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地热能指的是地表以下的所有物质，比如岩石、沉积物、地下水等所含的热能。地热能是一种清洁环保、可持续利用、可无间断获取的能源，地热的开发在经济上、技术上都是可行的。现今世界上最深的矿井不超过12.5km。据矿区钻探所得经验数据可知，矿井平均每深入100m，温度增加3℃，据此我们可以推算出地球中心的温度高达5000℃~6000℃。为什么地球内部温度会有如此之高？学术界对此有主要有两种：一是地球的温度是随着地球形成之初慢慢冷却残留下的，故此越靠近地心温度越高；二是地球内部放射性物质不断发生核反应所释放出的能量积聚的结果。所以说，我们脚下的地球蕴含着巨大的能量，如果能利用好这巨大的能量，地热能将成为我们巨大的能源财富。
构造板块边缘地带地热能资源的主要分布区域，该区域也是火山和地震的多发区。地热能资源分布在板块边缘，可能是因为这一地区地壳比较薄或是接近地质构造上的火山等。地热虽是普遍的现象，但地热资源却是需要人们去勘探的。地球深处蕴藏的巨大的热能，会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳的某一块范围聚集，如果达到可开发利用的条件，就成为具有开发意义的地热资源。根据科学家的推算，每年从地球内部传到地面的热能约有44.2MMW（1MMW为1012W），相当于370亿t标准煤燃烧时发出的热量。有人估计，如若以地球上所储存的煤炭全部燃烧释放出来的热量作为基准，那么地球内蕴藏的地热能总量约为煤的17亿倍。但是，地热资源的开发利用要受到资源的类型、地热热储的埋深、开采技术手段等多种因素的制约，这么巨大的地热能现阶段是不可能都取出来利用的。况且，地热能分布相对较为分散，开发难度比较大，所以，如何去开发利用这巨大的能源资源是我们急需解决的难题。
一、地热能简述
我们人类在很早很早以前就已经开始利用地热能了，比如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但是对于地热资源的真正认识和开发利用却是始于20世纪中叶。
地热能是来自地球深处的可再生性热能，其储量比目前人们所利用能量的总量多很多，大部分集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。它不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么热能还是可再生的，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。
但是，如何去利用这种巨大的潜在能源呢？意大利的皮也罗·吉诺尼·康蒂王子于1904年在拉德雷罗首次把天然的地热蒸汽用于发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注入到岩层，产生高温蒸汽，然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。这一过程中，一部分没有利用到的或者废气经过冷凝器处理还原为水送回地下，这样循环往复。
地热能是一种新的洁净能源，在人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的当今社会，地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。日其中距地表2000m内储藏的地热能为2500亿t标准煤。全国地热可开采资源量为每年68亿m3，所含地热量为973万亿KJ。在地热利用规模上，中国近些年来一直位居世界首位，并以每年近10%的速度稳步增长。在中国的地热资源开发中，经过多年的技术积累，地热发电效益显著提升。除地热发电外，直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。
地热能集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。中国的地热资源很丰富，但开发利用程度很低，主要分布在云南、西藏、河北等省区。
据美国地热资源委员会（GRC）1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55MW，装机容量在100MW以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印度尼西亚。世界地热资源主要分布于以下5个地热带：
1.大西洋中脊地热带。大西洋板块的开裂部位，包括冰岛和亚速尔群岛的一些地热田。
