水熱系統(tǒng)組成

水熱系統(tǒng)是由水源(包括初生水、巖漿水以及大氣環(huán)流水等)、熱源、熱儲層、冷熱水環(huán)流通道以及在其中作對流循環(huán)的地熱流體所構成的體系。

在水熱系統(tǒng)中，主要傳熱方式是對流。對流運動使系統(tǒng)上部的溫度升高，使加熱帶的溫度下降。水熱對流運動明顯地干擾熱傳導作用產生的地熱梯度。在水熱系統(tǒng)中，近地表處的地熱梯度往往很高，但隨著深度的增加將很快地下降，一直達到水熱系統(tǒng)的基底溫度為止。

根據(jù)水在對流系統(tǒng)中存在的狀態(tài)，可以把水熱對流系統(tǒng)分為五種類型。如圖《水的沸騰曲線》所示。在地下，水的沸騰溫度隨著深度的加深而增加，曲線的位置就是地下某個深度發(fā)生沸騰的地方。在曲線的下方，水以液態(tài)方式存在，在曲線上方，水以氣一液兩相狀態(tài)存在。

水熱系統(tǒng)溫水系統(tǒng)

有的水熱系統(tǒng)無論在地表，還是在深部，水都是以液態(tài)存在，也就是說不可能發(fā)生沸騰，這種水熱系統(tǒng)就稱為溫水系統(tǒng)。世界上絕大部分溫泉都可能是屬于這種溫水系統(tǒng)。它是在缺少年輕火成侵入體地區(qū)所發(fā)育的環(huán)流系統(tǒng)，它可以由大氣降水在傳導區(qū)域熱流機制下的深循環(huán)過程產生。

形成這種系統(tǒng)的先決條件是存在足以使水發(fā)生循環(huán)的高滲透率的斷層或破碎帶。熱水的溫度主要取決于區(qū)域熱流量的大小和深循環(huán)的深度。

水熱系統(tǒng)熱水系統(tǒng)

如果水在地下深處以熱水形式存在，只是當它上升到地表附近時，才發(fā)生沸騰，這時在地表也有沸泉出露。但是，他們的沸騰深度很淺，常常只有十幾米，有時也可深達數(shù)百米，但是僅發(fā)生在井管之中或熱儲層的頂部，整個熱儲層含有的還是液態(tài)的水，這種水熱系統(tǒng)就稱為熱水系統(tǒng)。兩者的差別在于后者出現(xiàn)于活火山附近。我國西藏羊八井地熱田就是一個熱水系統(tǒng)，其地下的沸騰深度，在熱田南部僅有十多米，往北才逐漸加深。

水熱系統(tǒng)兩相系統(tǒng)

如果地下沸騰帶比較深，那么，儲熱層中不僅含有熱水，也含有大量的水蒸氣，這種水熱系統(tǒng)就稱為兩相系統(tǒng)。在世界上許多已開發(fā)的高溫地熱田都屬于兩相系統(tǒng)。它們沸騰帶的深度可達上千米深。沸騰帶愈深，含水蒸氣的量愈大。因此壓力也比較大。沸騰帶的深度不同，熱田的特征也不同。

水熱系統(tǒng)蒸氣系統(tǒng)

如果在儲熱層中所含的全部是干蒸汽，則可以稱為蒸汽系統(tǒng)。目前，在世界上已確定的蒸汽系統(tǒng)為數(shù)不多，它們是意大利的拉德瑞羅(245℃)，美國的蓋瑟爾斯(245℃)和印度尼西亞的卡瓦卡瑪江。在235℃時的水蒸氣具有最高的熱焓值，達到669．8kCal/kg。另外，有人認為日本的松川地熱田也屬于這一類。

水熱系統(tǒng)地壓系統(tǒng)

當沉積盆地具有深埋的、充滿水的滲透層，它們被后來的細粒沉積物嚴密地封閉起來，滲透層埋得很深，可達4 000—5 000米，水溫只有150℃～180℃，壓力卻極高，典型孔隙壓力值大體等于100MPa，所以稱為地壓系統(tǒng)。在地壓系統(tǒng)中的地熱流體，除了含有大量的熱能和機械能以外，還含有大量的甲烷。地壓系統(tǒng)首先是在墨西哥灣勘探石油時發(fā)現(xiàn)的，目前還沒有開發(fā)，主要是工程問題還沒有解決。如果能解決的話，它們就會成為美國的重要地熱資源。 2100433B

溫泉是地熱能最直觀和常見的地表顯示。大氣降水滲入地下，從深處的巖石中汲取熱量，以高溫熱水或蒸汽的形式賦存于地下，形成常規(guī)地熱水熱系統(tǒng)。地下熱水沿著適當?shù)臄嗔鸦蛄严锻ǖ郎仙祷氐乇?，由此可能形成溫泉。此外，還有一種不大常見的地熱資源是由含大量甲烷的異常高壓地熱流體形成的地壓地熱系統(tǒng)，多分布于大型沉積盆地深處。

