地熱發(fā)電的原理技術

地熱發(fā)電的原理技術地熱發(fā)電是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體應首先應用于發(fā)電。地熱發(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變?yōu)闄C械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。所不同的是，地熱發(fā)電不象火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。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。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地熱發(fā)電的方式劃分為蒸汽型地熱發(fā)電和熱水型地熱發(fā)電兩大類。（1）蒸汽型地熱發(fā)電 蒸汽型地熱發(fā)電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽輪發(fā)電機組發(fā)電，但在引人發(fā)電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發(fā)電方式最為簡單，但干蒸汽地熱資源十分有限，且多存于較深的地層，開采技術難度大，故發(fā)展受到限制（參考資源欄目有關文章）。主要有背壓式和凝汽式兩種發(fā)電系統(tǒng)。 （2）熱水型地熱發(fā)電 熱水型地熱發(fā)電是地熱發(fā)電的主要方式。目前熱水型地熱電站有兩種循環(huán)系統(tǒng)： a、閃蒸系統(tǒng)。當高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出，當然最好是再回注人地層。 b、雙循環(huán)系統(tǒng)。地熱水首先流經熱交換器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體，使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進人汽輪機做功后進人凝汽器，再通過熱交換器而完成發(fā)電循環(huán)。地熱水則從熱交換器回注人地層。這種系統(tǒng)特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源。發(fā)展雙循環(huán)系統(tǒng)的關鍵技術是開發(fā)高效 的熱交換器。 地熱發(fā)電的前景是取決于如何開發(fā)利用地熱儲量大的干熱巖資源。圖3是利用干熱巖發(fā)電的示意圖。其關鍵技術是能否將深井打人熱巖層中。美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫科學試驗室正在對這一系統(tǒng)進行遠景試驗。 地熱發(fā)電地熱發(fā)電地熱發(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發(fā)電技術。其基本原理與火力發(fā)電類似，也是根據能量轉換原理，首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。地熱發(fā)電實際上就是把地下的熱能轉變?yōu)闄C械能，然后再將機械能轉變?yōu)殡娔艿哪芰哭D變過程或稱為地熱發(fā)電。 目錄 1 歷史背景 2 種類 3 主要系統(tǒng) 4 系統(tǒng)利用 5 主要方法 6 發(fā)展現狀 7 相關信息 8 參考資料 地熱發(fā)電-歷史背景地熱發(fā)電地熱能是來自地球深處的可再生熱能，它起于地球的熔融巖漿和放射性物質的衰變。地下水深處的循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。地熱能的儲量比人們所利用的能量總量還要多，大部分集中分布在構造板塊邊緣一帶。地熱能不但是無污染的清潔能源，而且如果熱量提取速度不超過補充的速度，那么熱能還是可再生的。 