新能源技術

32學時

主講：別玉

昆明理工大學本科教學新能源技術2012.9~2013.1新能源技術緒論太陽能及其應用氫能及其應用地熱能及其應用4123其它新能源及其應用5熱泵技術（含實驗）64.1地熱能概述4.1.1地熱能基本概念1．地球內部構造及溫度變化圖4-1地球構造示意圖地球內部的溫度分布我們居住的地球實際上是一個龐大的熱球據估計，全世界地熱資源的總量，大約為1.45×1026J，相當于4.948×1015t標準煤燃燒時所放出的熱量。如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為標準來計算，那么，石油的貯存量約為煤炭的3%，目前可利用的核燃料的貯存量約為煤炭的15%，而地熱能的總貯存量則為煤炭的1.7億倍。在地殼中，地熱的分布可分為3個帶，即可變溫度帶、常溫帶和增溫帶。可變溫度帶由于受太陽輻射的影響，其溫度有著晝夜、年份、世紀、甚至更長的周期性變化，其厚度一般為15～20m；常溫帶，其溫度變化幅度幾乎等于0，深度一般為20～30m；增溫帶在常溫帶以下，它的溫度隨深度增加而升高，其熱量的主要來源是地球內部的熱能。地溫梯度地球每一層次的溫度狀況是迥然不同的。在地殼的常溫帶以下，地熱溫度隨深度增加而不斷升高，越深越熱。這種沿地下等溫面的法線向地球中心方向上單位距離內溫度增加的數值，叫地溫梯度，也叫做地熱增溫率，其單位通常采用℃/km。地球各層次的地熱增溫率差別是很大的：地表至15km深處，地熱增溫率平均為2～3℃/km；15～25km深處，地熱增溫率降為平均1.5℃/km；再往下，則只有0.8℃/km。根據各種資料推斷，地殼底部至地幔上部的溫度大約為1100～1300℃，地核的溫度大約在2000～5000℃之間。假如按照正常的地熱增溫率來推算，80℃的地下熱水，大致是埋藏在2000～2500m左右的地下。地熱正常區和地熱異常區大地熱流值也是衡量地熱正常區和地熱異常區的重要指標。大地熱流值是指單位時間內通過地球表面單位面積所散失的熱量，用符號HFU表示熱流單位（1HFU＝4.1868×10-7J/（cm2·s））。從全球來看，地表大地平均熱流值為1.4～1.5熱流單位（5.9～6.3μJ/（cm2·s）），地表平均地溫梯度為1.5～3.0℃/km。凡接近上述平均熱流值和地溫梯度的地區，均稱為地熱正常區；凡熱流值和地溫梯度超過上述平均值的地區，稱為地熱異常區。在地熱正常區，較高溫度的熱水和蒸汽埋藏在地殼的較深處；在地熱異常區，由于地熱增溫率較大，較高溫度的熱水或蒸汽埋藏在地殼的較淺部位，有的甚至露出地表。一般把那些天然露出的地下熱水和蒸汽叫做溫泉，溫泉是在當前技術水平下最容易利用的一種地熱資源。在地熱異常區，除溫泉外，人們也較容易通過鉆井等人工方法把地下熱水或蒸汽引導到地面上來并加以利用。2．地熱田與熱儲（1）地熱資源地熱資源是指地殼表層以下，到地下3000～5000米的深度以內，聚集15℃以上的巖石和熱流體所含總熱量。地熱資源有以下四種類型：水熱型、干熱巖型、地壓型和巖漿型，而以水熱型最為常見。水熱型又分為蒸汽型和熱水型兩種。蒸汽型又可分為干蒸汽（以蒸汽為主的）和濕蒸汽（有的學者把干度小的濕蒸汽劃入熱水型中）兩類。世界上最大的地熱田為美國的GEYSYS地熱田。表1地熱資源分類資源類型含義特征水熱型蒸汽型

