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地热能(Geothermal energy)

地热能是从地壳中提取的热能,结合了行星形成和放射性衰变的能量。它在几千年来被用于供暖和电力。地热发电厂在20世纪以来一直被使用,且不受天气条件的影响。理论上,地热资源足以满足人类的能源需求。大多数开采发生在靠近板块边界的区域。20世纪80年代和1990年代,地热发电成本下降了25%。到2021年,美国能源部估计“今天建造”的发电厂的发电成本约为0.05美元/千瓦时。截至2019年,地热能行业雇用了约十万人。

地热能的历史可以追溯到旧石器时代,温泉被用来沐浴。罗马人在公元一世纪征服了苏利斯湖,利用那里的温泉来供应公共浴室和地暖。法国Chaudes-Aigues的最古老的地热区域供暖系统自15世纪以来一直在运行。最早的工业开采始于1827年。1904年,Piero Ginori Conti王子在Larderello测试了第一台地热发电机。世界上第一座商业地热发电厂于1911年在Larderello建成。20世纪,地热能开始被用作发电来源。1960年,太平洋天然气和电力公司开始在加利福尼亚州间歇泉运营美国第一座地热发电厂。双循环发电厂于1967年在苏联首次展示,并于1981年引入美国。

地球内部的热量为1031焦耳(3·1015太瓦时),其中约20%是行星吸积的余热;其余部分归因于过去和当前自然发生的同位素的放射性衰变。地球内部的温度和压力足够高,足以导致一些岩石融化,并使固体地幔表现出塑性。地球内部的热能通过传导以44.2太瓦(TW)的速率流向表面,并通过矿物的放射性衰变以30太瓦的速率得到补充。这些功率是人类目前所有主要来源能源消耗的两倍多。

地热发电是利用地热能产生的电力。截至2019年,全球地热发电容量达15.4吉瓦(GW),其中23.86%或3.68吉瓦位于美国。地热能在冰岛、萨尔瓦多、肯尼亚、菲律宾和新西兰提供了很大一部分电力。地热能被认为是一种可再生能源,因为与地球的热含量相比,热量提取率微不足道。地热发电站每千瓦时电力的温室气体排放量平均为45克二氧化碳,不到燃煤发电厂的5%。

地热供暖利用地热能来加热建筑物和供人类使用的水。即使寒冷的地面也含有热量:在6米以下,未受干扰的地面温度始终处于可通过地源热泵提取的年平均气温。

地热能开发有几个阶段,包括勘察、地球物理调查、建设和后期阶段。地热项目有许多风险,许多项目在勘察和地球物理调查阶段被取消。后期阶段通常可以通过股权融资。地热项目在可持续性方面被认为是一种可持续的能源来源,因为与地球的热含量相比,提取的热量非常少。地热能的环境影响包括地热系统中遇到的常见问题,如从地下提取热量的流体溶解岩石碎片,随后在地表冷却并沉淀出钙垢。地热能的环境效应包括气体排放、有毒元素释放、土地稳定性影响和地震风险。然而,地热发电对土地和淡水的需求相对较少。

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