人類很早以前就開始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、醫(yī)療，利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產養(yǎng)殖及烘干谷物等。但真正認識地熱資源并進行較大規(guī)模的開發(fā)利用卻是始于20世紀中葉。地熱能的利用可分為地熱發(fā)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、2O0～400℃直接發(fā)電及綜合利用；

 

  2、150～200℃雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工；

 

  3、10O～15O℃雙循環(huán)發(fā)電，供暖，制冷，工業(yè)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(yè)干燥；

 

  5、20～50℃沐浴，水產養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工；

 

  現(xiàn)在許多國家為了提高地熱利用率，而采用梯級開發(fā)和綜合利用的辦法，如熱電聯(lián)產聯(lián)供，熱電冷三聯(lián)產，先供暖后養(yǎng)殖等。    近年來，國外對地熱能的非電力利用，也就是直接利用，十分重視。因為進行地熱發(fā)電，熱效率低，溫度要求高。所謂熱效率低。就是說，由于地熱類型的不同，所采用的汽輪機類型的不同，熱效率一般只有6.4～18．6％，大部分的熱量白白地消耗掉。所謂溫度要求高，就是說，利用地熱能發(fā)電，對地下熱水或蒸汽的溫度要求，一般都要在150℃以上；否則，將嚴重地影響其經濟性。而地熱能的直接利用，不但能量的損耗要小得多，并且對地下熱水的溫度要求也低得多，從 15～180℃這樣寬的溫度范圍均可利用。在全部地熱資源中，這類中、低溫地熱資源是十分豐富的，遠比高溫地熱資源大得多。但是，地熱能的直接利用也有其局限性，由于受載熱介質—熱水輸送距離的制約，一般來說，熱源不宜離用熱的城鎮(zhèn)或居民點過遠；不然，投資多，損耗大，經濟性差，是劃不來的。

 

  目前地熱能的直接利用發(fā)展十分迅速，已廣泛地應用于工業(yè)加工、民用采暖和空調、洗浴、醫(yī)療、農業(yè)溫室、農田灌溉、土壤加溫、水產養(yǎng)殖、畜禽飼養(yǎng)等各個方面，收到了良好的經濟技術效益，節(jié)約了能源。地熱能的直接利用，技術要求較低，所需設備也較為簡易。在直接利用地熱的系統(tǒng)中，盡管有時因地熱流中的鹽和泥沙的含量很低而可以對地熱加以直接利用，但通常都是用泵將地熱流抽上來，通過熱交換器變成熱氣和熱液后再使用。這些系統(tǒng)都是最簡單的，使用的是常規(guī)的現(xiàn)成部件。

 

  地熱能直接利用中所用的熱源溫度大部分都在40℃以上。如果利用熱泵技術，溫度為20℃或低于20℃的熱液源也可以被當作一種熱源來使用（例如美國、加拿大、法國、瑞典及其他國家的做法）。熱泵的工作原理與家用電冰箱相同，只不過電冰箱實際上是單向輸熱泵，而地熱熱泵則可雙向輸熱。冬季，它從地球提取熱量，然后提供給住宅或大樓（供熱模式）；夏季，它從住宅或大樓提取熱量，然后又提供給地球蓄存起來（空調模式）。不管是哪一種循環(huán)，水都是加熱并蓄存起來，發(fā)揮了一個獨立熱水加熱器的全部的或部分的功能。由于電流只能用來傳熱，不能用來產生熱，因此地熱泵將可以提供比自身消耗的能量高3～4倍的能量。它可以在很寬的地球溫度范圍內使用。在美國，地熱泵系統(tǒng)每年以 20％的增長速度發(fā)展，而且未來還將以兩位數(shù)的良好增長勢頭繼續(xù)發(fā)展。據(jù)美國能源信息管理局預測，到2030年地熱泵將為供暖、散熱和水加熱提供高達68Mt油當量的能量。

 

  對于地熱發(fā)電來說，如果地熱資源的溫度足夠高，利用它的好方式就是發(fā)電。發(fā)出的電既可供給公共電網，也可為當?shù)氐墓I(yè)加工提供動力。正常情況下，它被用于基本負荷發(fā)電，只在特殊情況下，才用于峰值負荷發(fā)電。其理由，一是對峰值負荷的控制比較困難，再就是容器的結垢和腐蝕問題，一旦容器和渦輪機內的液體不滿和讓空氣進入，就會出現(xiàn)結垢和腐蝕問題。    總結上述，地熱能利用在以下四方面起重要作用。

 