隨著化石能源的緊缺、環(huán)境壓力的加大，人們對于清結可再生的綠色能源越來越重視，但地熱能在很久以前就被人類所利用。早在20世紀40年代，意大利的皮也羅吉諾尼康蒂王子在拉德雷羅首次把天然的地熱蒸汽用于發(fā)電。地熱發(fā)電，是利用液壓或爆破碎裂法將水注入到巖層中，產生高溫水蒸氣，然后將蒸汽抽出地面推動渦輪機轉動，從而發(fā)電。在這過程中，將一部分未利用的蒸汽或者廢氣經過冷凝器處理還原為水回灌到地下，循環(huán)往復。簡而言之，地熱發(fā)電實際上就是把地下的熱能轉變?yōu)闄C械能，然后再將機械能轉變?yōu)殡娔艿哪芰哭D變過程。針對溫度不同的地熱資源，地熱發(fā)電有4種基本發(fā)電方式，即直接蒸汽發(fā)電法、擴容（閃蒸法）發(fā)電法、中間介質（雙循環(huán)式）發(fā)電法和全流循環(huán)式發(fā)電法。 地熱發(fā)電至今已有近百年的歷史了，新西蘭、菲律賓、美國、日本等國都先后投入到地熱發(fā)電的大潮中，其中美國地熱發(fā)電的裝機容量居世界首位。在美國，大部分的地熱發(fā)電機組都集中在蓋瑟斯地熱電站。蓋瑟斯地熱電站位于加利福尼亞州舊金山以北約20公里的索諾馬地區(qū)。1920年在該地區(qū)發(fā)現溫泉群、噴氣孔等熱顯示，1958年投入多個地熱井和多臺汽輪發(fā)電機組，至1985年電站裝機容量已達到1361兆瓦。20世紀70年代初，在國家科委的支持下，中國各地涌現出大量地熱電站。 地熱發(fā)電-種類地熱發(fā)電現在開發(fā)的地熱資源主要是蒸汽型和熱水型兩類，因此，地熱發(fā)電也分為兩大類。 地熱蒸汽發(fā)電有一次蒸汽法和二次蒸汽法兩種。一次蒸汽法直接利用地下的干飽和（或稍具過熱度）蒸汽，或者利用從汽、水混合物中分離出來的蒸汽發(fā)電。二次蒸汽法有兩種含義，一種是不直接利用比較臟的天然蒸汽（一次蒸汽），而是讓它通過換熱器汽化潔凈水，再利用潔凈蒸汽（二次蒸汽）發(fā)電。第二種含義是，將從第一次汽水分離出來的高溫熱水進行減壓擴容生產二次蒸汽，壓力仍高于當地大氣壓力，和一次蒸汽分別進入汽輪機發(fā)電。 地熱水中的水，按常規(guī)發(fā)電方法是不能直接送入汽輪機去做功的，必須以蒸汽狀態(tài)輸入汽輪機做功。目前對溫度低于100的非飽和態(tài)地下熱水發(fā)電，利用抽真空裝置，使進入擴容器的地下熱水減壓汽化，產生低于當地大氣壓力的擴容蒸汽然后將汽和水分離、排水、輸汽充入汽輪機做功，這種系統(tǒng)稱“閃蒸系統(tǒng)”。低壓蒸汽的比容很大，因而使氣輪機的單機容量受到很大的限制。但運行過程中比較安全。如氯乙烷、正丁烷、異丁烷和氟里昂等作為發(fā)電的中間工質，地下熱水通過換熱器加熱，使低沸點物質迅速氣化，利用所產生氣體進入發(fā)電機做功，做功后的工質從汽輪機排入凝汽器，并在其中經冷卻系統(tǒng)降溫，又重新凝結成液態(tài)工質后再循環(huán)使用。這種方法稱“中間工質法”，這種系統(tǒng)稱“雙流系統(tǒng)”或“雙工質發(fā)電系統(tǒng)”。這種發(fā)電方式安全性較差，如果發(fā)電系統(tǒng)的封閉稍有泄漏，工質逸出后很容易發(fā)生事故。 20世紀90年代中期，以色列奧瑪特（Ormat）公司把上述地熱蒸汽發(fā)電和地熱水發(fā)電兩種系統(tǒng)合二為一，設計出一個新的被命名為聯合循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)，該機組已經在世界一些國家安裝運行，效果很好。 地熱發(fā)電-主要系統(tǒng)地熱發(fā)電系統(tǒng)主要有四種： 全流發(fā)電系統(tǒng)地熱發(fā)電地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)利用地熱蒸汽推動汽輪機運轉，產生電能。本系統(tǒng)技術成熟、運行安全可靠，是地熱發(fā)電的主要形式。西藏羊八井地熱電站采用的便是這種形式。雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)也稱有機工質朗肯循環(huán)系統(tǒng)。它以低沸點有機物為工質，使工質在流動系統(tǒng)中從地熱流體中獲得熱量，并產生有機質蒸汽，進而推動汽輪機旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電。 