地热发电技术.docx
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地热发电技术
地热发电技术
当今地热能发电技术
一:
综述
地热发电是把地下热能转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的生产过程。
1904年意大利试验地热发电成功。
地热发电的相关技术已经基本成熟，进入了商业化应用阶段。
美国拥有世界上最大的盖塞斯地热发电站，装机容量达2080MW。
菲律宾的地热发电装机容量也高达1050MW，占该国电力装机总容量的15%。
目前全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近10000MW，分布在20多个国家，其中美国占40%。
我国地热发电站总装机容量30MW左右，其中西藏羊八井（1万KW）、那曲、郎久三个地热电站规模较大。
二:
地热发电介绍:
地球内部蕴藏着巨大的热能。
从地表向下深入到地球内部，温度逐渐上升，平均温升为20-30摄氏度/千米，地球中心的温度约为6000摄氏度。
地热资源按照它在地下储存形式可以分为四大类:
水热资源、地压资源、干热资源、熔岩资源。
通常所说的地热能是指离地表面10千米以内的热能。
地热发电是把地下热能转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的生产过程。
能够把地下热能带到地面并用于发
电的载热介质主要是天然蒸汽（干蒸汽和湿蒸汽）和地下热水。
由于热水和蒸汽的温度、压力以及它们的水、汽品质的不同，地热发电的方式也不同。
常用的地热发电方式有以下几种:
（1）直接蒸汽法。
从地热井取出的高温蒸汽，首先经过净化分离器，脱除井下带来的各种杂质，清洁的蒸汽推动汽轮机作功，并使发电机发电。
所用发电设备基本上同常规火电设备一样。
（2）扩容发电方式。
即地热水经井口引出至热水箱部分扩容后进入厂房扩容器，扩容后的二次蒸汽进入汽机作功发电。
这种一次扩容系统，热利用率仅为3%左右。
将一级扩容器出口蒸汽引入汽机前几级作功，一级扩容器后的地热水进人二极扩容器，经二级扩容后进入汽轮机中间级作功，这就是两次扩容地热发电，其热利用率可达6%左右。
西藏羊八井地热发电站属此种发电方式的机组，单机容量为3000千瓦。
（3）双工质循环地热发电方式。
当地热参数较高，温度在150?
以上时，采用扩容发电很合适。
但参数较低时扩容发电就很困难，这种情况适宜采用双工质发电方式。
即用参数较低的地热水去加热低沸点的工质（如异丁烷、氟里昂等），再用低沸点工质的蒸汽去冲动汽轮机。
这种方式理论
上效率较高，但技术难度大。
目前国内进口的两台1000千瓦机组已投产发电。
（4）全流式地热发电方式。
将地热介质全部引入全流发电机组。
该方式理论上效率很高，可达90%，但实际结果较低。
目前，该方式在国内、外仍处于试验阶段，尚未付诸工业应用。
地热发电方式还有两相全流法等。
地热发电的原理与火力发电大致相同。
由于地热发电不消耗燃料，因而不需要庞大的燃料运输、存储设施，设备系统比火力发电简单。
地热发电后排出的热水只是降低了一些温度，还可以用于取暖、医疗等。
地热电站不会排出污染环境的烟气和灰尘。
我国地热资源储量丰富，分布面广，已发现的热沸泉2500处，地热田270多个。
地热资源可开采量相当于4626。
5亿吨标准煤，地热利用在我国具有广阔前景。
国内典型项目:
西藏羊八井地热发电项目
江西华电电力有限责任公司螺杆膨胀地热发电机组。
应用于西藏羊八井地热发电。
图为机组。
地热能的综合利用:
地热能的利用通常分为三种
—用于发电的蒸汽或温度极高的热流体;
—可被直接利用的中低温的热流体;
—地源热泵（GHPs）利用地表浅层的能源，为建筑物制冷/供暖。
地热发电是地热利用的最重要方式。
高温地热流体应首先应用于发电。
地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。
所不同的是，地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。
地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。
要利用地下热能，首先需要有“载
热体”把地下的热能带到地面上来。
目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。
蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电，但在引人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，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制。
一、闪蒸发电
原理:
当高压热水从热水井中抽至地面，于压力降低部分热水会沸腾并“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。
二、中低温双工质发电
系统原理简图
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。
蒸汽进人汽轮机做功后进人凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。
地热水则从热交换器回注人地层。
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。
三、干热岩发电
干热岩是埋藏于地面1km以下、温度大于200?