2.环太平洋地热带。世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界，即从美国的阿拉斯加、加利福尼亚到墨西哥、智利，从新西兰、印度尼西亚、菲律宾到中国沿海和日本。世界许多地热田都位于这个地热带，如美国的盖瑟斯地热田，墨西哥的普列托、新西兰的怀腊开、中国台湾的马槽和日本的松川、大岳等地热田。
3.地中海、喜马拉雅地热带。欧亚板块与非洲、印度板块的碰撞边界，从意大利直至中国的滇藏。如意大利的拉德瑞罗地热田和中国西藏的羊八井及云南的腾冲地热田均属这个地热带。
4.红海、亚丁湾、东非大裂谷地热带。包括肯尼亚、乌干达、扎伊尔、埃塞俄比亚、吉布提等国的地热田。
5.其他的地热区。除了板块边界形成的地热带外，在板块内部靠近边界的部位，在一定的地质条件下也有高热流区，可以蕴藏一些中低温地热，比如中亚、东欧地区的一些地热田和中国华北平原及胶东、辽东半岛的地热田。
地热资源有其独特的特点，我们要根据其特点因地制宜地利用地热能。地热能贮存在地球内部，其储量要比目前人们已利用的能源总量多很多倍。地热能最终的可开采量将依赖于所采用的技术。将水重新注回到含水层中可以提高地热再生的性能，而且可以使含水层不枯竭。有相当一部分地热点可采用这种科学的方式进行开发，让提取的热量等于地球自然不断补充的热量。由于地热能储量较大，而且集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山与地震的多发区，如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。不过，尽管全球地热资源潜量十分巨大，但问题不在于资源规模的大小，而在于是否有适合的技术将这些资源开发出来。
二、地热能资源的分类
（一）熔岩
它是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩，温度一般高达650℃~1200℃。熔岩储藏的热能比其他几种都多，约占已探明地热资源总量的40%左右。
（二）干热岩
它是地层深处温度为150℃~650℃的热岩层。由于天然热泉较少，而且并不是每个地方都有，因而在一些没有天然热泉的地区，利用广泛分布的干热岩型地热能人工造出地下热泉是现代地热资源利用技术的新发展方向。人造热泉是在干热岩型的热岩层上开凿而成的，世界上最早的人造热泉是在美国新墨西哥州北部开凿的，井深达到了3000m，热岩层的温度为200℃。美国已建造了几处人造热泉热电厂，总发电量为5万kW。
（三）地压资源
这是处于地层深处沉积岩中的含有甲烷的高盐分热水。由于上部的岩石覆盖层把热能封闭起来，使热水的压力超过水的静压力，温度约在150℃~260℃之间，其储量约是已探明的地热资源总量的20%。
（四）水热资源
这是储存在地下蓄水层的数量极大的地热资源，包括地热蒸汽和地热水。地热蒸汽很容易开发利用，但储量很少，仅占已探明的地热资源总量的0.5%。而地热水的储量较大，约占已探明的地热资源的10%，其温度范围落差极大，从接近室温到高达390℃。地下热水的形成分为深循环型和特殊热循环型。大约90%的地下热水来自大气中的降水，大气降水到地面后，在渗流的过程中不断吸收周围岩石的热量，逐渐加热形成地下热水。热水受热膨胀又会在地下强大的压力下沿岩石的裂缝向地表移动，最终形成潜层地下热水和温泉。这就是深循环型地下热水的形成过程。特殊热源型的地下热水循环与地球深处岩浆运动密切相关，由于岩浆的运动形成特殊的地热异常区域，这样该区域的大气降水或使本已存在的地下水被迅速加热，地热增温从每加深百米升温3℃~4℃变为升温几十度，从而有可能形成特殊热循环型地热水。
（五）人造地热能
人造地热能EGS（Enhanced Geothermal Systems）是为了解决全球暖化对于干净能源的大量需求而逐渐成为21世纪显学的，它的最初概念20世纪70年代已经提出但是一直没有受到重视。因地热分布地区极为受限，于是有人提出采用深度钻孔技术于任何地方钻至靠近地底熔岩附近300℃以上的区域钻两口井，一井注入热水一井收回地热蒸气发电，如果成本允许钻更多回收井则可以减少蒸气散失，增加发电效能。
虽然原理简单但是由于所需井深极深达5km以上，又要通过许多坚硬花岗岩地壳，传统冲钻法需磨损数百具高价钻头，成本太大，而地底状况难以掌握有可能钻出水汽不能流通的废井，加上地热在大众媒体关注不如太阳能和风力高，诸多因素使人不愿投资而停于实验阶段。但是新兴科技例如水热钻机、等离子钻机的概念已经提出，钻井成本有望大幅下降，到时候地热能将不受位置和气候影响提供24小时稳定基载电量的特性，而它的成本、建设时间和大众疑虑又远远低于核能，故此很有望成为全球暖化的解救方案和最具有竞争力的绿色能源。
三、地热能的利用