全流發(fā)電系統(tǒng)本系統(tǒng)將地熱井口的全部流體，包括所有的蒸汽、熱水、不凝氣體及化學物質等，不經處理直接送進全流動力機械中膨脹做功，其后排放或收集到凝汽器中。這種形式可以充分利用地熱流體的全部能量，但技術上有一定的難度，尚在攻關。 干熱巖發(fā)電系統(tǒng)利用地下干熱巖體發(fā)電的設想，是美國人莫頓和史密斯于1970年提出的。1972年，他們在新墨西哥州北部打了兩口約4000米的深斜井，從一口井中將冷水注入到干熱巖體，從另一口井取出自巖體加熱產生的蒸汽，功率達2300千瓦。進行干熱巖發(fā)電研究的還有日本、英國、法國、德國和俄羅斯，但迄今尚無大規(guī)模應用。 地熱發(fā)電-系統(tǒng)利用地熱發(fā)電國外對地熱能的非電力利用，也就是直接利用，十分重視。因為進行地熱發(fā)電，熱效率低，溫度要求高。所謂熱效率低。就是說，由于地熱類型的不同，所采用的汽輪機類型的不同，熱效率一般只有6.4186，大部分的熱量白白地消耗掉。所謂溫度要求高，就是說，利用地熱能發(fā)電，對地下熱水或蒸汽的溫度要求，一般都要在150以上；否則，將嚴重地影響其經濟性。而地熱能的直接利用，不但能量的損耗要小得多，并且對地下熱水的溫度要求也低得多，從 15180這樣寬的溫度范圍均可利用。在全部地熱資源中，這類中、低溫地熱資源是十分豐富的，遠比高溫地熱資源大得多。但是，地熱能的直接利用也有其局限性，由于受載熱介質熱水輸送距離的制約，一般來說，熱源不宜離用熱的城鎮(zhèn)或居民點過遠；不然，投資多，損耗大，經濟性差，是劃不來的。 地熱能的直接利用發(fā)展十分迅速，已廣泛地應用于工業(yè)加工、民用采暖和空調、洗浴、醫(yī)療、農業(yè)溫室、農田灌溉、土壤加溫、水產養(yǎng)殖、畜禽飼養(yǎng)等各個方面，收到了良好的經濟技術效益，節(jié)約了能源。地熱能的直接利用，技術要求較低，所需設備也較為簡易。在直接利用地熱的系統(tǒng)中，盡管有時因地熱流中的鹽和泥沙的含量很低而可以對地熱加以直接利用，但通常都是用泵將地熱流抽上來，通過熱交換器變成熱氣和熱液后再使用。這些系統(tǒng)都是最簡單的，使用的是常規(guī)的現成部件。 地熱能直接利用中所用的熱源溫度大部分都在40以上。如果利用熱泵技術，溫度為20或低于20的熱液源也可以被當作一種熱源來使用（例如美國、加拿大、法國、瑞典及其他國家的做法）。熱泵的工作原理與家用電冰箱相同，只不過電冰箱實際上是單向輸熱泵，而地熱熱泵則可雙向輸熱。冬季，它從地球提取熱量，然后提供給住宅或大樓（供熱模式）；夏季，它從住宅或大樓提取熱量，然后又提供給地球蓄存起來（空調模式）。不管是哪一種循環(huán)，水都是加熱并蓄存起來，發(fā)揮了一個獨立熱水加熱器的全部的或部分的功能。 地熱發(fā)電-地熱泵由于電流只能用來傳熱，不能用來產生熱，因此地熱泵將可以提供比自身消耗的能量高3-4倍的能量。它可以在很寬的地球溫度范圍內使用。在美國，地熱泵系統(tǒng)每年以 20的增長速度發(fā)展，而且未來還將以兩位數的良好增長勢頭繼續(xù)發(fā)展。據美國能源信息管理局預測，到2030年地熱泵將為供暖、散熱和水加熱提供高達68Mt油當量的能量。 對于地熱發(fā)電來說，如果地熱資源的溫度足夠高，利用它的好方式就是發(fā)電。發(fā)出的電既可供給公共電網，也可為當地的工業(yè)加工提供動力。正常情況下，它被用于基本負荷發(fā)電，只在特殊情況下，才用于峰值負荷發(fā)電。其理由，一是對峰值負荷的控制比較困難，再就是容器的結垢和腐蝕問題，一旦容器和渦輪機內的液體不滿和讓空氣進入，就會出現結垢和腐蝕問題。 地熱能直接利用于烹飪、沐浴及暖房，已有悠久的歷史。至今，天然溫泉與人工開采的地下熱水，仍被人類廣泛使用。據聯合國統(tǒng)計，世界地熱水的直接利用遠遠超過地熱發(fā)電。中國的地熱水直接利用居世界首位，其次是日本。 地熱水的直接用途非常廣泛，主要有采暖空調、工業(yè)烘干、農業(yè)溫室、水產養(yǎng)殖、旅溫泉療養(yǎng)保健等。 地熱發(fā)電-主要方法 把地下熱能轉換為機械能，然后再把機械能轉換為電能的生產過程。