1、.地熱能及其直接利用和發(fā)電技術目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329360757 摘要： PAGEREF _Toc329360757 h 2 HYPERLINK l _Toc329360758 1 國內外地熱能利用現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc329360758 h 2 HYPERLINK l _Toc329360759 2 地熱能的直接利用技術 PAGEREF _Toc329360759 h 7 HYPERLINK l _Toc329360760 2.1 地源熱泵技術 PAGEREF _Toc329360760 h 7 HYPERLINK l _Toc3

2、29360761 2.2 地熱務農技術 PAGEREF _Toc329360761 h 10 HYPERLINK l _Toc329360762 2.3 地熱醫(yī)療技術 PAGEREF _Toc329360762 h 10 HYPERLINK l _Toc329360763 3 地熱發(fā)電技術 PAGEREF _Toc329360763 h 11 HYPERLINK l _Toc329360764 3.1 地熱發(fā)電原理與技術 PAGEREF _Toc329360764 h 11 HYPERLINK l _Toc329360765 地熱蒸汽發(fā)電 PAGEREF _Toc329360765 h 11

3、HYPERLINK l _Toc329360766 地下熱水發(fā)電 PAGEREF _Toc329360766 h 12 HYPERLINK l _Toc329360767 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 PAGEREF _Toc329360767 h 12 HYPERLINK l _Toc329360768 利用地下熱巖石發(fā)電 PAGEREF _Toc329360768 h 13 HYPERLINK l _Toc329360769 3.2 地熱發(fā)電循環(huán)系統(tǒng) PAGEREF _Toc329360769 h 14 HYPERLINK l _Toc329360770 單機擴容系統(tǒng) PAGEREF _Toc329360

4、770 h 14 HYPERLINK l _Toc329360771 兩級擴容系統(tǒng) PAGEREF _Toc329360771 h 15 HYPERLINK l _Toc329360772 雙循環(huán)系統(tǒng) PAGEREF _Toc329360772 h 16 HYPERLINK l _Toc329360773 3.3 地熱發(fā)電的技術關鍵 PAGEREF _Toc329360773 h 16 HYPERLINK l _Toc329360774 地熱田的回灌 PAGEREF _Toc329360774 h 17 HYPERLINK l _Toc329360775 地熱田的腐蝕 PAGEREF _Toc

5、329360775 h 18 HYPERLINK l _Toc329360776 地熱田的結垢 PAGEREF _Toc329360776 h 18 HYPERLINK l _Toc329360777 4 地熱能開發(fā)產(chǎn)生的問題 PAGEREF _Toc329360777 h 19 HYPERLINK l _Toc329360778 4.1 利用率低 PAGEREF _Toc329360778 h 19 HYPERLINK l _Toc329360779 4.2 過量開采導致地面下降 PAGEREF _Toc329360779 h 19 HYPERLINK l _Toc329360780 4.3

6、 環(huán)境污染 PAGEREF _Toc329360780 h 19 HYPERLINK l _Toc329360781 參考文獻 PAGEREF _Toc329360781 h 20摘要：本文基于對國內外地熱能及其應用技術的調研,總結了地熱能的直接利用技術和地熱能發(fā)電技術的發(fā)展和亟待解決的技術問題,以及地熱能應用帶來的影響。重點討論了地熱發(fā)電技術的原理和應用。國內外地熱能利用現(xiàn)狀地熱能Geothermal Energy是由地殼抽取的天然熱能,這種能量來自地球內部的熔巖,并以熱力形式存在,是引致火山爆發(fā)及地震的能量。地熱能是蘊藏于地球深處的熱能。按照現(xiàn)有開發(fā)技術的可能性,地熱能資源的范圍一般指在地

7、殼表層以下5000米以內巖石和地熱流體所含的熱量。地球內部的溫度高達7000,而在80至100公英里的深度處,溫度會降至650至1200。透過地下水的流動和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼,熱力得以被轉送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱,這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法,就是直接取用這些熱源,并抽取其能量。地熱能是可再生資源。地球內部蘊藏著的熱能稱為地熱能,來自高溫巖漿,巖石中放射性元素衰變；在地球上所有的能源中,地熱能僅次于太陽輻射能,排在第二位火山爆發(fā)、地震和其他地殼變動；世界地熱資源主要分布于以下5個地熱帶：1環(huán)太平洋地熱帶。世界最大的太