地热能的利用可以分为直接利用和地热发电两类，不同温度的地热水利用的范围也不同。世界各国利用地热能的经验说明：高温（150℃以上）地热资源主要用于发电，发电后排出的热水可进行逐级多用途利用。其中，高压的过热水或蒸汽的用途最大，它们主要存在于干热岩层中，但可以通过高科技的钻井将它们引出；中温（90℃~150℃）和低温（90℃以下）的地热资源则以直接利用为主，多用于干燥、采暖、医疗、工农林牧副渔业、旅游以及人们的日常生活等方面。
（一）地热直接利用
和地热发电相比，地热能的直接利用有三大优点：其一是效率高。传统地热发电效率是5%~20%，地热能利用效率高达50%~70%，利用效率高出很多。其二是开发时间短得多，且投资也远比地热发电少。其三是范围广泛。地热直接利用，既可利用高温地热资源也可利用中低温地热资源，因之应用范围远比地热发电广泛。当然，地热能直接利用也受到热水分布区域的限制，因为地热蒸汽与热水难以远距离输送。地热能可以直接利用，其利用形式多种多样，如地热发电、育种、采暖、温室栽培、洗浴等综合利用方式。
1.地热浴疗、洗浴、游泳
地热水本身具有较高的温度，含有多种有医疗效果的化学成分，对人体可起到保健、抗衰老作用，对风湿病、关节炎、心血管病、神经系统疾病等慢性疾病有特殊的疗效。
2.地热采暖
利用地热水采暖无污染，可昼夜供应热水，可保持室温恒定舒适。地热采暖虽然初期投资较高，但总成本只相当于燃料锅炉供暖的1/4，不仅有节省能源，减少运输费用等优点，还大大改善了大气环境，经济效益和社会效益十分明显，是一种比较理想的采暖能源。
3.地热行医
地热在医疗领域的应用有诱人的前景，热矿水就被视为一种宝贵的资源，世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。如含碳酸的矿泉水供饮用，可调节胃酸、平衡人体酸碱度；含铁矿泉水饮用后，可治疗缺铁贫血症；氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件，使温泉常常成为旅游胜地，吸引大批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院，每年吸引1亿人到这些疗养院休养。中国利用地热治疗疾病的历史悠久，含有各种矿物元素的温泉众多，因此充分发挥地热的医疗作用，发展温泉疗养行业是大有可为的。
4.地热水在工业中的应用
地热水可用于纺织、印染、烤胶、制革、造纸、蔬菜脱水等。使用地热水印染、缫丝可以使产品的色泽鲜艳，着色率高，手感柔软，富有弹性。在生产过程中，由于节省了软化水处理费，也相应降低了产品的成本。
5.地热水在农业方面的利用
地热水在农、林、牧、副、渔业方面的利用十分广泛。在农业上主要用于地热温室、培育良种，种植蔬菜、花卉，鱼苗越冬、孵化等方面。
未来社会，随着与地热利用相关的高新技术的发展，人们将能更准确地查明更多的地热资源；钻更深的钻井将地热从地层深处取出，因此地热利用也必将进入一个飞速发展的阶段。但是，地热能在应用中要注意地表的热应力承受能力，不能形成过大的覆盖率，因为这会对地表温度和环境产生不利的影响。
（二）地热发电
地热发电的原理是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。目前开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类，因此，地热发电也分为两大类。
1.蒸汽型发电
地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。一次蒸汽法直接利用地下的干饱和（或稍具过热度）蒸汽，或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法有两种含义：一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽（一次蒸汽），而是让它通过换热器汽化洁净水，再利用洁净蒸汽（二次蒸汽）发电。另一种是将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。