熱水型干蒸汽

濕蒸汽

熱水型地下以蒸汽為主的對流系統的地熱資源以溫度較高的過熱蒸汽為主，雜有少量其它氣體，水很少或沒有，無水的干蒸汽資源罕見，含水的稱為濕蒸汽資源熱水型熱儲中以水為主的對流系統的地熱資源包括低于當地氣壓下飽和溫度的熱水和溫度等于飽和溫度的濕蒸汽，分布廣、儲量大地壓地熱型蘊藏在含油氣沉積盆地深處（3000~6000m），由機械能（高壓）、熱能（高溫）和化學能組成的地熱資源熱儲中受巖層和封存水負荷而導致高溫（120~180℃），高壓（幾百個大氣壓），并在高溫高壓下積聚了溶于水中的烴類物質，是一種綜合性能源干熱巖型地下一定深度2~3km，含水量少或不含水，滲透性差而含有異常高熱的地質體含熱量甚大，曾估計1立方英里350℃的熱巖體冷卻到150℃，可產出相當于三億桶石油的熱量。巖漿型在熔融狀或半熔融狀熾熱巖漿中蘊藏著的巨大能量資源溫度在600~1500℃不等，一些火山地區資源埋藏較淺，而多數埋藏于目前鉆探技術還比較困難的地層中，因此開采難度大（2）地熱田地熱田是指在目前技術條件下可以采集的深度內，富含可經濟開發和利用的地熱流體的地域。它一般包括熱儲、蓋層、熱流體通道和熱源四大要素，是具有共同的熱源，形成統一熱儲結構，可用地質、物化探方法圈閉的特定范圍。1）熱水田這一地區富集的主要是熱水，水溫一般在60～120℃。這里地下熱水的形成過程大致可分為兩種情況。①深循環型大氣降水落到地表以后，在重力作用下，沿著土壤、巖石的縫隙，向地下深處滲透，成為地下水。地下水在巖石裂隙內流動過程中，不斷吸收周圍巖石的熱量，逐漸被加熱成地下熱水。滲流越深，水溫越高，地下水被加熱后體積要膨脹，在下部強大的壓力作用下，它們又沿著另外的巖石縫隙向地表流動，成為淺埋藏的地下熱水，如果露出地面，就成為溫泉。②特殊熱源型地下深處的高溫灼熱的巖漿，沿著斷裂上升，如果巖漿沖出地表，就形成火山爆發；如果壓力不足，巖漿未沖出地表，而在上升通道中停留下來，就構成巖漿侵入體。這是一個特殊的高溫熱源，它可以把滲透到地下的冷水加熱到較高的溫度，而成為熱水田中的一種特殊類型。（2）地熱田2）蒸汽田蒸汽田內由水蒸氣和高溫熱水組成。它的形成條件是：熱儲水層的上覆蓋層透水性很差，而且沒有裂隙。這樣，由于蓋層的隔水、隔熱作用，蓋層下面的儲水層在長期受熱的條件下，就聚集成為具有一定壓力、溫度的大量蒸汽和熱水的蒸汽田。地熱能的形成4.1.2我國的地熱資源