8、平洋板塊與美洲、歐亞、印度板塊的碰撞邊界,即從美國的阿拉斯加、加利福尼亞到墨西哥、智利,從新西蘭、印度尼西亞、菲律賓到中國沿海和日本。世界許多地熱田都位于這個地熱帶,如美國的蓋瑟斯地熱田,墨西哥的普列托、新西蘭的懷臘開、中國XX的馬槽和日本的松川、大岳等地熱田。2地中海、喜馬拉雅地熱帶。歐亞板塊與非洲、印度板塊的碰撞邊界,從意大利直至中國的滇藏。如意大利的拉德瑞羅地熱田和中國XX的羊八井及XX的騰沖地熱田均屬這個地熱帶。3大西洋中脊地熱帶。大西洋板塊的開裂部位,包括冰島和亞速爾群島的一些地熱田。4紅海、亞丁灣、東非大裂谷地熱帶。包括肯尼亞、烏干達、扎伊爾、埃塞俄比亞、吉布提等國的地熱田。5其他

9、地熱區(qū)。除板塊邊界形成的地熱帶外,在板塊內部靠近邊界的部位,在一定的地質條件下也有高熱流區(qū),可以蘊藏一些中低溫地熱,如中亞、東歐地區(qū)的一些地熱田和中國的膠東、遼東半島及華北平原的地熱田。地熱資源是指在當前技術經(jīng)濟和地質環(huán)境條件下,能夠從地殼中科學、合理的開發(fā)出來的巖石中的熱能量和地熱流體中的熱能量及其伴生 的有用組成。地熱能是通過漫長的地質作用而形成的集熱、礦、水為一 體的礦產(chǎn)資源。地熱資源按它在地下的儲存形式可分為五大類：蒸汽 型、熱水型、地壓型、干熱巖型和巖漿型。 1蒸汽型地熱資源：指以溫度較高的蒸汽為主的地下對流水熱系統(tǒng),這類地熱資源由于需要特殊的地質條件才能形成,因此儲量較少。 一般蘊

10、藏在15 km左右的地表深度。 2熱水型地熱資源：指地下以水為主的對流水熱系統(tǒng),是存在于地熱區(qū)的水從周圍儲熱巖體中獲得能量形成的,包括噴出地面的熱水和濕蒸汽。這類資源分布廣泛,儲量豐富,是當前重點研究對象。 3地壓型地熱資源：蘊藏深度為2km3 km,以高壓水形式存在,溶解大量碳氫化合物,開發(fā)時可同時得到壓力能,熱能,化學能。 4干熱巖型地熱資源：在地殼深處,巖石具有很高的溫度,儲存大量得熱能,干熱巖型地熱資源主要指地表下10km左右深處的干燥無水的熱巖石。這類資源十分豐富,是未來開發(fā)的重點。 5巖漿型地熱資源：指蘊藏在地層深處的呈完全熔融狀態(tài)或半熔 融狀態(tài)的巖漿中所具有的巨大能量。據(jù)20XX

11、4月2530日在印度尼西亞巴厘島召開的世界地熱會議報告,到20XX世界地熱發(fā)電所的設備總容量為10715MWe,1980年以后,每5年約增加1000 MWe,但從20XX的8902 MWe增加了1813 MWe,增加稍為迅速。年間發(fā)電量,IGA從1995年開始統(tǒng)計,在20XX約為67246GWh,從20XX起增加約1 l537GWh。有地熱發(fā)電所的24個國家的設備容量和年間發(fā)電量如表1.1所示。圖1.1 195020XX世界地熱發(fā)電所的設備總容量、發(fā)電量及2015年預測200520XX的地熱直接利用的進展,據(jù)Lnnd先生的論文和78個國家的報告匯總,20XX熱利用國家為58個,20XX增至72

12、個,其設備容量從20XX的28269MWe增至20XX的50583MWe,增加約80。據(jù)IGA 1995年以后的調查,每5年約增加18倍,年間能量利用量也從20XX的273372TJa,增至20XX的438071TJa,約增n60,利用領域的年間能量利用率變化如圖1.2示。在直接利用中,有利用中低溫地熱水和淺部地中熱的情況。圖1.2直接利用各領域年間能量利用率的變化表1.1 各國的地熱發(fā)電設備容量和發(fā)電量2010表1.2 直接利用量在2000GWh/a以上的前15國情況表1.3 GHP地中熱利用前9國中國是以中低溫為主的地熱資源大國,全國地熱資源潛力接近全球的8%中國地熱資源遍布全國各地。據(jù)估