根據地熱能的賦存形式，他熱能可分為蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型和巖漿型等五類。從地熱能的開發(fā)和能量轉換的角度來說，上述五類地熱資源都可以用來發(fā)電，但日前開發(fā)利用得較多的是蒸汽型及熱水型兩類資源。地熱發(fā)電的有點是：一般不需燃料，發(fā)電成本上多數情況下都比水電、火電、核電要低，設備的利用時間長，建廠投資一般都低于水電站，且不受降雨拉季節(jié)變化的影響，發(fā)電穩(wěn)定，可以人人減少環(huán)境響污染，等等。 利用地下熱水發(fā)電主要有降壓擴容法和中間介質法兩種: 降壓擴容法：根據熱水的汽化溫度與壓力有關的原理而設計的，如在0.3絕對大氣壓下水的汽化溫度是68.7。通過降低壓力而使熱水沸騰變?yōu)檎羝?，以推動汽輪發(fā)電機轉動而發(fā)電。 中間介質法：采用雙循環(huán)系統(tǒng)即利用地下熱水間接加熱某些“低沸點物質”來推動汽輪機做功的發(fā)電方式。如在常壓下水的沸點為與100，而有些物質如氯乙烷和氟里昂在常壓下的沸點溫度分別為12.4及-29.8，這些物質被稱為“低沸點物質”。根據這些物質在低溫下沸騰的特性，可將它們作為中間介質進行地下熱水發(fā)電。利用“中間介質”發(fā)電萬法，既可以用100以上的地下熱水（汽），也可以用100以下的地下熱水。對于溫度較低的地下熱水來說，采用“降壓擴容法”效率較低，而且在技術上存在一定困難，而利用“中間介質法”則較為合適。 這兩種方法都有它們各自的優(yōu)缺點。地熱發(fā)電目前仍是一個新的課題，其發(fā)電的方人仍在不斷探索中。 地下熱水往往含有大量的腐蝕性氣體，其中危害性最大的是硫化氫、二氧化碳、氧等，它們是導致腐蝕的主要因素，這些氣體進入汽輪機、附屬設備和管道，使其受到強烈的腐蝕。此外，地下熱水中含有結垢的成分，如硅、鈣、鎂、鐵等，以及對結垢有影響的氣體，如二氧化碳、氧和硫化氫等，產牛的結垢經常以碳酸鈣、二氧化硅等化合物出現。因此，在利用地下熱水發(fā)電中要允分注意解決腐蝕和結垢問題。 地熱發(fā)電-發(fā)展現狀地熱發(fā)電現狀在各種可再生能源的應用中，地熱能顯得較為低調，人們更多地關注來自太空的太陽能量，卻忽略了地球本身賦予人類的豐富資源，地熱能將有可能成為未來能源的重要組成部分。 相對于太陽能和風能的 不穩(wěn)定性，地熱能是較為可靠的可再生能源，這讓人們相信地熱能可以作為煤炭、天然氣和核能的最佳替代能源。另外，地熱能確實是較為理想的清潔能源，能源蘊藏豐富并且在使用過程中不會產生溫室氣體，對地球環(huán)境不產生危害。 美國的地熱能使用僅占全國能源組成的0.5%。據麻省理工學院的一份報告指出，美國現有的地熱系統(tǒng)每年只采集約3000兆瓦能量，而保守估計，可開采的地熱資源達到10萬兆瓦。相關專家指出，倘若給與地熱能源相應的關注和支持，在未來幾年內，地熱能很有可能成為與太陽能、風能等量齊觀的新能源。 和其他可再生能源起步階段一樣，地熱能形成產業(yè)的過程中面臨的最大問題來自于技術和資金。地熱產業(yè)屬于資本密集型行業(yè)，從投資到收益的過程較為漫長，一般來說較難吸引到商業(yè)投資?？稍偕茉吹陌l(fā)展一般能夠得到政府優(yōu)惠政策的支持，例如稅收減免、政府補貼以及獲得優(yōu)先貸款的權力。在相關優(yōu)惠政策的指引下，投資者們將更有興趣對地熱項目進行投資建設。 地熱能的利用在技術層面上有待發(fā)展的主要是對于開采點的準確勘測，以及對地熱蘊藏量的預測。由于一次鉆探的成本較高，找到合適的開采點對于地熱項目的投資建設至關重要?，F在，地熱產業(yè)采取引進石油、天然氣等常規(guī)能源勘測設備，為地熱能尋找準確的開采點。 世界其他國家和地區(qū)也在為地熱鞥的發(fā)展提供更多的便利和支持。全球大約40多個國家已經將地熱能發(fā)展列入議程，預計到2010年，全球地熱資源的利用將比現在提升50%。 聯合循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)的最大優(yōu)點是，可以適用于大于150的高溫地熱流體（包括熱鹵水）發(fā)電，經過一次發(fā)電后的流體，在并不低于120的工況下，再進入雙工質發(fā)電系統(tǒng)，進行二次做功，這就是充分利用了地熱流體的熱能，既提高發(fā)電的效率，又能將以往經過一次發(fā)電后的排放尾水進行再利用，大大地節(jié)約了資源。