環球性的地熱帶主要有下列4個：（1）環太平洋地熱帶它是世界最大的太平洋板塊與美洲、歐亞、印度板塊的碰撞邊界。世界著名的地熱田，如美國的蓋瑟爾斯、長谷、羅斯福；墨西哥的塞羅、普列托；新西蘭的懷臘開；我國的臺灣馬槽；日本的松川、大岳等均在這一帶。（2）地中海-喜馬拉雅地熱帶它是歐亞板塊與非洲板塊和印度板塊的碰撞邊界。世界第一座地熱發電站意大利的拉德瑞羅地熱田就位于這個地熱帶中。我國的西藏羊八井及云南騰沖地熱田也在這個地熱帶中。（3）大西洋中脊地熱帶這是大西洋海洋板塊開裂部位。冰島的克拉弗拉、納馬菲亞爾和亞速爾群島等一些地熱田就位于這個地熱帶。（4）紅海-亞丁灣-東非裂谷地熱帶它包括吉布提、埃塞俄比亞、肯尼亞等國的地熱田。除了在板塊邊界部位形成地殼高熱流區而出現高溫地熱田外，在板塊內部靠近板塊邊界部位，在一定地質條件下也可形成相對的高熱流區。其熱流值大于大陸平均熱流值1.46熱流單位，而達到1.7～2.0熱流單位。如我國東部的膠、遼半島，華北平原及東南沿海等地。1．我國地熱資源的基本情況全國主要沉積盆地儲存的地熱能量為73.61×1020J，相當標準煤2500億噸。全國地熱水可開采資源量為每年68億m3，所含熱量為963×1015J，折合每年3284萬噸標準煤的發熱量。其中：對流型山區地熱水可開采資源量為每年19億m3，熱能量為335×1015J/a，折合每年1142萬噸標準煤的發熱量。以消耗儲存資源量為主，傳導型平原區地熱水近期可開采量為每年49億m3，熱能量為：628×1015J/a，折合每年2142萬噸標準煤的發熱量。山區和平原區地熱水可開采水量分別占總量的28%和72%，山區和平原區可開采熱量分別占全國地熱能可利用量的35%和65%。2．我國地熱資源的類型我國大陸屬歐亞板塊的一部分，它的東側為島弧型洋-陸匯聚邊緣，西南側為陸-陸碰撞造山帶，是由許多不同時期的古板塊（如華北、華南、塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞等）經碰撞、增生和拼接而成的。中國大陸構造演化經歷了古生代陸洋分化對立階段、石碳二疊紀軟碰撞轉化階段和中新生代盆山對峙發展階段，多旋回構造運動與多期盆地疊加塑造出不同的地熱田。構造的演化伴隨著不同時期的巖漿活動，形成了不同巖性和結構的地層，使得大地熱流值的分布具有明顯的規律性。西南地區沿雅魯藏布江縫合帶，熱流值較高（91～364MW/m2），向北隨構造階梯下降，到準格爾盆地只有33～44MW/m2。我國東部臺灣板塊地緣帶，熱流值較高，為80～120MW/m2，越過臺灣海峽到東南沿海燕山期造山帶，降為60～100MW/m2，到江漢盆地熱流值只有57～69MW/m2。（1）沉積盆地傳導型中低溫地熱資源分布于華北平原、汾渭盆地、松遼平原、淮河盆地、蘇北盆地、江漢盆地、四川盆地、銀川平原、河套平原、準格爾盆地等地區，主要熱儲層為厚度數百米至數千米第三系砂巖、砂礫巖。鄂爾多斯盆地的三疊系和侏羅系砂巖賦存低鹽度熱水。四川盆地三疊系、侏羅系為熱鹵水富集層。（2）隆起山地對流型地熱資源高溫地熱資源主要分布于藏南-川西-滇西和臺灣地區，中低溫地熱資源主要分布于東南沿海地區和膠東、遼東半島。1）喜馬拉雅碰撞帶為新生代陸內強烈變形帶，現代水熱活動北弱南強。西藏的地熱顯示664處，包括溫泉、熱泉、沸泉、沸噴泉、水熱爆炸、間歇噴泉等。羊八井鉆孔揭露的最高溫度超過250℃。云南滇西地區出露的溫泉有296處，其中高溫熱泉98處，沸泉7處，水溫為23～104℃。2）臺灣島作為西太平洋島孤系的一部分，為現代的高溫熱儲區。大多屬于碳酸鹽泉，少數屬于硫酸鹽泉和氯化物泉。在火山巖區，絕大多數為酸性硫酸鹽泉，其它為中、堿性碳酸鹽泉，少數為氯化物泉。3）東南沿海分屬于揚子斷塊和華南斷褶，分布著不同時期的花崗巖和中生代的火山巖，其分布主要受北東向斷裂控制，巖漿巖為脆性物質，深斷裂帶成為熱水運移的通道。74%的溫泉出露于巖漿巖斷裂帶或接觸帶之中。該區溫泉為中低溫熱水，熱儲溫度一般為110～130℃，熱水循環深度不超過4km，熱田面積最大不超過10km2。4）膠東半島已發現水溫大于49℃的溫泉14處，出露于復背斜核部斷裂構成的X型構造交匯處，溫度大于60℃溫泉7處，溫度大于80℃有2處，其余的在49～56℃之間。遼東半島溫泉有19處，水溫28～72℃。3．我國地熱資源的開發前景我國年利用地熱能約4.45億立方米，居世界第一位，而且每年以近10％的速度增長。全國地熱發電裝機容量88％集中在西藏。其中，羊八井地熱電站已穩定運行了近30年。滇藏地熱帶的發電潛力為5817.65MW。截至2006年年底，我國除青海、云南、貴州等少數省區外，其他省區都在不同程度地推廣地源熱泵技術。目前，全國已安裝地源熱泵系統的建筑面積超過3000萬平方米。據不完全統計，我國地源熱泵市場年銷售額已超過億元，并以每年20％的速度增長。(南方：空氣源熱泵；北方：地源熱泵)4.2地熱資源的直接利用地熱能的利用可分為地熱發電和直接利用兩大類，而對于不同溫度的地熱流體可能利用的范圍如下：（1）200～400℃直接發電及綜合利用；（2）150～200℃雙循環發電、制冷、工業干燥、工業熱加工；（3）100～150℃雙循環發電、供暖，制冷、工業干燥、脫水加工、回收鹽類、罐頭食品；（4）50～100℃供暖、溫室、家庭用熱水、工業干燥；（5）20～50℃沐浴、水產養殖、飼養牲畜、土壤加溫、脫水加工。4.2.1地源熱泵