13、算,中國深度2000米以內的地熱資源所含的熱能相當于2500萬億噸標準煤,初步估計可以開發(fā)其中的500億噸。中國地熱資源主要分為三類:高溫對流型地熱資源,主要分布在滇藏及XX地區(qū),其中適用于發(fā)電的高溫地熱資源較少,主要分布在藏南、川西、滇西地區(qū),可裝機潛力約為fi00萬千瓦;中低溫對流型地熱資源,主要分布在東南沿海地區(qū)包括XX、XX、廣西,以及XX、XX和XX等地;t3中低溫傳導型地熱資源,主要埋藏在華北、松遼、蘇北、XX、鄂爾多斯等地的大中型沉積盆地之中。目前,中國經(jīng)正式勘察并經(jīng)國土資源主管部門審批的地熱田為103處,全國已打成地熱井2000多眼,提交的B+C級可采地熱資源量每年3.3億立方

14、米;經(jīng)初步評價的地熱田214個,D+C級地熱可開采資源量每年約5億立方米。地熱能的直接利用技術地熱能的利用可分為地熱發(fā)電和直接利用兩大類,而對于不同溫度的地熱流體可利用的范圍如下：200400,直接發(fā)電及綜合利用；150200,可用于雙循環(huán)發(fā)電、制冷、工業(yè)干燥、工業(yè)熱加工等；100150,可用于雙循環(huán)發(fā)電、供暖、制冷、工業(yè)干燥、脫水加工、回收鹽類、制作罐頭食品等；50100,可用于供暖、溫室、家庭用熱水、工業(yè)干燥；2050,可用于沐浴、水產(chǎn)養(yǎng)殖、飼養(yǎng)牲畜、土壤加溫、脫水加工等。地源熱泵技術1原理：地源熱泵系統(tǒng)是一種利用地球所儲藏的太陽能資源為冷熱源,進行能量轉換的供暖制冷空調系統(tǒng),由地能換熱系

15、統(tǒng)、熱泵機組和室內采暖空調末端系統(tǒng)所組成。熱泵是先進的熱能利用設備,能有效地利用空氣、水體和土壤中蘊藏的低溫熱能。利用熱泵,可以從低溫地熱尾水中提取熱量,從而降低地熱尾水的排放溫度,增大地熱利用溫差。圖2.1 地源熱泵原理圖2分類：根據(jù)地熱能交換系統(tǒng)形式的不同,地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。圖2.2 地源熱泵分類3特點：= 1 * GB3綠色清潔。地球表面的水源和土壤是一個巨大的太陽能集熱器,收集了約47%的太陽輻射能量,是人類每年所利用能量的500多倍。地源熱泵利用地球所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,是可再生能源利用技術。= 2 * GB3經(jīng)濟高效

16、。地源熱泵通過消耗少量電能,可從土壤、地表水、地下水等淺層地熱中提取4-6倍于自身所消耗電能的能量進行利用。與常規(guī)冷熱源系統(tǒng)相比,地源熱泵系統(tǒng)的能量利用效率整體可提高30%左右,大大減少了系統(tǒng)運行能耗和費用,而且除實現(xiàn)制冷、制熱功能外,可一套系統(tǒng)同時實現(xiàn)生活熱水的制取。= 3 * GB3低碳環(huán)保。地源熱泵系統(tǒng)在使用中利用清潔能源,減少煤、石油等化石能源的利用,并提高了能源使用效率,可大大減少二氧化碳等溫室氣體的排放,緩解城市熱島效應,并避免由于使用鍋爐和冷卻塔而引發(fā)的空氣污染和噪聲污染。= 4 * GB3運行穩(wěn)定。由于淺層地熱的溫度相對穩(wěn)定,熱泵機組吸熱或放熱受外界氣候影響小,其運行工況比其它

17、空調設備更穩(wěn)定,可避免常規(guī)空調當外界氣溫過高或過低運行時不穩(wěn)定的問題。4地源熱泵技術在中國的發(fā)展：中國淺層地熱能應用潛力巨大,初步估算,287個地級以上城市每年淺層地熱能可利用資源量相當于3.56億噸標準煤,扣除開發(fā)消耗的電能,凈節(jié)能量相當干2.48億噸標準煤,減少二氧化碳排放6.13億噸。目前,中國地源熱泵技術的建筑應用面積已超過1.4億平方米,全國地源熱泵系統(tǒng)年銷售額已超過50億元,并以30%以上的速度在增長,單體地源熱泵系統(tǒng)應用面積高達80萬平方米。地源熱泵有關利用技術：20世紀90年代以來,中國地源熱泵系統(tǒng)取得許多突破性新技術,并廣泛應用于地熱工程領域,地源熱泵技術是實現(xiàn)地熱能梯級利用

