地热供暖是如何工作的?

Question

我听说地热加热是一种利用地球内层和地壳之间的温差来产生能量的方法。如何提取这种能量呢?必须靠近构造板块边界才能接近这种温度梯度吗?

Answer 1

目前有两种提取地热能的方法:一种是主流方法，另一种仍处于实验/示范水平。

波拉克等人(2010)估计全球地热热量损失为44太瓦(相比之下，文明社会的能源使用率约为20太瓦)。

随着美国能源部指出，所有的方法都依赖于三个因素的结合:

• 热地下,
• 流体把热量带到地表，然后
• 磁导率让液体流动

主流地热法

这种情况发生在地壳板块边界附近。打开热液体的储层，将热液体带到地表。通常情况下，液体的温度远远超过100度，可用于发电，也可用于加热。

实验方法为热干岩法

又名增强型地热系统或EGS。

正如帕维尔V.所评论的，这是在捷克共和国试点此外，它还允许从不接近构造板块边界的地方提取地热。从这个链接:

预计的深度…钻孔高度在2100 ~ 2500 m之间。钻井直径范围从上部开始段的393 . 7 mm到井底的152 mm

一根管子放在另一根管子里，在钻孔内。水可以从内管内注入，然后通过管子之间的间隙回流，或者反过来。

该论文复制了以下图表，摘自Šafanda, J.， ddejek, P.， krell, M.， Čermák, V. [2007] PVGT-LT1地热研究报告(捷克文):

正如你所看到的，这些温度要低得多，因此不适合发电，因为人们必须接受非常低的效率(卡诺定律)。它们被用于空间和水的加热。

Answer 2

解释地球科学部分(热交换器的工江南体育网页版作原理超出了本网站的范围)。地球本质上是在冷却，通过传导到太空而从内部失去热量。这种热流可以用来加热，例如在地壳深处的水，因为温度随着地壳深处的(显著)深度而增加。没有必要靠近板块边界，尽管这样的位置可能有异常大的热通量。冰岛就是一个很好的例子。对于火成岩板块，热通量可能平均略高于40毫瓦每平方米。除了从地壳流出的纯热流外，由于放射性衰变，基岩内部也会产生热量。斯堪的纳维亚的测量表明，热通量可能在每平方米30至82毫瓦之间变化(Näslund等，2005年)。

因此，从人类的角度来看，这是一种可以利用的取之不尽的能源。关键是要用地面加热一些液体，通常是水，并使用热交换器(本质上是一个反向冰箱来提取，例如，用于加热或热水的热量。

Näslund, J.， Jansson, P.， Fastook, J.， Johnson, J.， & Andersson, L.(2005)。用于模拟芬诺斯堪地冰原下基础温度和融水生产的详细空间分布地热热流数据。冰川学报，40,95-101。doi: 10.3189 / 172756405781813582