人類很早以前就開始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、醫療，利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產養殖及烘干谷物等。但真正認識地熱資源并進行較大規模的開發利用卻是始于20世紀中葉。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、2O0～400℃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、10O～15O℃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；

 

  現在許多國家為了提高地熱利用率，而采用梯級開發和綜合利用的辦法，如熱電聯產聯供，熱電冷三聯產，先供暖后養殖等。    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展十分迅速，已廣泛地應用于工業加工、民用采暖和空調、洗浴、醫療、農業溫室、農田灌溉、土壤加溫、水產養殖、畜禽飼養等各個方面，收到了良好的經濟技術效益，節約了能源。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。這些系統都是最簡單的，使用的是常規的現成部件。

 

  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，水都是加熱并蓄存起來，發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，地熱泵系統每年以 20％的增長速度發展，而且未來還將以兩位數的良好增長勢頭繼續發展。據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電。發出的電既可供給公共電網，也可為當地的工業加工提供動力。正常情況下，它被用于基本負荷發電，只在特殊情況下，才用于峰值負荷發電。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．地熱發電

 

  地熱發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電。

 

  地熱發電和火力發電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不象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。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，可把地熱發電的方式劃分為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩大類。

 

  （1）蒸汽型地熱發電

 

  蒸汽型地熱發電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽輪發電機組發電，但在引人發電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發電方式最為簡單，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電系統。

 

  （2）熱水型地熱發電

 

  熱水型地熱發電是地熱發電的主要方式。目前熱水型地熱電站有兩種循環系統：

 

  a、閃蒸系統。閃蒸系統如圖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利用后排出，當然最好是再回注人地層。

 

  b、雙循環系統。雙循環系統的流程如圖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電循環。地熱水則從熱交換器回注人地層。這種系統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。發展雙循環系統的關鍵技術是開發高效 的熱交換器。

 

  地熱發電的前景是取決于如何開發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的西方國家，其中冰島開發利用得最好。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，現今這一供熱系統已發展得非常完善，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展也非常迅速，在京津地區已成為地熱利用中最普遍的方式。

 

  3．地熱務農

 

  地熱在農業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 力發展養殖業，如培養菌種、養殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等。

 

  4．地熱行醫

 

  地熱在醫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療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調節胃酸、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炎、皮膚病等。

 

  由于溫泉的醫療作用及伴隨溫泉出現的特殊的地質、地貌條 件，使溫泉常常成為旅游勝地，吸弓怕批療養者和旅游者。在日本就有1500多個溫泉療養院，每年吸引1億人到這些療養院休養。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，因此充分發揮地熱的行醫作用，發展溫泉療養行業是大有可為的。

 

  未來隨著與地熱利用相關的高新技術的發展，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展的階段 。