18、、地溫能利用和污水熱能利用的有效手段,熱泵技術、低溫地板輻射技術和信息技術的有機結合與應用給地熱能在供暖、制冷、環(huán)保等方面存在的問題提供了有效解決方法,整體提高了資源的利用率,保護了資源與環(huán)境。= 1 * GB3低溫地板輻射技術。低溫地板輻射采暖是將地暖專用塑管埋于地下,在管道內通入3060的熱水,使地面達到一定的溫度,靠地面和圍護結構、家具、人體等實體的輻射換熱來維持房間需要的溫度和人體的舒適性,具有高效節(jié)能等優(yōu)點。= 2 * GB3信息技術。信息技術的應用有效提高了地熱資源開發(fā)利用技術與管理水平。中國成功研制出地熱資源數(shù)據(jù)庫,建立了部分省市的地熱資源開發(fā)利用評價設計系統(tǒng)和地熱井遠程監(jiān)控系統(tǒng)

19、,可實現(xiàn)對地熱井的水溫、流量、水位等動態(tài)數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控,有效進行地熱資源的開發(fā)管理。= 3 * GB3地熱梯級利用技術。地熱梯級利用就是多級次地從地熱水中提取熱能,多層次地利用,以達到能盡其用的目的。通常情況下,可以將地熱能要供暖的總負荷分成高溫供暖部分與低溫供暖部分,高溫部分一般可以采用管網(wǎng)方式供暖,低溫部分可以采用地板輻射采暖等。= 4 * GB3混合水源聯(lián)動運行空調技術?；旌纤绰?lián)動運行空調技術是一項新的能源利用技術,利用處理后的工業(yè)廢水與城市污水、湖水、地熱尾水等低品位的能源作為空調系統(tǒng)的熱、冷源,利用水源熱泵提取熱能與冷能進行供熱與制冷。= 5 * GB3回灌技術。地熱資源是在漫長

20、的地質歷史時期內形成的,其補給來源十分有限。地熱水的大量集中開采會因其理藏深度大、補償緩慢、再生速度不快而使地熱水水位下降形成地面沉降和人為的資源醫(yī)乏,而且地熱水的隨意排放對水土及大氣造成污染。回灌是解決上述問題的根本方法口天津市塘沽區(qū)于220世紀80年代初開始進行基巖熱儲回灌,近幾年回灌量是同期開采量的63%,有效遏制了水位下降過快的勢頭。= 6 * GB3增強型地熱系統(tǒng)。增強型地熱系統(tǒng)是國際上最為關注的兩個發(fā)展趨勢之一。增強型地熱系統(tǒng)也叫干熱巖地熱,原理是從地表往干熱巖中打一眼井,封閉井孔后向井中高壓注入溫度較低的水,高壓水在巖體致密無裂隙的情況下,會使巖體大致沿垂直于最小地應力的方向產(chǎn)生

21、許多裂縫,注入的水會沿著裂隙運動并與周邊的巖石發(fā)生熱交換,可以產(chǎn)生溫度高達200300的高溫高壓水或水汽混合物,然后再通過人工熱儲構造的生產(chǎn)井將這些高溫蒸汽提取用于地熱發(fā)電和綜合利用,利用后的溫水又通過注入井回灌到干熱巖中,從而達到循環(huán)利用的目的。圖2.3 發(fā)展中的干熱巖發(fā)電系統(tǒng)地熱務農技術地熱在農業(yè)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(chǎn)；利用地熱水養(yǎng)魚,在28水溫下可加速魚的育肥,提高魚的出產(chǎn)率；利用地熱建造溫室,育秧、種菜和養(yǎng)花；利用地熱給沼氣池加溫,提高沼氣的產(chǎn)量 等。 將地熱能直接用于農業(yè)在我國日益廣泛,北京、天津、XX和XX等地都建有面積大小不等的地

22、熱溫室。各地還利用地熱大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè),如培養(yǎng)菌種、養(yǎng)殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等。地熱醫(yī)療技術地熱在醫(yī)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(yī)療效果。如合碳酸的礦泉水供飲用,可調節(jié)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(jīng)衰弱和關節(jié)炎、皮膚病等。 由于溫泉的醫(yī)療作用及伴隨溫泉出現(xiàn)的特殊的地質、地貌條 件,使溫泉常常成為旅游勝地,吸引大批療養(yǎng)者和旅游者。在日本就有1500多個溫泉療養(yǎng)院,每年吸引1億人到這些療養(yǎng)院