由于自然形成的水熱系統(tǒng)和地壓地熱系統(tǒng)需要很苛刻的地質構造和地下流體條件，這類地熱資源的分布范圍有限，絕大部分地熱能是以干熱巖（即不含或僅含少量水的高溫巖石）的形式存在的。與常規(guī)水熱地熱資源相比，干熱巖的地熱資源儲量巨大，因為大陸地區(qū)近地表平均地溫梯度為3℃/100m，原則上在任何一個地方只要鉆到地下足夠的深度，都可以獲得能夠滿足發(fā)電或其他用途所需要的高溫。國際地熱學界和新能源學界普遍認為，干熱巖是地熱作為替代能源的希望所在。與傳統(tǒng)的化石能源以及其它低碳能源相比，地熱能源具有許多重要的特點。

（1）屬本土能源。地熱能來自國土地下，潛力巨大，作為替代能源，地熱能源開發(fā)可以減小國家對進口石油和煤炭的依賴，有利于國家能源安全。

（2）穩(wěn)定性好。21世紀新建地熱電站平均利用系數(shù)大于90%，遠高于太陽能發(fā)電、風電、核電和火力發(fā)電廠。

（3）帶動系數(shù)高。具有多種綜合利用價值，可以帶動包括旅游在內的相關產業(yè)發(fā)展。

（4）占地少。地熱發(fā)電單位裝機容量占地比太陽能發(fā)電、風電、煤電及核電等至少低一個量級。

（5）環(huán)境友好。如果實行合理回灌，可以基本做到零排放。

（6）成本低。國際能源署的最新評估顯示，無論是現(xiàn)在還是將來20~30年內，地熱發(fā)電成本都將大大低于太陽能發(fā)電、風電和煤電等。原因在于地熱能源開發(fā)雖然早期勘探投資高，但建成后無燃料費用，運行費用極低。

地熱資源儲量巨大，我國是世界上最早開發(fā)利用地熱溫泉的國家之一，但是直到目前基本上還在延續(xù)祖代相傳的地熱直接利用的模式，在利用地熱發(fā)電這一現(xiàn)代化新能源開發(fā)方面相對落后，原因之一是受我國缺乏適合于發(fā)電的高溫地熱資源的傳統(tǒng)觀念的制約。隨著地熱勘探開發(fā)技術的進步，特別是增強型地熱系統(tǒng)技術的日益成熟，可開發(fā)利用的地熱資源已經不再局限于常規(guī)的水熱系統(tǒng)，也包括干熱巖。中國西部沸泉眾多，具有豐富的高溫水熱系統(tǒng)；東部不乏中低溫溫泉，而且“熱盆”發(fā)育，花崗巖體分布廣泛，第四紀火山活動強烈，不僅具有巨大的油熱聯(lián)產和常規(guī)水熱系統(tǒng)開發(fā)潛力，還可能具有豐富的干熱巖資源。地熱學界和產業(yè)界 應該與時俱進，改變舊的觀念，重新評估我國包括水熱系統(tǒng)和干熱巖在內的地熱資源分布，政府主管部門則應該相應調整國家地熱能源開發(fā)戰(zhàn)略布局，在繼續(xù)鼓勵西部高溫水熱系統(tǒng)地熱能源開發(fā)的同時，應該鼓勵在能源需求旺盛的東部地區(qū)大力開展盆地地熱和火山地熱能源勘探開發(fā)，產學研合作，選址打造示范工程，以期迅速改變中國地熱能源產業(yè)嚴重落后的現(xiàn)狀，實現(xiàn)產業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展，在發(fā)展低碳經濟、確保能源安全、減少空氣污染的發(fā)展戰(zhàn)略中發(fā)揮更大作用。 2100433B

地熱熱儲是以包含的蒸汽多少來分類的，如果不含有蒸汽，可考慮以距地表何處出現(xiàn)沸騰區(qū)來分類。在一個水熱系統(tǒng)中，地熱熱儲自然組成的范圍是依靠它的溫度、深度、含氣量以及它的傳導特性等決定的，所以在不同深度可能有多個傳導層或熱儲。

鑒于地質構造、形成機理、變異條件的不同，地熱熱儲可大致分為4類:

(1) 溫水型熱儲

這種熱儲的溫度范圍在90-180℃之間，由于溫度和壓力不很高，即使在開發(fā)時也不會沸騰，一般可直接利用，如冬季采暖、洗浴、養(yǎng)殖、種植、理療等。我國大部分熱田均屬于溫水型熱儲，直接利用范圍相當廣。

(2) 熱水型熱儲

該類型熱儲在開發(fā)初期顯示溫水型熱儲的特性，但經過一段時間的開發(fā)則產生沸騰，溫度區(qū)間一般在200-250℃(在這一溫度區(qū)間，氣體的存在可使熱水沸騰) 。

(3) 兩相流液體型熱儲

在兩相流液體型熱儲中，它的自然狀態(tài)是：含水層中包含了液體和汽體。盡管溫度在220-300℃之間，當溫度降低時可產生氣體而引起沸騰。

(4) 兩相流汽體型熱儲

汽體型熱儲上部也包含一個兩相層，在這種狀態(tài)下液相稀疏，擴散廣但不流動，所以在熱田的開采井口只出現(xiàn)蒸汽。熱儲層的溫度根據(jù)深度和汽體含量在230-320℃之間變化 。