地下水源熱泵系統是一種新興的淺層地熱能利用技術，最早源于歐美等發達國家，它的歷史可以追溯到1912年，瑞士Zoelly首先提出了“地熱源熱泵”的概念。1946年美國開始對地源熱泵進行系統的研究，在俄勒岡州成功的建成了第一個地源熱泵系統。20世紀50年代，歐洲開始了研究地源熱泵的第一次高潮，但由于當時的能源價格低，這種系統并不經濟，因而未得到推廣。直到20世紀70年代初世界上出現了第一次能源危機，它才開始受到重視，許多公司開始了地源熱泵的研究、生產和安裝。20世紀80年代后期，地源熱泵技術已經趨于成熟，更多的科學家致力于地下系統的研究，努力提高熱吸收和熱傳導效率，同時越來越重視環境的影響問題。地源熱泵生產呈現逐年上升趨勢，瑞士和瑞典的年遞增率超過10%。美國的地源熱泵生產和推廣速度很快，技術產生了飛速的發展，成為世界上地源熱泵生產和使用的頭號大國。我國的情況我國淺層地溫能的開發利用起步較晚，20世紀90年代開始推廣和研究地源熱泵系統淺層地熱能的開發利用技術。2001年，國家建設部在《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》中專門作了推薦。從2006年開始，國家分別將三個城市作為地源熱泵試點城市，分別是北京、天津、沈陽，大力發展地源熱泵。國家努力引導發展地源熱泵，國家的一些政府部門的建筑、學校、醫院等都進行了地源熱泵改造。2008年奧運會羽毛球及藝術體操比賽場館的北京工業大學體育館2．地源熱泵的定義及工作原理地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。地源熱泵系統主要由四部分組成：淺層地能采集系統、水源熱泵機組、室內采暖空調系統和控制系統。所謂淺層地能采集系統是指通過水或防凍液的水溶液將巖土體或地下水、地表水中的熱量采集出來并輸送給水源熱泵系統。室內采暖空調系統主要有風機盤管系統、地板輻射采暖系統、水環熱泵空調系統等。地源熱泵工作原理圖熱泵是將熱能從低溫物系（如環境大氣）向加熱對象（高溫熱源，如室內空氣）輸送的裝置。其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。最基本的熱泵由壓縮機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥四大部件組成。其中，壓縮機起著壓縮和輸送制冷劑的作用，是熱泵的系統心臟；冷凝器是熱量輸出設備，它將蒸發器吸收的熱量連同壓縮機所消耗的電功一起輸送給供熱對象；膨脹閥對制冷劑起到節流降壓和調節循環流量的作用；蒸發器是熱量輸入設備，在此制冷劑通過吸收低溫熱源的熱量而蒸發。

3．地源熱泵的類型根據利用地熱源的種類和方式不同，可以分為以下3類：土壤源熱泵或稱土壤耦合熱泵、地下水熱泵、地表水熱泵。（1）土壤源熱泵土壤源熱泵以大地作為熱源和熱匯，其換熱器埋于地下，與大地進行冷熱交換。土壤源熱泵系統主機通常采用水-水熱泵機組或水-氣熱泵機組。根據地下熱交換器的布置形式，主要分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3類。垂直埋管換熱器熱泵系統

