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地热能发电技术(1)

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

一:摘要:

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:正文:

前言

地热发电技术成熟,虽投资成本稍高,但可以替代和节省常规能源,减少污染和二氧化碳排放;再从国际原油价格大幅波动,最高时已接近每桶150美元来看,肯定是有竞争力的。我国藏滇地热带有高温地热资源分布。可用于地热蒸汽发电;中低温地下热水中温度较高者可以先发电.再将排水作综合利用。

我国已开始增强型地热系统这一领域的研究工作。

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。我国地热发电只保留了西藏羊八井地热电厂,该厂31年来一直在为拉萨供电做贡献。20世纪70年代我国利用中低温地下热水的7个发电厂寿命不长.因“技术上可行、经济上不可行”的观点而中途夭折。我国西藏和云南的高温地热资源可利用其蒸汽发电:应用双工质循环技术可以使中低温地下热水发电,然后再作综合利用。世界上少数发达国家研究的“增强型地热系统”拥有巨大潜力.有望在不远的将来替代人类的基础能源。中国应该,也正在开始步入这一领域的研究。在我国提倡节能减排的形势下.地热能作为可再生能源的一员.资源潜力丰富.地热发电技术成熟,虽投资成本略高,但可以做到具有竞争力的商业性应用,从而在我国能源结构中发挥作用。

地热能的综合利用:

地热发电有3种方式.一是利用高温地热蒸汽发电。二是用中低温地下热水发电,第三种称为增强型地热系统的开发。

高温地热蒸汽发电:

意大利1904年首次试验成功利用高温地热蒸汽推动汽轮机发电。100多年来,该技术已得到不断改善和发展。2007年世界上共有24个国家建立了地热电厂.总装机容量9700MW。美国的地热发电居世界第一。为2687MW装机容量。意大利的拉德瑞罗地热田和美国的盖依瑟斯地热田都是干蒸汽地热田.即从井口喷出的是100%高温蒸汽.不含水分。直接用输送管送往汽轮机就能发电了。另外,新西兰、日本、冰岛等都是湿蒸汽地热田,井口喷出高温两相流体,既有蒸汽又含水.这种情况要先实行汽、水分离。然后蒸汽去发电.热水另作利用。世界上的高产地热井,温度能达300℃,甚至350cc,井口工作压力能达7—17bar(1bar=0.1MPa,下同),流量能达500t/h.单井地热发电潜力能达30MW。我国西藏羊八井地热田ZK4001地热井.井口工作压力15bar,工作温度200℃,汽水总流量302t/h,其中蒸汽流量37t/h。单井发电潜力12.58MWt51。我国西藏另一处已经勘探评价的羊易地热田.最高温度207℃.工作温度105~190℃,闭井压力2.8~9.4bar.工作压力0.95—11.3bar,单井汽水总流量32~373t/h.其中蒸汽流量3.5~lOOt/h.热田目前可建厂的地热发电潜力30MW。我国西藏南部经四川西部至云南西部,属于全球性地中海一喜马拉雅地热带的东段16I。带内有温

泉1000余处,其中高于当地沸点的有81处。目前开发用于发电的仅羊八井地热田1处,完成勘探评价的有羊易地热田l处,其余丰富的高温地热资源仅在青藏铁路沿线的谷露、董翁、续迈、吉达果等10余处进行过详细勘查,所有这些勘查过的地热田其地热发电潜力为13.75x10^4kW。西藏地热资源普查估算的资源总量为2.99x10^8kW。如此丰富的地热资源正等着我们去勘探查明,以供投入开发。我国地热发电技术还赶不上世界先进水平。因为10余年来没有新建电厂的需求。然而羊八井地热电厂已发电31年,近年还每年生产电力(1.15-1.26)x108kW·h,年运行超过6000h,这属于世界的中上水平。如果我们抓紧努力,加强研究.是可以赶上世界先进水平的。

高温地热资源是高品位的能源,我国西藏羊八井一眼井具有12.58MW的发电能力。属世界上资源潜力的中上水平.这样的品位优势是其他可再生能源望尘莫及的。地热电厂一年可以运行6000h以上,是太阳能和风能年运行小时的2倍以上。

中低温地热水发电:

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