23、休養(yǎng)。我國利用地熱治療疾病的歷史悠久,含有各種礦物元素的溫泉眾多,因此充分發(fā)揮地熱的醫(yī)療作用,發(fā)展溫泉療養(yǎng)行業(yè)是大有可為的。除此之外,地熱直接利用還包括地熱用于娛樂和旅游等諸多方面。地熱發(fā)電技術地熱發(fā)電原理與技術地熱發(fā)電的過程就是把地下熱能首先轉變?yōu)闄C械能,然后再把機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^程,原理和火力發(fā)電的基本原理是一樣的.所不同的是,地熱發(fā)電不像火力發(fā)電那樣需要備有龐大的鍋爐,也不需要消耗燃料,它所用的能源是地熱能。根據(jù)可利用地熱資源的特點以及采用技術方案的不同,地熱發(fā)電主要分為地熱蒸汽、地下熱水、聯(lián)合循環(huán)和地下熱巖4種方式。地熱蒸汽發(fā)電1背壓式汽輪機發(fā)電。工作原理:把干蒸汽從蒸汽井中引出,先

24、加以凈化,經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質,然后使蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電,排汽放空。這是最簡單的發(fā)電方式,大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合,或者綜合利用于工農業(yè)生產(chǎn)和生活用水.2凝汽式汽輪機發(fā)電。為了提高地熱電站的機組輸出功率和發(fā)電效率,做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器,冷卻后再排出。在該系統(tǒng)中,蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力,所以能做出更多的功,系統(tǒng)原理見圖3.1。該系統(tǒng)結構簡單,適用于高溫地熱田的發(fā)電。圖3.1 地熱發(fā)電系統(tǒng)地下熱水發(fā)電1閃蒸地熱發(fā)電。工作原理:將地熱井口引來的地熱水,先送到閃蒸器中進行降壓閃蒸,使其產(chǎn)生部分蒸汽,再引到常規(guī)汽輪機做功發(fā)電. 汽輪機排出的蒸汽在混

25、合式凝汽器內冷凝成水,送往冷卻塔.分離器中剩下的含鹽水排入環(huán)境或打入地下,或引入作為第二級低壓閃蒸分離器中,分離出低壓蒸汽引入汽輪機的中部某一級膨脹做功. 用這種方法產(chǎn)生蒸汽來發(fā)電叫做閃蒸法地熱發(fā)電. 它又可以分為單級閃蒸法、兩級閃蒸法和全流法等.采用閃蒸法的地熱電站,熱水溫度低于100時,全熱力系統(tǒng)處于負壓狀態(tài).這種電站設備簡單,易于制造,可以采用混合式熱交換器. 缺點是設備尺寸大,容易腐蝕結垢,熱效率較低. 由于是直接以地下熱水蒸汽為工質,因而對于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。2中間介質法地熱發(fā)電。工作原理:通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點的工質,使之變?yōu)檎?/p>

26、汽,然后以此蒸汽推動氣輪機并帶動發(fā)電機發(fā)電. 在這種發(fā)電系統(tǒng)中采用2種流體,一種是以地熱流體作熱源,它在蒸汽發(fā)生器中被冷卻后排入環(huán)境或打入地下;另一種是以低沸點工質流體作為工作介質. 這種工質在蒸汽發(fā)生器內由于吸收了地熱水放出的熱量而汽化,產(chǎn)生的低沸點工質蒸汽送入汽輪機發(fā)電機組發(fā)電.做完功后的蒸汽,由汽輪機排出,并在冷凝器中冷凝成液體,然后經(jīng)循環(huán)泵打回蒸汽發(fā)生器再循環(huán)工作。該方式分為單級中間介質法系統(tǒng)和雙級中間介質法系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的優(yōu)點是能夠更充分地利用地下熱水的熱量,降低發(fā)電的熱水消耗率,缺點是增加了投資和運行的復雜性。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電聯(lián)合循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)就是把蒸汽發(fā)電和地熱水發(fā)電2種系統(tǒng)合二為