的、内部不存在流体或仅有少量地下流体的岩体。
干热岩发电是从地表往干热岩注入温度较低的水，注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，产生高温高压超临界水或水汽混合物，然后从生产井中提取高温蒸气，用于地热发电和综合利用。
国内知名专家:
马伟斌,中国科学院广州能源研究所地热工程中心副主任、首席科学家,长期从事地热资源的利用与研究工作,在地源热泵的研究与开发领域具有高深的技术造诣与工程实践经验,目前兼任北京中科能能源高科技集团有限公司总工程师及常务副总经理。
参与中国几乎所有的地热发电项目的论证与设计，对中国地热发电情况相当了解。
三:
相关资料
（一）日本地热发电产业现状及产业政策
日本约有100座活火山，地热资源储量排在印尼、美国之后居世界第3位，换算成发电能力超过2000万千瓦，相当于15座原子能发电站。
目前日本地热发电量约为风力发电的2倍，太阳能发电的3倍。
地热发电基本上不产生CO2，包括发电设备及建设送电设施在内，CO2排放量仅相当于火力发电的几十分之一，原子能发电的一半左右。
由于燃料不依赖国外供应，不存在汇率和燃料价格变动风险。
出于未来国际政治和经济发展长远战略需要，日本时隔20年再度兴起地热发电热。
1:
日本地热发电概况
日本约有100座活火山，地热资源储量排在印尼、美国之后居世界第3位，换算成发电能力超过2000万千瓦，相当于15座原子能发电站。
目前日本地热发电量约为风力发电的2倍，太阳能发电的3倍。
正在运营的地热发电站仅有18所，主要集中在东北和九州地区，总功率50万千瓦，约占国内总发电量的0.2,。
东北地区主要地热发电站:
大沼発電所、澄川発電所、松川発電所、葛根田発電所、上之岱発電所、柳津西山発電所、鬼首発電所。
九州地区主要地热发电站:
大岳発電所、八丁原発電所、山川発電所、大霧発電所、滝上発電所。
第一次石油危机后，日本国内曾掀起一股地热发电热。
但
随着原子能发电的普及和煤炭价格的回落，功率远小于火电站的地热电站逐渐受到冷落。
由九州电力和出光興産大分地热两家公司共同出资成立，功率1万千瓦以上的大型地热发电站——滝上地热发电站（大分县），在运营96年后也曾一度被迫停运。
2:
日本再兴地热发电热
为实现削减温室气体排放目标，树立环保节能的世界形象，树立“低碳经济”长远竞争力，日本时隔20年再次启动地热发电站建设工程。
三菱Materials公司、日本电源开发公司09年开始投资约400亿日元，建设总功率6万千瓦的地热发电设备。
日铁矿业和九州电力也投资约200亿日元建设地热发电站。
三菱Materials公司与日本电源开发公司在秋田县汤泽市，抽取地下2000米左右热水和蒸汽用于发电。
经过环境评估后开始施工，2016年正式运营，所发的电力主要销售给东北电力公司。
日铁矿业与九州电力合作，2015年前后在鹿儿岛县雾岛市现有地热发电站（功率3万千瓦）旁边新建功率3万千瓦的地热电站。
另外，两家公司计划再投资数百亿日元，在当地新建功率6万千瓦的新设备，目前正对周边地质进行调查。
出光興産子公司出光大分地热（大分县九重町）为了建设第二所地热发电设备，计划09年着手进行相关调查。
3:
日本地热发电的政策扶持
为推动地热发电站建设，日本政府今年春天推出系列扶持政策。
（1）制订了地热发电长期规划目标。
05年日本地热发电装机容量52万千瓦。
经产省预计，2020年增加到2倍以上即120万千瓦，2030年增加到190万千瓦。
（2）适当修订有关法律。
为推动新能源的合理开发利用，日本政府2003年发布了“新能源特别措施法（RPS法）”，该法律要求每家电力公司必须义务地开发一定量的新能源用于发电。
当前，为了促进地热能源的充分合理运用，日本政府正研究解除RPS法中上述规定，仅要求电力公司采取特定方法发电即可，不做开发量的约束。
另外，关于发电设施的选址，放宽在国立公园内的地热电力开发相关限制，但要求电力公司要配合政府开发目标去合理选择。
（3）在技术及资金上给予援助。
为了在技术上及资金上援助地热发电，日本经产省牵头成立了由电力公司负责人、相关学者组成的研究会。
09年4月，对地热电站的前期投资给予资金援助。
（4）补贴开发费用。
为普及地热发电，日本经产省强化援助扶持政策，增加开
发地下资源建设发电设备的相关补助。
目前政府补助2成开发费用，正研究将补助提高至三分之一。
