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地热能发电技术(3)

北极星电力网技术频道    作者:陈曦   2012/7/20 16:49:00   

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(Cryostar SAS)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。

仍存在的难题 :

目前,有3个重大技术难题阻碍了地热发电的发展,即地热田的回灌、腐蚀和结垢。

(一)地热田的回灌

地热水中含有大量的有毒矿物质.例如我国羊八井的地热水中含有硫、汞、砷、氟等多种有害元素,地热发电后大量的热排水直接排放,会对环境产生恶劣影响.地热回灌是把经过利用的地热流体或其他水源,通过地热回灌井重新注回热储层段的方法.回灌不仅可以很好地解决地热废水问题,还可以改善或恢复热储的产热能力,保持热储的流体压力,维持地热田的开采条件.但回灌技术要求复杂,且成本高,至今未能大范围推广使用,如果不能有效解决回灌问题,将会影响地热电站的立项和发展.因此,地热回灌是亟需解决的关键问题。

如果地热流体是在开放系统里利用,则废水一般在回灌之前必须先在水塘或水箱之中沉降,以除去悬浮状固体物质.有时,可以用过滤装置达到这一目的.为了减少腐蚀性,废水可能还需要进行化学或物理法脱气,最后通过回灌井注入地热储.回灌有时单靠重力即可实现,因为较凉和密度较大的地热废水具有较高的重力压头.如果资源属于以液体水为主的性质,则流体尚可以在分离器(闪蒸器)压力下回灌,或者在一次换热器(双工质系统)地热流体压力下回灌.

对地热储回灌的可行性评价要考虑以下几个重要方面:①最优地点的选择;②钻井和井孔运行费用与其他排放方法费用之比较;③某一速率回灌所要求的压力,以及回灌量随时间的衰减等运行方面的问题。

回灌系统的设计应能使回灌井和生产井间的走行路径和流动时间实现最大化,只有这样才能防止生产层的水发生快速冷却.同时,水又应当充分地注入生产热储,以尽量减小热储压力的衰减.确定最优回灌方案的关键因素是热储水温和渗透率的空间变化.热储地质对回灌的适应是需要研究的问题.热储必须有一个能够阻止废水向上流动并污染地下水含水层的不透水的盖岩层.如果存在破碎带或者断裂,废水就会向上流动并产生污染。

由于废水和地层、废水和热储流体之间存在相互作用,回灌井周围的孔隙空间就有可能出现各种类型的堵塞.引起结垢和堵塞的原因有:二氧化硅和硅酸盐类的沉淀和聚合;碱土类发生不溶性碳酸盐、硫酸盐和氢氧化物形式的沉淀;重金属发生硫化物形式的沉淀;氧化还原反应沉淀,如铁的化合物等.所以,在建立回灌井之前都会进行实验性生产,需要进行示踪剂试验,并对地热田进行全面的监测。

影响回灌系统投资费用的因素有:井孔与管道的直径、所需要的泵送系统、井孔深度、井孔数量以及回灌区的水文和地质情况等.在地质建造既定的情况下,回灌井的钻井成本随其深度的延伸而增加.运行和维修费用由井口设备、管道、泵的运行和定期维修的费用支出等组成。

(二)地热田的腐蚀

地热流体中含有许多化学物质,其中主要的腐蚀介质有溶解氧(O2)、H+、Cl-、H2S、CO2、NH3和SO2-4,再加上流体的温度、流速、压力等因素的影响,地热流体对各金属表面都会产生不同程度的影响,直接影响设备的使用寿命.地热电站腐蚀严重的部位多集中于负压系统,其次是汽封片、冷油器、阀门等.腐蚀速度最快的是射水泵叶轮、轴套和密封圈。

常见的防腐措施如下:①使用耐腐蚀的材料,采用不锈钢材质的设备及部件,但这种措施往往成本较高.②对腐蚀部件的金属表面涂敷防腐涂料,但涂层一旦划破,会加速金属材料的腐蚀.③采取相应的密封措施,防止空气中的氧进入系统.④针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐措施,例如选材时应尽量避免异种金属相互接触,以避免电偶腐蚀。

(三)地热田的结垢

由于地热水资源中矿物质含量比较高,在抽到地面做功的过程中,温度和压力会均发生很大的变化,进而影响到各种矿物质的溶解度,结果导致矿物质从水中析出产生沉淀结垢.如在井管内结垢,会影响地热流体的采量,加大管道内的流动阻力进而增加能耗;如换热表面结垢,则会增加传热阻力;垢层不完整处还会造成垢下腐蚀。

常用的防止或清除结垢的措施有:①用HCl和HF等溶解水垢,为了防止酸液对管材的腐蚀必须加入缓蚀剂;②采用间接利用地热水的方式,在生产井的出水与机组的循环水之间加1个钛板换热器,可以有效防止做功部件腐蚀和结垢,但造价很高;③采用深水泵或潜水泵输送井中的流体,使其在系统中保持足够的压力,在流体上升过程和输送过程中不发生气化现象,从而防止碳酸钙沉积;④选择合适的材料涂衬在管壁内,以防止管壁上结垢。

参考文献:

(1)郑克棱.地热资源的和谐开发与保护(C)//郑克棱,潘小平,董颖.中国地热资源开发与保护——全国地热资源开发利用与保护考察研讨会论文集.北京:地质m版社.2007:13—16.

(2)吴方之.世界屋脊上的一颗明珠——西藏羊八井地热电站(M)//郑克棱.中国地热勘查开发100例.北京:地质出版社,2005:90-91.

(3)刘时彬.中国地热资源开发利用现状以及发展趋势分析(C)//刘久荣.郑克棱,刘时彬,等.北京地热国际研讨会论文集.北京:地质出版社.2002:25—30.

(4)多吉.羊八井高温地热田的深部勘探(M)//郑克棱.中国地热勘查开发100例.北京:地质出版杜.2005:19.

(5)张兆兴,段亚东.云南腾冲热海是地热电力开发的最佳热田(C)//刘时彬,李宝山,郑克棱.全国地热产业可持续发展学术研讨会论文集.北京:化学工业出版社。2005:131—135.

(6)胡达,胡亮光.螺杆膨胀动力机利用地热资源发电的技术应用(C)//郑克校,潘小平,董颖.中国地热资源开发与保护——全国地热资源开发利用与保护考察研讨会论文集.北京:地质出版社.2007.

(7)吕太,高学伟,李楠. 期刊论文《沈阳工程学院学报(自然科学版)》2009年1期

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