27、一,它最大的優(yōu)點就是適用于高于150的高溫地熱流體發(fā)電,經(jīng)過一次發(fā)電后的流體,在不低于120的工況下,再進入雙工質發(fā)電系統(tǒng),進行二次做功,充分利用了地熱流體的熱能,既提高了發(fā)電效率,又將經(jīng)過一次發(fā)電后的排放尾水進行再利用,大大節(jié)約了資源。該機組目前已經(jīng)在一些國家安裝運行,經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都很好。該系統(tǒng)從生產(chǎn)井到發(fā)電,再到最后回灌到熱儲,整個過程都是在全封閉系統(tǒng)中運行的,因此,即使是礦化程度很高的熱鹵水也可以用來發(fā)電,且不存在對環(huán)境的污染. 同時,由于系統(tǒng)是全封閉的,即使在地熱電站中也沒有刺鼻的硫化氫味道,因而是100%的環(huán)保型地熱系統(tǒng). 這種地熱發(fā)電系統(tǒng)采用100%的地熱水回灌,從而延長了地

28、熱田的使用壽命。利用地下熱巖石發(fā)電1熱干巖過程法。與那些只從火山活動頻繁地區(qū)的溫泉中提取熱能的方法相比,熱干巖過程法將不受地理條件限制,可以在任何地方進行熱能開采. 首先將水通過壓力泵壓入地下46km深處,此處巖石層的溫度大約在200左右.水在高溫巖石層被加熱后,通過管道加壓被提取到地面并輸入到熱交換器中,熱交換器推動汽輪發(fā)電機將熱能轉化成電能. 同時推動汽輪機工作的熱水經(jīng)冷卻后可重新輸入地下供循環(huán)使用.這種地熱發(fā)電的成本與其他再生能源的發(fā)電成本相比是有競爭力的,而且這種方法在發(fā)電過程中不產(chǎn)生廢水、廢氣等污染,所以它是一種未來的新能源。利用干熱巖發(fā)電與傳統(tǒng)的熱電站發(fā)電的區(qū)別主要是采熱方式不同如

29、圖3.2。干熱巖地熱發(fā)電的流程為:注入井將低溫水輸入熱儲水庫中,經(jīng)過高溫巖體加熱后,在臨界狀態(tài)下以高溫水、汽的形式通過生產(chǎn)井回收發(fā)電。發(fā)電后將冷卻水排至注入井中,重新循環(huán),反復利用。在此閉合回流系統(tǒng)中不排放廢水、廢物、廢氣,對環(huán)境沒有影響。圖3.2 干熱巖地熱發(fā)電系統(tǒng)天然的干熱巖沒有熱儲水庫,需在巖體內部形成網(wǎng)裂縫,以使注入的冷水能夠被干熱巖體加熱形成一定容量的人工熱儲水庫。人工網(wǎng)裂縫熱儲水庫可采用水壓法、化學法或定向微爆法形成。其中,水壓法應用最廣,它是向注水井高壓注入低溫水,然后經(jīng)過干熱巖加熱產(chǎn)生非常高的壓力。在巖體致密無裂隙的情況下,高壓水會使巖體在垂直最小地應力方向上產(chǎn)生許多裂縫。若巖

30、體中本來就有少量天然節(jié)理,則高壓水會先向天然節(jié)理中運移,形成更大的裂縫,其裂縫方向受地應力系統(tǒng)的影響。隨著低溫水的不斷注入,裂縫持續(xù)增加、擴大,并相互連通,最終形成面狀的人工熱儲水庫,而其外圍仍然保持原來的狀態(tài)。由于人工熱儲水庫在地面以下,可利用微震監(jiān)測系統(tǒng)、化學示蹤劑、聲發(fā)射測量等方法監(jiān)測,并反演出人工熱儲水庫構造的空間三維分布。從生產(chǎn)井提取到高溫水、蒸汽等中間介質后,即可采用常規(guī)地熱發(fā)電的方式發(fā)電,包括直接蒸汽法、擴容法以及中間介質法等。由于直接蒸汽法要求從井下取出高溫蒸汽,效率較低,因此應用較少。擴容法是將生產(chǎn)井中的熱水先輸送至擴容器,通過減壓擴容產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機發(fā)電。我國XX羊八井

31、地熱電站即屬擴容法地熱發(fā)電。目前研究較多的是應用中間介質法地熱發(fā)電,例如有機蘭金循環(huán)和卡里納循環(huán)等。蒸發(fā)器是中間介質法干熱巖發(fā)電的關鍵設備,地熱水通過蒸發(fā)器把低沸點物質加熱,使其產(chǎn)生高壓蒸汽并通過汽輪機發(fā)電,做完功的排氣在冷凝器中被還原成液態(tài)低沸點物質。2巖漿發(fā)電。在現(xiàn)在的地熱發(fā)電中,地熱儲層中的熱源是地下深部的融熔巖漿。所謂巖漿發(fā)電就是把井鉆到巖漿處,直接獲取那里的熱量. 這一方式在技術上是否可行,是否能把井鉆至高溫巖漿處,人們一直在研究中. 到目前為止,在夏威夷進行了鉆井研究,想用噴水式鉆頭把井鉆到巖漿溫度為10201170的巖漿中,并深入巖漿29m,但就這也只是淺地表的個別情況. 如果真