预计2010年开始实施，正在拟订详细计划。
（二）地热利用迎来又一个高峰—2010年世界地热大会见闻
编者按:
随着全球气候问题日趋严峻～地热作为一种清洁能源～越来越受到各国政府的重视。
世界地热大会每五年召开一届～是目前规模最大、技术含量最高和参与最广泛的地热会议。
由国际地热协会主办、印尼能源矿产部和印尼地热协会协办的2010年世界地热大会于4月25日，30日在印尼巴厘岛召开。
在这次会议上～来自西安地调中心的高级工程师尹立河与印尼专家共同主持了水文地质分会场的学术交流～并作了学术报告。
本期特约尹立河为大家介绍大会见闻～以期对开展地热研究与应用提供参考。
今年世界地热大会的主题是“地热——改变世界之能源”～涵盖了地热资源评估、地热钻井技术、地热发电、地热直接利用,包括地源热泵,和增强地热系统等多个专题。
印度尼西亚总统、冰岛总统以及各级官员到会～大会共有2500多位代表参加～分别来自85个国家和地区。
我国科研院所和地热能应用相关企业的100多名专家学者参加了本次大会。
大会发表了“巴厘岛宣言”～号召世界各国加大对地热资源的投入～开展利用这一可持续利用的清洁能源～以应对全球气候变化。
地热利用已成全球热点
本次大会中，许多国家提交了本国的地热资源利用情况。
根据这一最新的数据，全世界共有78个国家在利用地热能。
从世界范围来看，地热能主要用于发电和直接利用，其中2010年地热发电为10715百万瓦，直接利用为50583百万瓦。
从会议得知，全世界共有27个国家利用地热发电，绝大部分分布在美洲和亚洲，分别占世界总装机量的39.9%和35.1%。
我国地热发电的总装机量为24百万瓦，发电量位居世界第18位。
近年来，地热能利用的最大变化来自直接利用，其中地源热泵是增长最快的地热能的利用方式。
从统计来看，冰岛和土耳其地热能的贡献最大，冰岛89%的房屋供暖来自地热能。
通过本次大会可以看出，在节能减排的大背景下，世界范围的地热勘查研究和开发利用势头强劲，地热资源用于经济建设、造福社会已是大势所趋。
地热领域发展探索新方向
在本届世界地热大会上，特邀发言人拉迪斯劳斯博士做了“地热资源的现状与前景”学术报告。
报告中提到了地热领域的两个发展方向，一个是增强型地热系统，一个是浅层地温能（包括地源热泵）的应用。
增强型地热系统（EGS）是指从地下3千米,10千米低渗透性岩体中经济开采深层地热的人工热能系统，具有热能蕴藏量巨大、利用效率高、系统
稳定等特点。
在这次地热大会讨论过程中，国际上对开发增强型地热系统的呼声日益高涨，不仅投入巨资开展研究，美、德、法、澳、日、瑞等国还建设了一批试验性增强型地热系统，但我国增强型地热系统研究基本处于空白，所以应大力促进我国增强型地热系统的研究开发。
我国浅层地热能开发利用一直在世界名列前茅，本次大会共有5次与浅层地热能相关的专题学术活动，共有30多名来自世界各地的科学家进行了学术交流。
学术交流以浅层地热能的应用为主，包括利用浅层地热能进行房屋供暖、食品的干燥以及海水淡化等。
在地源热泵方面，主要是针对地源热泵的诸多关键技术问题开展理论探讨，如太阳能与地源热泵联合应用的可行性探讨等。
此外，在本次大会上，有众多的世界知名地热勘查设备制造商参会，从一个侧面反映了世界各国对地热能发展的前景充满信心。
日本的工业巨头三菱和东芝都带来他们最先进的设备参加本次大会。
法国知名企业低温星（CryostarSAS）的新产品——低温汽轮机，可以利用低温地热能进行发电，引起了世界同行的关注。
正如亚洲可持续能源开发中心的主任爱德华所说，这些新的设备必将推动地热资源的勘查、开发和利用。
会后发表的巴厘岛宣言有四部分组成，分别为:
能源是人类发展的基础，人类需要清洁的地热能源，各国应加强对
地热开发的力度和地热是改变世界的能源。
宣言指出为了应对改全球气候变暖和改善人类的生存环境，各国政府应重视地热资源的应用，加大在地热发电和直接应用方面的投入。
从巴厘岛宣言可以看出，在全球气候变化的大背景下，地热利用将迎来又一个高峰。
随着世界经济的发展，对能源的需求日益增加，而为了应对全球变暖，必须不断加大对清洁能源的使用。
我国的《可再生能源法》和正在制定的《能源法》都强调了必须大力提倡使用清洁能源。
巴厘岛宣言也会进一步促进我国在地热能方面的利用，进一步推动地热能，特别是浅层地热能在我国的普及。
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