性已在美国的Lardarello油田得到证实自1913年以来一直是意大利,自1958年以来一直在新西兰的怀拉基地区,自1960年以来一直在加利福尼亚的间歇泉地区。


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