32、正鉆到地下幾千米才能鉆到巖漿,采用現(xiàn)有技術也是很難實現(xiàn)的. 另外,對從巖漿中提取熱量,目前也只是進行了理論上的研究。地熱發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)單機擴容系統(tǒng)例如XX羊八井地熱電站1號機,銘牌出力1MW。這些機組的長期運行經(jīng)驗表明,單級擴容發(fā)電系統(tǒng)具有一些明顯的優(yōu)點:系統(tǒng)和結構簡單,運行可靠,操作方便?，F(xiàn)以XX豐順鄧屋地熱電站為例說明。該機是示范性的,銘牌出力300 kW ,1982年建成,1994年4月正式移交當?shù)厥褂?。十多年?機組一直并網(wǎng)運行。該機的熱力系統(tǒng)如圖3.3所示。由地熱井抽取的91的熱水,在擴容器內產(chǎn)生32 kPa的蒸汽推動地熱汽輪發(fā)電機組發(fā)電。排汽在混合式凝汽器中凝結并與冷卻水一同排出。整

33、個系統(tǒng)在負壓下運行,其真空由射水抽氣器維持。通過多臺單級擴容地熱發(fā)電機組的運行實踐證明,這類低參數(shù)、小容量的地熱電站在技術上是成熟的,但在經(jīng)濟上,只有在缺油、缺煤、缺電,或電力以小水電為主而無法解決枯水期用電的邊遠山區(qū),在XX的某些地區(qū),與小柴油發(fā)電機比,才有竟爭能力。圖3.3 300KW地熱機組的熱力系統(tǒng)兩級擴容系統(tǒng)XX羊八井地熱電站使用的二級擴容地熱發(fā)電系統(tǒng),從1981年至1991年間,先后投產(chǎn)了8臺300 kW機組。其中7臺汽輪機由XX汽車輪機廠生產(chǎn),1臺由富士公司引進。國產(chǎn)3MW機組的熱力系統(tǒng)如圖3.4所示。汽輪機為混壓式,有兩個進汽口相應引入第1級和第2級擴容蒸汽,其壓力分別為167

34、20 kPa和495 kPa,排汽壓力為8.8kPa。凝汽器為混合式。電站南部的冷卻水直接取自藏布曲,北部機組采用冷卻塔冷卻,地熱流體輸送方式采取汽、水分別用母管輸送。熱水經(jīng)過2級擴容后排入回灌池,用泵加壓回灌地下。到1993年底,這些機組累計毛發(fā)電量已達134 GWh,凈發(fā)電量約558 GWh,在冬季占XX電網(wǎng)供電量的60%。機組經(jīng)受了許多嚴重的考驗,例如,負荷在600至3500 kW波動,電網(wǎng)周波在47至54 Hz變化等。這些實績表明,電站采用二級擴容系統(tǒng)是成功的,它可以在汗發(fā)熱儲溫度為150至170 的類似。圖3.4 3MW地熱機組的熱力系統(tǒng)雙循環(huán)系統(tǒng)XX那曲地熱電站采用的是ORMAT公

35、司生產(chǎn)的雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。該機組于1994年8月投入運行,到12月底由于井內電潛泵電纜損壞而被迫長期停機。機組尚未達到銘牌出力,一般情況下毛出力800 kW左右,扣除空冷風機電耗100 kW,介質泵37 kW,井內電潛泵320330 kW,凈輸出僅300多kW。此外,井下電潛泵的維修十分困難,按規(guī)定每年要大修一次,提升井下泵是一件費力、費時,造價很高的工作,需花約100萬元,這對充分發(fā)揮電站的經(jīng)濟和社會效益造成很大影響。圖3.5 1MW地熱機組的熱力系統(tǒng)地熱發(fā)電的技術關鍵目前,有3個重大技術難題阻礙了地熱發(fā)電的發(fā)展,即地熱田的回灌、腐蝕和結垢。地熱田的回灌地熱水中含有大量的有毒礦物質。例如我國羊

