火山和地热能有什么关系(地热能有哪些用途)

地热能是源于地核一种固有的自然现象，自地核45亿年前形成以来就产生了。在地球表面以下1800英里(2900公里)处，地核在巨大的引力、摩擦以及钾-40和钍-232的放射性衰变作用下，达到了惊人的温度，约9,392华氏度(5,200摄氏度)。地球的温度随着深度的增加而上升，增温率约为每77英尺深度1°F。这就是所说地温梯度，世界上大部分地区都是如此。

这些热能通过称为对流的过程在地球上传播，这种过程发生在地球的液体外核和固体地幔之间，并通过地球表面的板块传导。因此，地核产生的热能在地球表面自然地显示出来。根据地理位置和特定条件，地热能可以表现为火山、喷气孔和间歇泉。

1 火山

火山是地热能源自然显示的最突出的例子。它们是非常复杂的地质构造，自地球几十亿年前形成以来就从地球上升起。在地球的一生中，有数百万座活火山。然而，今天陆地上大约有1500座活火山，温度在1200°F到2200°F(650°C到1200°C)之间。还有更多的火山被淹没在海洋中，尽管目前被淹没的数量尚不清楚。

——离散板块边界

火山构造形成的方式有很多。第一种发生在离散板块边界。这通常发生在大陆裂谷和中洋脊。当两个构造板块从中心(称为“离散边缘”)分离时，在地幔上部产生的岩浆向上流动，填补了这个空白。岩浆本身是否强行到达地表导致板块分离，或者只是在板块移动时填补了空隙，这仍然是有争议的。尽管如此，离散板块运动和岩浆储的结合导致了地表的火山。

——汇聚板块边界

第二种发生在汇聚板块边界(通常是俯冲带)。当一个海洋板块潜入另一个海洋板块或大陆板块之下时，由于两个板块之间发生的摩擦，向下的板块变得更热，并导致岩浆的产生。由于挥发物(主要是水)向上推入地幔，这变得更加有效。从而降低了地幔的熔点，产生了更多的岩浆。在这个过程中，许多水下火山会出现。

——热点

第三种是通过热点地区。岩浆热点的起源还不是很清楚，需要更多的研究。然而，人们一致认为，地核的地热能加热了上地幔，导致其在约62英里(100公里)深处部分融化。这些热点地区的发生独立于任何构造板块的运动，当它们上面的板块移动时，它们创造了许多火山构造。

2 地热能源

火山系统和地热能在全球都很丰富，是一种可再生能源。大多数人认为风力涡轮机、水电和太阳能是替代能源，然而地球的地热能源也可以达到这个目的。地热能作为一种可再生能源，在世界范围内有许多实例和应用。地热能是供暖/制冷和发电的优良资源。

——地热用于供暖/制冷

在世界上大多数地方，低温地热能源作为家庭、温室和许多工业过程的直接供暖来源。低温地热能来自302°F(150°C)左右的热囊，这些热囊通常在地表以下几米的地方。这种类型的地热能源是人类文化的核心部分，可以追溯到数千年前。考古证据显示，美国原住民成群结队地聚集在自然形成的温泉周围休息和恢复。英国巴斯镇是最著名的温泉疗养地之一，建于公元60年，由罗马征服者建造。即使在今天，法国Chaudes Aigues的温泉从14世纪开始就为家庭和企业提供能源和热能。中国利用地热历史悠久，至少在秦汉之前，就知道利用地热来洗浴了。

地热热泵是利用地球热量作为能源的另一个例子。这些泵需要钻到大约10到300英尺(3到90米)深。与大多数石油和天然气井相比，这是相当浅的。在寒冷的季节，水和其他液体吸收地热，并将其向上输送到房屋、建筑物或工厂，并通过管道系统释放热量。另一方面，在夏天，热泵中的水和液体加热，然后将这些热量输送到地下冷却。从本质上讲，地热热泵也可以作为天然的空调。

——地热用于发电

地热能也能发电。采用蒸汽发电厂和双循环发电厂，将地热能源转化为电能，蒸汽发电厂利用地下天然的蒸汽囊; 通过管道系统输送蒸汽可以用于为涡轮机提供燃料和发电。第一座干蒸汽发电厂建于1911年，位于意大利的Larderello，至今仍在为100多万人提供电力。

双循环发电厂使用水和沸点比水低的液态有机化合物。为了发电，水在地下加热到225°F到360°F(107°-182°C)，然后在地面上循环。这些被加热的水反过来加热液态有机化合物，并产生蒸汽，然后通过涡轮机来发电。然后，水被运输回地下，在那里，它再次被地球加热，循环重新开始。这一过程的一个著名例子发生在美国内华达州的beowwawe地热设施。这个设备使用的是一种叫做四氟乙烷的工业制冷剂，它的沸点比水低得多。这意味着它转化为气体需要更少的热量，从而为涡轮机提供燃料并发电。

——地热的优点和缺点

地球上的地热能相当丰富，自数十亿年前地球形成以来一直在不断地产生。这种能源是可再生的，清洁的，在世界上几乎任何地方都可以获得。地热发电厂也比其他发电厂紧凑得多。要产生1 GWh(1小时100万千瓦的能量)，地热发电厂使用的土地大约相当于404平方英里(1046平方公里)。要产生同样的电量，风能需要1335平方英里(3458平方公里) 的土地，太阳能光伏中心需要3237平方英里(8384平方公里) 的土地，燃煤电厂需要3642平方英里(9433平方公里) 的土地。

然而，地热能源并非没有缺点。如果提取热量的速度快于补充热量的速度，大多数热囊和热井最终将冷却。此外，还会产生少量的温室气体。向地球注入高压水流与轻微的地震活动有关，但不太可能引起地震。建造发电厂或热泵的初始成本也非常昂贵，大多数国家既负担不起，也没有适当的基础设施来支持这些项目。

——地热未来前景

地热能源以各种形式存在于地球的各个角落: 火山、喷气孔和间歇泉。新西兰人使用天然间歇泉和蒸汽喷口来为他们的家、温室和农场供暖。在冰岛，来自活跃火山的熔岩和岩浆资源为该国近90%的人口供暖。美国是地热能源使用的领先国家，每年产生惊人的150亿千瓦时或相当于燃烧2500万桶石油。中国是直接利用地热最多的国家，地热供暖和制冷装机在世界处在领先地位。随着几十年的过去和技术的进步，地热技术的成本正在下降，因为它变得更加高效。这使得在不久的将来，它在经济和物流上对许多个人、公司和国家都是可行的。