地热能有多少?地热发电的未来前景如何?

地热能指的是地壳中的热能,并不是指地球内部的热能,但是地壳中的热能主要是来源于地球内部放射性元素的衰变,最终温度在地球内部积累并使得岩石融化,固体地幔也会表现出可塑性,因为它比周围的岩石轻,这导致部分地幔向上对流。核幔边界的温度可以达到4000°C以上,这个源源不断的热源不断的将热量传导到地壳中来,也就成了能够被人类所利用的地热能。

地热能的利用
地热能的利用

地球内部的热能正在以44.2太瓦(TW)的速率通过传导流到地表,并由放射性元素的放射性衰变以30太瓦(TW)的速率补充。这些功率速率是人类当前所有主要来源的能源消耗的两倍多,但大部分能量流是不可利用的。除了内部热流外,10m深度的地表顶层在夏季被太阳能加热,并在冬季释放能量并冷却,也是另类的储能方式。

除季节性变化外,在世界大部分地区,地壳温度的地热梯度为每公里深度25-30°C。传导热通量平均为0.1MW/平方公里。这些值在地壳较薄的构造板块边界附近要高得多。它们可以通过流体循环进一步增强,通过岩浆管道、温泉、热液循环或这些的组合。

根据投资规模,对地热能发电潜力的估计值相差六倍,从0.035到2TW。地热资源的上层估计假设强化的地热井深达10公里,而现有地热井的深度很少超过3公里。这种深度的井现在在石油工业中很常见。世界上最深的研究井是科拉超深钻井,深12公里。

地热发电指的是利用地热能来发电,使用的技术包括干蒸汽发电站、闪蒸汽发电站和二元循环发电站。地热发电目前在26个国家使用,而地热供暖在70个国家使用。

地热能发电厂
地热能发电厂

截至2019年,全球地热发电容量达到15.4吉瓦(GW),其中23.86%或3.68吉瓦安装在美国。国际市场在截至2015年的三年间以年均5%的速度增长。根据目前的地质知识和技术,GEA公开据披露,地热能协会(GEA)估计,迄今为止,全球总潜力仅6.9%已被开发,而IPCC报告地热发电潜力在35吉瓦至2TW之间。地热能是一种关键的可再生能源,覆盖了冰岛、萨尔瓦多、肯尼亚、菲律宾和新西兰等国家电力需求的很大一部分,以及冰岛90%以上的供暖需求。

地热能被认为是一种可持续的可再生能源,因为与地球的热量相比,地热提取的热量很小。地热发电站的温室气体排放量平均为每千瓦时45克二氧化碳,或不到传统燃煤电厂的5%。

作为电力和供暖的可再生能源,地热有可能在2050年前满足全球3-5%的需求。通过经济激励措施,预计到2100年将有可能满足全球10%的需求。

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