據截止1997年的統(tǒng)計，全世界地熱發(fā)電裝機容量已達762.2萬kw。美同加州吉塞斯地熱電站是H前世界上最大的地熱電站，裝機容量達91.8萬kw。西藏羊八井地熱電站是中國最大的地熱電站，裝機容量為2.52萬kw 。 地熱發(fā)電-相關信息世界地熱能發(fā)電10年增大50%。據美國地熱能協(xié)會 (GEA)公布的數字，全球地熱能發(fā)電 ，過去的 10年增長了50 % ，這種新能源正在全世界為4700萬人服務。新世界又有21個國家開發(fā)了地熱發(fā)電。2德國首座地熱發(fā)電廠將建成。德首座地熱發(fā)電廠將在德國西部巴符州建成當地公用事業(yè)部門。宣布德環(huán)境部為此投資650萬歐元。據悉，該電廠將從地下4600m深處采集熱量。由于該地地質結構特殊，這一深度的地下巖石溫度達170。中國地熱能源。中國地熱資源多為低溫地熱 ，主要分布在四川、華北、松遼和蘇北。有利于發(fā)電的高溫地熱資源，主要分布在滇、藏、川西和臺灣 ;據估計 ,喜馬拉雅山地帶高溫地熱有255處 5800MW。迄今運行的地熱電站有 5處共 27.78MW ,中國尚有大量高低溫地熱 ，尤其是西部地熱亟待開發(fā)地熱發(fā)電信息。地熱發(fā)電-參考資料1 價值中國 /wiki/showcontent.aspx?titleid=601882科技模型 /kjmx111.html3 中國投資咨詢網 http:/www.nengyuan.cc/20071019/Info20071019859.html4中國電力企業(yè)聯合會 /news/content.asp?NewsID=148055中國期刊全文數據庫/kns50/detail.aspx?filename=GLZZ200404033&dbname=CJFD2004 日本地熱發(fā)電產業(yè)現狀及產業(yè)政策地熱發(fā)電是利用地下熱水和蒸汽等產生動力發(fā)電，即通過地下2000米左右的巖漿，產生攝氏200350度的蒸汽帶動鍋爐發(fā)電。地熱能儲量豐富非常潔凈，且地熱發(fā)電不受風力等季節(jié)和氣象條件限制，但地下堪測等前期開發(fā)投入較大。目前全世界地熱發(fā)電總量約8000兆瓦，其中美國2800兆瓦。 地熱發(fā)電基本上不產生CO2，包括發(fā)電設備及建設送電設施在內，CO2排放量僅相當于火力發(fā)電的幾十分之一，原子能發(fā)電的一半左右。由于燃料不依賴國外供應，不存在匯率和燃料價格變動風險。出于未來國際政治和經濟發(fā)展長遠戰(zhàn)略需要，日本時隔20年再度興起地熱發(fā)電熱。 一、日本地熱發(fā)電概況 日本約有100座活火山，地熱資源儲量排在印尼、美國之后居世界第3位，換算成發(fā)電能力超過2000萬千瓦，相當于15座原子能發(fā)電站。目前日本地熱發(fā)電量約為風力發(fā)電的2倍，太陽能發(fā)電的3倍。正在運營的地熱發(fā)電站僅有18所，主要集中在東北和九州地區(qū)，總功率50萬千瓦，約占國內總發(fā)電量的0.2%。 東北地區(qū)主要地熱發(fā)電站：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。 九州地區(qū)主要地熱發(fā)電站：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。 第一次石油危機后，日本國內曾掀起一股地熱發(fā)電熱。但隨著原子能發(fā)電的普及和煤炭價格的回落，功率遠小于火電站的地熱電站逐漸受到冷落。由九州電力和出光興産大分地熱兩家公司共同出資成立，功率1萬千瓦以上的大型地熱發(fā)電站滝上地熱發(fā)電站（大分縣），在運營96年后也曾一度被迫停運。 二、日本再興地熱發(fā)電熱 為實現削減溫室氣體排放目標，樹立環(huán)保節(jié)能的世界形象，樹立 “低碳經濟”長遠競爭力，日本時隔20年再次啟動地熱發(fā)電站建設工程。三菱Materials公司