垂直埋管式地源熱泵優勢在于：①占地面積小；②土壤的溫度和熱特性變化小；③需要的管材最少，泵能耗低；④能效比很高。劣勢主要在于：由于缺乏相應的施工設備和施工人員，造價偏高。水平埋管式地源熱泵水平埋管式地源熱泵優勢：由于施工設備廣泛使用而且施工容易，再加上許多家庭有足夠大的施工場地，因此造價就可以降低。劣勢：需要較大場地；運行不穩定（由于淺層大地的溫度和熱特性隨著季節、降雨以及埋深而變化）；泵能耗較高；系統效率較低。蛇形埋管式地源熱泵蛇形埋管式地源熱泵（2）地下水熱泵系統圖5-7

地下水熱泵系統優勢：造價要比土壤源熱泵系統低，另外水井很緊湊，不占太多場地，技術也相對比較成熟，水井承包商容易找。劣勢：①有些地方法規禁止抽取或回灌地下水；②可供的地下水有限；③如水質不好或打井不合格要注意水處理問題；④如泵選擇過大、控制不良或水井與建筑偏遠，泵能耗就會過大。（3）地表水熱泵系統地表水熱泵系統優勢：地表水熱泵系統具有造價低、泵能耗低、維修率低以及運行費用少等優點。劣勢：在公用河水中的設備容易受到損害。另外，如果湖泊過小或過淺，湖泊的溫度會隨著室外氣候發生較大的變化，就會使效率降低，制冷或供熱能力下降。4．地源熱泵的優越性（1）節能、高效性地源熱泵系統在提供100單位能量時，70%的能量來源于土壤，30%的能量來自電力，電能的消耗主要用于壓縮機的做功和使空調系統運行，即將土壤中的熱量“搬運”至室內。它要比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節省1/2以上的能量；由于土壤的溫度全年較為穩定，一般為10℃～20℃之間，其制冷、制熱系數可達3.5～4.7，與傳統的空氣源熱泵相比，能效要高出40%以上。（2）環保無污染地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結合其它節能措施，節能減排效果會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規空調裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統，即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏幾率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內。4．地源熱泵的優越性（3）屬可再生能源利用技術地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400m深）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式。（4）低運行費用地源熱泵系統的高效節能特點，決定了它的運行費用低，比其它各種采暖和制冷設備節能30%～70%；使用壽命50年以上，折舊費和維修費也都大大低于傳統空調。（5）應用靈活、安全可靠、用途廣泛靈活性強，可用于新建工程或擴建、改建工程，可逐步分期施工，熱泵機組可靈活地安置在任何地方，節約空間。無儲煤、儲油罐等衛生及安全隱患。從嚴寒地區至熱帶地區均適用。可為各類建筑物提供冷暖兩用空調系統，同時提供生活熱水。4.2.2地熱干燥烘干場連續脫水裝置示意圖4.2.3地熱資源的其它利用