  1．地熱發(fā)電

 

  地熱發(fā)電是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體應首先應用于發(fā)電。

 

  地熱發(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變?yōu)闄C械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。所不同的是，地熱發(fā)電不象火力發(fā)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(fā)電的過程，就是把地下熱能首先轉變?yōu)闄C械能，然后再把機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地熱發(fā)電的方式劃分為蒸汽型地熱發(fā)電和熱水型地熱發(fā)電兩大類。

 

  （1）蒸汽型地熱發(fā)電

 

  蒸汽型地熱發(fā)電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽輪發(fā)電機組發(fā)電，但在引人發(fā)電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發(fā)電方式最為簡單，但干蒸汽地熱資源十分有限，且多存于較深的地層，開采技術難度大，故發(fā)展受到限制（參考《資源》欄目有關文章）。主要有背壓式和凝汽式兩種發(fā)電系統(tǒng)。

 

  （2）熱水型地熱發(fā)電

 

  熱水型地熱發(fā)電是地熱發(fā)電的主要方式。目前熱水型地熱電站有兩種循環(huán)系統(tǒng)：

 

  a、閃蒸系統(tǒng)。閃蒸系統(tǒng)如圖1所示。當高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出，當然最好是再回注人地層。

 

  b、雙循環(huán)系統(tǒng)。雙循環(huán)系統(tǒng)的流程如圖2所示。地熱水首先流經熱交換 器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體，使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進人汽輪機做功后進人凝汽器，再通過熱交換器而完成發(fā)電循環(huán)。地熱水則從熱交換器回注人地層。這種系統(tǒng)特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源。發(fā)展雙循環(huán)系統(tǒng)的關鍵技術是開發(fā)高效 的熱交換器。

 

  地熱發(fā)電的前景是取決于如何開發(fā)利用地熱儲量大的干熱巖資源。其關鍵技術是能否將深井打人熱巖層中。美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫科學試驗室正在對這一系統(tǒng)進行遠景試驗。

 

  2．地熱供暖

 

  將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是僅次于地熱發(fā)電的地熱利用方式。因為這種利用方式簡單、經濟性好，倍受各國重視，特別是位于高寒地區(qū)的西方國家，其中冰島開發(fā)利用得最好。該國早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個地熱供熱系統(tǒng)，現(xiàn)今這一供熱系統(tǒng)已發(fā)展得非常完善，每小時可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽為“世界上最清潔無煙的城市”。此外利用地熱給工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源， 用作硅藻土生產、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產過程的熱源也是大有前途的。目前世界上最大兩家地熱應用工廠就是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙槳加工廠。我國利用地熱供暖和供熱水發(fā)展也非常迅速，在京津地區(qū)已成為地熱利用中最普遍的方式。

 

  3．地熱務農

 

  地熱在農業(yè)中的應用范圍十分廣闊。如利用溫度適宜的地熱水灌溉農田，可使農作物早熟增產；利用地熱水養(yǎng)魚，在28℃水溫下可加速魚的育肥，提高魚的出產率；利用地熱建造溫室，育秧、種菜和養(yǎng)花；利用地熱給沼氣池加溫，提高沼氣的產量 等。 將地熱能直接用于農業(yè)在我國日益廣泛，北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地熱溫室。各地還利用地熱大 力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，如培養(yǎng)菌種、養(yǎng)殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等。

 

  4．地熱行醫(yī)

 

  地熱在醫(yī)療領域的應用有誘人的前景，目前熱礦水就被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜。由于地熱水從很深的地下提取到地面，除溫度較高外，常含有一些特殊的化學元素，從而使它具有一定的醫(yī)療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度；含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥； 氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經衰弱和關節(jié)炎、皮膚病等。

 

  由于溫泉的醫(yī)療作用及伴隨溫泉出現(xiàn)的特殊的地質、地貌條 件，使溫泉常常成為旅游勝地，吸弓怕批療養(yǎng)者和旅游者。在日本就有1500多個溫泉療養(yǎng)院，每年吸引1億人到這些療養(yǎng)院休養(yǎng)。我國利用地熱治療疾病歷史悠久，含有各種礦物元素的溫泉眾多，因此充分發(fā)揮地熱的行醫(yī)作用，發(fā)展溫泉療養(yǎng)行業(yè)是大有可為的。

 

  未來隨著與地熱利用相關的高新技術的發(fā)展，將使人們能更精確地查明更多的地熱資源；鉆更深的鉆井將地熱從地層深處取出，因此地熱利用也必將進人一個飛速發(fā)展的階段 。