地热水中的水，按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的，必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。目前对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电，有两种方法：一是利用低沸点物质，如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热，使低沸点物质迅速气化，利用所产生气体进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”，这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差，如果发电系统的封闭稍有泄漏，工质逸出后很容易发生事故。另一种是减压扩容法。利用抽真空装置，使进入扩容器的地下热水减压汽化，产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功，这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大，因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。
20世纪90年代中期，以色列奥玛特（Ormat）公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系统，该机组已经在世界一些国家安装运行，效果很好。联合循环地热发电系统的最大优点是，可以适用于大于150℃的高温地热流体（包括热卤水）发电，经过一次发电后的流体，在不低于120℃的工况下，再进入双工质发电系统，进行二次做功，这就是充分利用了地热流体的热能，既提高发电的效率，又能将以往经过一次发电后的排放尾水进行再利用，大大地节约了资源。
地热技术：高温地热资源的最佳利用方式是地热发电。200℃~400℃的地热可以直接用来发电。
蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电但在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存在于较深的地层中，开采难度大，故其发展受到了限制。主要有背压式和凝气式两种发电系统。
2.热水型地热发电
（1）闪蒸系统
当高压热水从热水井中抽至地面，由于压力降低部分热水沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注入地层。
（2）双循环系统
地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器，再通过热交换器从而完成发电循环，地热水则从热交换器回流注入地下。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。
四、中国地热能的发展前景
在已发现的各种可再生能源的应用当中，人们对来自太空的太阳能量总是给予更多地关注，却忽略了地球本身赋予人类的丰富地热资源，地热能将有可能成为未来能源的重要组成部分。相对于太阳能和风能的不稳定性，地热能是较为可靠的可再生能源，这让人们相信地热能可以作为煤炭、天然气和核能的最佳替代能源。除此之外，地热能还是较为理想的清洁能源，其能源蕴藏丰富并且在使用过程中不会产生温室气体，所以对地球环境不产生危害。
目前，美国的地热能使用仅占全国能源组成的0.5%。根据麻省理工学院的一份报告指出，美国现有的地热系统每年只采集约3000MW能量，而据保守估计，可开采的地热资源达到10万MW。相关专家指出，倘若给予地热能源相应的关注和支持，在未来几年内，地热能很有可能成为与太阳能、风能等量齐观的新能源。
和其他可再生能源起步阶段一样，地热能形成产业的过程中面临的最大问题来自于技术和资金。地热产业属于资本密集型行业，从投资到收益的过程较为漫长，一般来说较难吸引到商业投资。可再生能源的发展一般能够得到政府优惠政策的支持，例如税收减免、政府补贴以及获得优先贷款的权利。在相关优惠政策的指引下，投资者们将更有兴趣对地热项目进行投资建设。地热能的利用在技术层面上有待发展的主要是对于开采点的准确勘测，以及对地热蕴藏量的预测。由于一次钻探的成本较高，找到合适的开采点对于地热项目的投资建设至关重要。
现在，地热产业采取引进石油、天然气等常规能源勘测设备，为地热能寻找准确的开采点。
现今，世界上其他国家和地区也在为地热能的发展提供更多的便利和支持，全球大约有40多个国家已经将地热能的发展列入议程，预计到2010年，全球地热资源的利用将比现在提高50%。地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源于地球的熔岩浆和放射性物质的衰变。地热能是指其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。并且，虽然地热能分布集中，但开发难度大。
（一）初期目标与任务
1.地热采暖达到950万㎡
其区域主要在京津地区、京九沿线的山东西部，松辽盆地的大庆地区，完善、优化已有地热供热工程，选点建立示范区。总之，至2010年地热开发利用总量：地热发电装机达到75MW~100MW，地热采暖达到2500㎡。热能利用总计约相当于1500万t标准煤当量。