1．溫泉（1）溫泉的形成和類型溫泉是一種溫熱或滾燙的泉水。目前科學界認為，溫泉的最低溫度不得少于20℃，否則不能稱為溫泉。德國和英國的標準為高于20℃，日本則為25℃，我國一般也將25℃作為溫泉的下限溫度。溫泉的形成，一般而言可分為兩種：一種是地殼內部的巖漿作用所形成，或為火山噴發所伴隨產生，火山活動過的死火山地形區，因地殼板塊運動隆起的地表，其地底下還有未冷卻的巖漿，均會不斷地釋放出大量的熱能。溫泉的形成需具備下列三個條件：①地下必須有熱水存在；②必須有靜水壓力差導致熱水上涌；③巖石中必須有深長裂隙供熱水通達地面。1）按溫度分①沸泉泉水溫度等于或高于當地水的沸點，海拔高的地區，水的沸點低于100℃，一般地區水的沸點就是100℃。②熱泉泉水溫度在沸點以下，45℃以上。③中溫泉泉水溫度在45℃以下，年平均氣溫以上。世界上的溫泉，水溫多為熱泉和中溫泉。我國的熱泉和中溫泉占溫泉的90%以上，分布也十分廣泛。大多數溫泉療養院都在熱泉和中溫泉附近修建。2）按成分分根據泉水中溶解物質的不同，溫泉可劃分為單純泉、碳酸泉、重碳酸鹽泉、硫酸鹽泉、食鹽泉、硫磺泉、放射性泉和鐵泉等。①單純泉水溫多在25℃以上，水中所含礦物質很少，每升水中含有各種礦物質的總量低于100毫克。這種溫泉在我國分布廣泛，著名的西安華清池就是此類溫泉。②碳酸泉在1升水中含游離二氧化碳達750毫克的泉水。我國大地上碳酸泉很多。根據溫度的不同又分低溫碳酸泉和高溫碳酸泉。我國遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古、甘肅以低溫碳酸泉為主，泉溫在25℃以下，泉水清涼甘甜，很像汽水，所以又稱天然汽水泉；在云南、四川、西藏、廣東、臺灣及新疆等地，以中、高溫碳酸泉為主，泉溫在25℃以上。③重碳酸鹽泉每升水中含重碳酸鹽多達1000毫克以上。④硫酸鹽泉每升水中含硫酸鹽在1000毫克以上。這類泉多出現在火山地區。⑤食鹽泉即氯化鈉型溫泉，每升含氯化鈉在1000毫克以上。⑥硫磺泉水中含有硫磺成分的泉水，一般每升水中含量在1毫克以上。3）按形態分①噴泉顧名思義，是水、氣以噴射的方式沖出地面，噴出高度由幾米到十幾米以上。我國西藏念青唐古拉山南麓、拉布藏布河右岸的南木林、畢畢龍高溫噴泉，其主泉口泉水噴出高度達10m，氣勢磅礴，非常壯觀。這里噴泉的水溫多在沸點以上，只有少數噴泉水溫低于沸點。間歇噴泉和爆炸噴泉是極為罕見的顯示類型。在美國黃石公園內，約有200個間歇噴泉，其中最著名的間歇泉就是老實泉（OldFaithfulGeyser）了。老實泉噴發出來的泉水溫度均高達90.4℃，噴高約在40～70m之間。②沸泥泉是由于高溫熱流將通道周圍的巖石蝕變成黏土，然后與水汽一起涌出地面而形成的一種高溫泥水泉。有的泉沖擊力較小，黏土被帶到泉口后，堵塞在泉口四周，而水汽流量又難以沖開這些黏土，只是由于水汽的沖力，使黏土呈上下鼓動狀態，好似沸騰的面糊。這些沸泥泉在我國西藏的措美縣布雄朗谷，薩迦縣的卡烏地區都有。③熱水河、熱水湖、熱水塘、熱水沼澤實際上都是由眾多密集的泉眼涌出大量泉水后匯集而成，這在我國的西藏比較多見。以熱水湖為例，羊八井熱水湖面積達7350m2，最深為16.1m，水溫在45～57℃，是少見的大型熱水湖。（2）溫泉的利用溫泉的利用是從洗澡開始的。醫用價值，即可以治愈某些病痛。溫泉把地熱傳到地面的同時，也把所含的各種礦物鹽類、少量的活性離子、一定的微量元素攜帶出來了。這些物質對人體有一定的醫療作用。溫泉用以治病的方法，包括浴療、飲療、蒸療、拔罐、沙浴療法、吸入法和腸浴療法等。我國許多溫泉區既是療養地，又是旅游觀光區。一些溫泉區在歷史上就建有專供王室游樂之地。如北京小湯山建有供慈禧專用的亭池，陜西的臨潼建有華清宮，河南林如溫泉建有供武則天專用的武后池、八卦樓等。北京小湯山地熱溫泉北京小湯山地熱溫泉如云南省騰沖是我國大陸唯一的一處保存完好的火山溫泉區，擁有罕見的火山、地熱景觀及珍貴的醫療礦泉水價值；臺灣省的大屯火山溫泉區也是溫泉療養和旅游觀光勝地。云南省騰沖2．農業和養殖（1）農業溫室種植和灌溉（2）養殖4.3地熱發電技術及應用地熱發電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術，它涉及地質學、地球物理、地球化學、鉆探技術、材料科學和發電工程等多種現代科學技術。地熱發電和火力發電的基本原理是一樣的，都是將蒸汽的熱能經過汽輪機轉變為機械能，然后帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不像火力發電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能，地熱發電的過程，就是把地下熱能首先轉變為機械能，然后再把機械能轉變為電能的過程。針對溫度不同的地熱資源，地熱發電有4種基本發電方式，即直接蒸汽發電法、擴容（閃蒸法）發電法、中間介質（雙循環式）發電法和全流循環式發電法。