36、八井的地熱水中含有硫、汞、砷、氟等多種有害元素,地熱發(fā)電后大量的熱排水直接排放,會對環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響.地熱回灌是把經(jīng)過利用的地熱流體或其他水源,通過地熱回灌井重新注回熱儲層段的方法. 回灌不僅可以很好地解決地熱廢水問題,還可以改善或恢復熱儲的產(chǎn)熱能力,保持熱儲的流體壓力,維持地熱田的開采條件。但回灌技術要求復雜, 且成本高, 至今未能大范圍推廣使用,如果不能有效解決回灌問題,將會影響地熱電站的立項和發(fā)展.因此,地熱回灌是亟需解決的關鍵問題。如果地熱流體是在開放系統(tǒng)里利用,則廢水一般在回灌之前必須先在水塘或水箱之中沉降,以除去懸浮狀固體物質。有時,可以用過濾裝置達到這一目的。為了減少腐蝕性,廢水

37、可能還需要進行化學或物理法脫氣,最后通過回灌井注入地熱儲。回灌有時單靠重力即可實現(xiàn),因為較涼和密度較大的地熱廢水具有較高的重力壓頭.如果資源屬于以液體水為主的性質,則流體尚可以在分離器壓力下回灌,或者在一次換熱器地熱流體壓力下回灌。對地熱儲回灌的可行性評價要考慮以下幾個重要方面: 最優(yōu)地點的選擇；鉆井和井孔運行費用與其他排放方法費用之比較；某一速率回灌所要求的壓力,以及回灌量隨時間的衰減等運行方面的問題?；毓嘞到y(tǒng)的設計應能使回灌井和生產(chǎn)井間的走行路徑和流動時間實現(xiàn)最大化,只有這樣才能防止生產(chǎn)層的水發(fā)生快速冷卻. 同時,水又應當充分地注入生產(chǎn)熱儲,以盡量減小熱儲壓力的衰減。 確定最優(yōu)回灌方案的關

38、鍵因素是熱儲水溫和滲透率的空間變化.熱儲地質對回灌的適應是需要研究的問題。熱儲必須有一個能夠阻止廢水向上流動并污染地下水含水層的不透水的蓋巖層。如果存在破碎帶或者斷裂,廢水就會向上流動并產(chǎn)生污染。由于廢水和地層、廢水和熱儲流體之間存在相互作用,回灌井周圍的孔隙空間就有可能出現(xiàn)各種類型的堵塞。引起結垢和堵塞的原因有:二氧化硅和硅酸鹽類的沉淀和聚合；堿土類發(fā)生不溶性碳酸鹽、硫酸鹽和氫氧化物形式的沉淀；重金屬發(fā)生硫化物形式的沉淀；氧化還原反應沉淀,如鐵的化合物等。所以,在建立回灌井之前都會進行實驗性生產(chǎn),需要進行示蹤劑試驗,并對地熱田進行全面的監(jiān)測。影響回灌系統(tǒng)投資費用的因素有:井孔與管道的直徑、所

39、需要的泵送系統(tǒng)、井孔深度、井孔數(shù)量以及回灌區(qū)的水文和地質情況等。在地質建造既定的情況下,回灌井的鉆井成本隨其深度的延伸而增加。運行和維修費用由井口設備、管道、泵的運行和定期維修的費用支出等組成。地熱田的腐蝕地熱流體中含有許多化學物質,其中主要的腐蝕介質有溶解氧、H+、Cl-、H2S、CO2、NH3 和SO42-,再加上流體的溫度、流速、壓力等因素的影響,地熱流體對各金屬表面都會產(chǎn)生不同程度的影響,直接影響設備的使用壽命。地熱電站腐蝕嚴重的部位多集中于負壓系統(tǒng),其次是汽封片、冷油器、閥門等.腐蝕速度最快的是射水泵葉輪、軸套和密封圈。常見的防腐措施如下：使用耐腐蝕的材料,采用不銹鋼材質的設備及部件,但這種措施往往成本較高；對腐蝕部件的金屬表面涂敷防腐涂料,但涂層一旦劃破,會加速金屬材料的腐蝕；采取相應的密封措施,防止空氣中的氧進入系統(tǒng)；針對不同類型的局部腐蝕采取相應的防腐措施,例如選材時應盡量避免異種金屬相互接觸,以避免電偶腐蝕。地熱田的結垢由于地熱水資源中礦物質含量比較高,在抽到地面做功的過程中,溫度和壓力會均發(fā)生很大的變化,進而影響到各種礦物質的溶解度,結果導致礦物質從水中析出產(chǎn)生沉淀結垢。如在井管內結垢,會影響地熱流體的采量,加大管道內的流動阻力進而