2.高温地热发电
其主要在羊八井地热电站，对现有地热发电装备进行完善、优化，保证稳发25MW；力争利用ZK4001孔高温地热流体，增发、满发、达到总装机30MW；努力完成滇西腾冲高温地热井施工，打出250℃地热流体，力争发电潜力达到12MW。
（二）中期目标与任务
1.地热采暖达到1500万㎡
其区域主要在京津冀，京九沿线的山东西部，松辽盆地的大庆地区建立地热示范区。单井地热采暖达10万~15万㎡，单个地热采暖区50万~100万㎡。在已开发的地热田建立生产回灌系统。
2.高温地热发电装机达到40MW~50MW
其主要在西藏羊八井开发利用已有深部高温热储，使ZK4001地热井得以利用（温度250℃以上，发电10MW）；积极建设西藏羊易地热电站，拟定装机12MW；在滇西腾冲高温地热田力争完成250℃以上1~2口地热生产井施工，发电潜力12MW以上。
（三）长期目标与任务
1.地热采暖达到2200~2500㎡
其区域主要在北方京、津、冀地区，环渤海经济区，京九产业带，东北松辽盆地，陕中盆地，宁夏银川平原地区发展地热采暖、地热高科技农业，建立地热示范区。力争单井地热采暖工程达到15万㎡。
2.高温地热发电装机达到75~100MW
其主要藏滇高温地热勘探开发200℃~250℃以上深部热储。力争单机发电10MW以上，单井地热发电潜力达10MW以上。
（四）发展的障碍
1.系统的技术规程、规范和技术标准尚不健全和完善。
2.地热管理体制和开发利用工程、项目的适合市场经济的运行机制尚未建立，旧的计划经济管理体制、运行机制还没有完成改变，影响地热产业快速健康发展。
3.地热资源的勘探、开发是具有高投入、高风险和知识密集特点的新兴产业，化解风险的机制和社会保障制度尚未建立，这将严重影响投资者、开发者的信心，并最终制约地热产业发展。
（五）地热发展的可持续性
火山或岩浆的地热活动的典型寿命从最低5000年到100万年以上，如此长的寿命使地热源成为一种再生能源。
此外，地热库的天然补充率从几MW到1000MW以上。人类第一次用地热水发电是在1904年意大利的拖斯卡纳；1958年新西兰的北岛开始用地热源发电；美国加州的喷泉热田，从1960年就开始发电，热含量保守估计至少相当于燃烧280亿桶石油或62亿短顿（1短顿=907kg）煤所得的能量。
显然，地热资源能够可靠、安全和可持续性地运行，地热生产的可持续性也可从存在于热库岩石（含热量85%~95%）中的热源判断。
五、地热开发对环境的影响
地热是一种再生比较慢的资源。地热蒸汽产区只能利用一段时间，其长短难于估计，可能在30~3000a之间。由于取用的水多于回注的水，利用地热发电，最后可能会引起地面沉降，这一点我们必须注意。
地热蒸汽的温度和压力都不如火力发电高，因此地热利用率低，像盖塞斯的老发电机组的热效率只有14.3%，以致冷却水用量多于普通电站，热污染也比较严重。
地热电站也可利用冷却塔将余热释放到大气中，以避免上述的热污染。冷却塔的补充水来源于蒸汽本身，因此不需要外来水源。地热蒸汽在通过汽轮机之前，先进入离心分离器，除去岩粒和灰尘，然后冷凝成温水，在通过冷却塔，使其中75%~80%转变为蒸汽，余下的冷却水返回冷凝器利用。过剩的冷却水由于积累了硼﹑氨等污染物，应排注地下，而不应该排注水体。
这虽然解决了污染问题，但有可能引发地震；不过也可能因陆续注入而使岩层逐渐滑动，反而缓慢的解除积压，以致避免地震的突发。到底结果如何，必须进行严密监测。
从冷却塔派出的废蒸汽和废水中可能含有硫化氢等有毒气体，应予重视并及时加以处理，以免污染厂区附近的空气。
中国利用地热发电还刚刚开始，近年来一些地方只是利用地下热水建立小型发电站，取得成功，这是地热应用的一个良好开端。我国已经发现的地热温度较低、品味差，用来取暖及供热更合适。以北京的地热田为例，它属于低温热水类，深埋在400~2500m，温度在38℃~70℃范围内。据估计，进来用于取暖﹑空调﹑医疗﹑洗浴﹑养鱼和染织等方面，效果良好，每年可节约煤炭4300t。
地热应用对环境实际价值的举例：
由于坚持使用地热能源，Reykjivak（位于冰岛）是世界上最洁净的首都，烟囱里没有烟的排放。污染型的化石燃料已经被消除，用地热取代煤和石油进行加热大大减少了大量二氧化碳的排放。
目前，爱尔兰几乎90%的房屋使用地热水进行加热，和燃烧化石燃料相比，在爱尔兰地热应用每年能减少大约2000万t二氧化碳。2004年爱尔兰二氧化碳总排放量280万t。此外，由于许多国家使用地热能源，二氧化碳的排放明显减少。
还有一个用地热水取代化石燃料的好例子，那就是：Galanta，Slovakia.9，000GJ/yr的天然气热生产区域加热系统已经被修改了，天然气由富含碳酸盐的地热水所取代，这一取代使我们每年能减少5000t二氧化碳的排放。