地熱發電示意圖1-地熱蒸汽；2-地熱蒸汽井；

3-汽輪機；4-發電機

冰島的奈斯亞威里爾地熱發電站兩種主要的地熱發電形式◆蒸汽型地熱發電

蒸汽型地熱發電是把高溫地熱田中的干蒸汽直接引人汽輪發電機組發電。在引入發電機組前先要把蒸汽中所含的巖屑、礦粒和水滴分離出去。蒸汽型地熱發電系統的類型有：－背壓式汽輪機發電系統－凝汽式汽輪機發電系統◆熱水型地熱發電適用于中低溫地熱資源。低溫熱水或濕蒸汽不能直接送入汽輪機，需經一定手段，把熱水變成蒸汽或利用其熱量產生別的蒸汽，才能用于發電。

熱水型地熱發電，主要有兩種方式：－閃蒸地熱發電系統－雙循環地熱發電系統4.3.1地熱蒸汽發電

1．地熱干蒸汽發電◆最簡單的地熱干蒸汽發電，是采用背壓式汽輪機地熱蒸汽發電系統工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經過分離器分離出所含的固體雜質，然后就可把蒸汽通入汽輪機做功，驅動發電機發電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業生產中的加熱過程。應用：這種系統大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農業生產和人民生活的場合。——背壓式汽輪機1．地熱干蒸汽發電——凝氣式汽輪機◆為提高地熱電站的機組出力和發電效率，通常采用凝汽式汽輪機地熱蒸汽發電系統在該系統中，由于蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環水泵打入冷卻水所冷卻而凝結成水，然后排走。◆在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力，即真空狀態，設有兩臺帶有冷卻器的射汽抽氣器來抽氣，把由地熱蒸汽帶來的各種不凝結氣體和外界漏入系統中的空氣從凝汽器中抽走。◆該系統適用于高溫（160℃以上）地熱田的發電，系統簡單。

2．地熱濕蒸汽發電（1）單級閃蒸地熱濕蒸汽發電系統單級閃蒸地熱濕蒸汽發電系統簡圖2．地熱濕蒸汽發電（2）兩級閃蒸地熱濕蒸汽發電系統兩級閃蒸地熱濕蒸汽發電系統簡圖——閃蒸地熱發電◆閃蒸法也叫“減壓擴容法”，就是把低溫地熱水引入密封容器中，通過抽氣降低容器內的氣壓，使地熱水在較低的溫度下沸騰生產蒸汽，體積膨脹的蒸汽做功推動輪發電機。適合于地熱水質較好且不凝氣體含量較少的地熱資源。◆如果流體是濕蒸汽，則先進入汽水分離器，分離出的蒸汽送往汽輪機，分離下來的水進入閃蒸器。◆閃蒸可以分為：1）單級閃蒸地熱發電系統(又包括濕蒸汽型和熱水型兩種)；2）兩級閃蒸地熱發電系統；3）全流法地熱發電系統；4.3.2地熱水發電

4.3.2地熱水發電

1．閃蒸地熱發電系統單級閃蒸地熱發電系統1-熱水井；2-地下熱水；3-除氣器；4-閃蒸器；5-排水泵；6-旁通閥；7-汽輪發電機組；8-凝汽器；9-凝結泵；10-循環水泵；11-抽氣器；12-射水泵；13-冷卻水源兩級閃蒸地熱發電系統1-蒸汽井；2-蒸汽；3-熱水；4-汽水分離器；5-一次蒸汽；6-汽輪發電機組；7-二次蒸汽；8-閃蒸器；9-熱水；10-抽氣；11-混合式凝汽器；12-循環水泵采用閃蒸法的地熱電站，熱水溫度低于100℃時，全熱力系統處于負壓狀態。這種電站，設備簡單，易于制造，可以采用混合式熱交換器。缺點是，設備尺寸大，容易腐蝕結垢，熱效率較低。由于系直接以地下熱水蒸汽為工質，因而對于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。

為提高地熱能的利用率，還可采用兩級或多級閃蒸系統。發電量可增加。

當地熱井口的全部流體，不經處理直接送進全流膨脹器中做功，充分地利用地熱流體的全部能量。這種系統稱為全流法地熱發電系統。

全流法比系統的單位凈輸出功率可分別提高60%和30%左右。全流發電系統就是試圖將來自地熱井的地熱流體(不論是水或是濕蒸汽)通過一臺特殊設計的膨脹機,使其一邊膨脹一邊做功，最后以汽體的形式從膨脹機的排汽口排出.為了適應不同化學成分范圍的地熱水，特別是高溫高鹽的地熱水，膨脹機的設計應該具備這種適應能力。不過，這種系統的設備尺寸大，容易結垢、受腐蝕，對地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求，雖然從這一概念的提出到現在已有20多年的時間，全流地熱發電系統仍未進人商業應用階段。全流法地熱發電系統1-高壓氣室；2、3、4-嚙合螺旋轉子；5-排出口；6-全流膨脹器；7-汽輪發電機組；8-凝汽器；9-熱水排放螺桿膨脹機按螺桿壓縮機的逆原理工作，其基本構造與螺桿壓縮機相似，工作過程相反。但其制造工藝和控制系統要比螺桿壓縮機復雜得多。

螺桿膨脹機工作大致可分為：

1、進氣過程：高壓介質經進氣口進入轉子的齒間容積后，將推動轉子旋轉，并使齒間容積不斷擴大，當齒間容積完全與進氣口脫離時，進氣過程結束。

2、膨脹過程：隨著齒間容積繼續增大，高壓介質體積膨脹溫度降低，同時輸出動力到轉子的伸出軸處。

3、排氣過程：當齒間容積與排氣口相通時，便開始排氣過程，直至齒間容積減少為零，完成一個工作循環為止。螺桿膨脹機間隙密封，從而具有透平膨脹機和活塞膨脹機均不具有的獨特優點，即對進氣為含有液滴的濕蒸汽有良好的適應性。當進氣為濕蒸汽時，液滴有助于密封。螺桿膨脹機可作為全流膨脹機使用，即工作介質的進氣口狀態不僅可為干蒸汽，也可為二相流體或全液體。在螺桿膨脹機中，高壓介質直接作用在轉子齒面上，因而有近似于直流電機啟動時的轉矩特性，即能進行重負荷啟動。螺桿膨脹機轉速較低，一般約為同容量透平膨脹機的1/10左右，因而可不通過減速裝置而直接驅動發電機或其它低速耗能機械，且軸封效果好，壽命長。2．雙循環地熱發電系統雙循環地熱發電也叫做低沸點工質地熱發電或中間介質法地熱發電，又叫做熱交換法地熱發電。這是20世紀60年代以來在國際上興起的一種地熱發電新技術。這種發電方式，不是直接利用地下熱水所產生的蒸汽進入汽輪機做功，而是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點的工質，使之變為蒸汽，然后以此蒸汽去推動汽輪機，并帶動發電機發電；汽輪機排出的乏汽經凝汽器冷凝成液體，使工質再回到蒸發器重新受熱，循環使用。在這種發電系統中，低沸點介質常采用兩種流體：一種是采用地熱流體作熱源；另一種是采用低沸點工質流體作為一種工作介質來完成將地下熱水的熱能轉變為機械能。常用的低沸點工質有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂-11、氟利昂-12等。表2常用低沸點工質的沸點與壓力之間關系工質壓力（kPa）沸點（℃）工質壓力（kPa）沸點（℃）水101.325100異丁烷101.325-11.7氯乙烷101.32512.4425.56532162.1225911.92560.9354.63850氟利昂-11101.32524445.8360氟利昂-12101.325-29.8正丁烷101.325-0.5雙循環發電系統的優點：①蒸汽壓力高，設