新能源發(fā)電技術(shù) 第2版 教學課件 5地熱能-

2§5地熱能利用與發(fā)電技術(shù)關(guān)注的問題地球內(nèi)部蘊藏著豐富的熱能，這些能量是哪里來的？地熱資源的分布有何規(guī)律？人類何時開始懂得地熱能的利用？地熱能的利用方式有哪些？地熱發(fā)電的原理是怎樣的？地熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)和難點在哪里？3§5.1地熱資源的形成地球是一個平均直徑為12742公里的巨大實心橢球體，體積約為1萬億立方公里（1.08×1012km3）。地球的結(jié)構(gòu)如圖5.2所示?！?.1.1地球的構(gòu)造和熱量來源4地球內(nèi)部越深，溫度越高。各層的溫度，如圖所示。地球物理學家普遍認為，熱量主要來自放射性元素的衰變。此外，熱的來源還有潮汐摩擦熱、化學反應(yīng)熱等，不過所占比重都不大。有些元素的原子核很不穩(wěn)定，

無需外界作用就能放出電子、氦核和光子等高速粒子。這些元素稱為放射性元素，這種變化過程叫衰變。放射性元素的衰變是原子核能的釋放過程。高速粒子的動能與輻射能在與其它物質(zhì)的碰撞過程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?§5.1.2地熱資源的概念并非所有的地球內(nèi)部熱量都能作為能源進行利用。地球表面的熱量有一部分會散發(fā)到周圍的大氣中，這種現(xiàn)象叫大地熱流。炎熱夏季或某些高溫地區(qū)，遠處的景物變得迷離蒙朧，就像隔著一層帶有水痕的玻璃，這就是大地熱流的作用。據(jù)分析，地表每年散發(fā)到大氣的熱量，相當于370億噸煤的含熱量。但是太過分散，目前還無法作為能源。還有很多熱量埋藏在地球內(nèi)部的深處，開采困難，也很難被人類利用。6有時地球內(nèi)部的熱能會以傳導、對流和輻射的方式傳遞到地面上來，表現(xiàn)為火山爆發(fā)、間歇噴泉和溫泉等形式。7在某些地質(zhì)因素（如地殼內(nèi)的火山活動和年輕的造山運動）作用下，地球內(nèi)部的熱能會以熱蒸汽、熱水、干熱巖等形式向某些地域聚集，集中到地面以下特定深度范圍內(nèi)，有些能達到開發(fā)利用的條件。地熱資源是指在當前技術(shù)經(jīng)濟和地質(zhì)環(huán)境條件下，能夠從地殼內(nèi)開發(fā)出來的熱能量和熱流體中的有用成分。地熱資源是集熱、礦、水為一體的礦產(chǎn)資源。8經(jīng)過地質(zhì)調(diào)查和勘探驗證，地質(zhì)構(gòu)造和熱資源儲量已經(jīng)查明的地熱資源，稱為已查明地熱資源或確認地熱資源；經(jīng)過了初步調(diào)查或是根據(jù)某些地熱現(xiàn)象推測、估算的地熱資源，稱為推測地熱資源。從技術(shù)經(jīng)濟角度，目前勘查深度可達地表以下5000米，其中深度在2000米以內(nèi)的為經(jīng)濟型地熱資源，深度為2000～5000米的為亞經(jīng)濟型地熱資源。地熱資源賦存在一定的地質(zhì)構(gòu)造部位，有明顯的礦產(chǎn)資源屬性，因而要開發(fā)和保護并重。9§5.2地熱資源的類型（1）熱水型是存在于地熱區(qū)的水從周圍儲熱巖體中獲得熱量形成的，包括熱水及濕蒸汽。（2）干蒸汽型是存在于地下的高溫蒸汽。在含有高溫飽和蒸汽而又封閉良好的地層，當熱水排放量大于補給量的時候，就會因缺乏液態(tài)水分而形成“干蒸汽”。（3）地壓型主要是以高壓水形式存于地表以下2~3公里深處的可滲透多孔沉積巖中，往往被不透水的巖石蓋層所封閉，形成長達上千公里、寬幾百公里的巨型熱水體，因而承受很高的壓力，一般可達幾十兆帕。溫度在150~260℃之間?！?.2.1地熱資源的存在形態(tài)10（4）干熱巖型，國外稱為熱干巖(HotDryRock)地殼深處的巖石層溫度很高，儲存著大量的熱能。由于巖石中沒有傳熱的流體介質(zhì)，也不存在流體進入的通道，因而被稱為“干熱巖”。（5）巖漿型在地層深處呈粘性半熔融狀態(tài)或完全熔融狀態(tài)的高溫熔巖中，蘊藏著巨大的能量。11即使只考慮地下3km范圍內(nèi)的地熱資源，也可相當于3萬億噸煤炭燃燒所發(fā)出的熱量。

目前人類開發(fā)利用的，主要是地熱蒸汽和地熱水兩大類，已經(jīng)有很多的實際應(yīng)用。干熱巖和地壓兩類尚處于試驗階段，開發(fā)利用很少，不過

干熱巖儲量巨大，未來可能有大規(guī)模發(fā)展的潛力。巖漿型資源的應(yīng)用還處于課題研究階段。12§5.2.2地熱田按正常地熱增率來推算，80℃的地下熱水，大致埋藏在2000～2500米的地方。如果想獲得溫度更高的地熱資源，深度還要增加。地熱田就是在目前技術(shù)經(jīng)濟條件下具有開采價值的地熱資源集中分布的地區(qū)。目前可開發(fā)的地熱田主要是熱水田和蒸汽田。（1）熱水田熱水田提供的地熱資源主要是液態(tài)的熱水。（2）蒸汽田蒸汽田的地熱資源包括水蒸汽和高溫熱水。13世界之最世界上最大的地熱田蓋瑟爾斯地熱田，面積超過140km2，最大發(fā)電潛能為250～300萬千瓦。位于美國加州舊金山以北120km，是全球為數(shù)不多的已被開發(fā)的干蒸汽型地熱田之一。第一個成功開發(fā)的大型熱水田新西蘭的懷拉基地熱田，位于新西蘭北島的中部。開發(fā)面積為16km2，地熱水溫度最高可達265℃

，開采深度多在600～1200m之間，因而成本較低。利用地下熱水發(fā)電的方法最早是從這里開始的。最深的鉆井位于蘇聯(lián)（今俄羅斯境內(nèi)）科拉半島上的（CY一3）科拉3井，設(shè)計于1966年，1970年開鉆，至1992年7月井深12262m，成為當時世界上最深的鉆井；據(jù)悉鉆井被迫停止的原因是由于井底的實際溫度（180°C）高于預(yù)測溫度（100°C）。14§5.3地熱能資源及其分布據(jù)科學估計，地球內(nèi)部所蘊含的熱量約有1.25×1031

焦耳。若以全部煤炭燃燒的熱量為100%，石油的儲量約為3％，目前可利用的核燃料的儲量約為15％，而地熱能的總儲存量則為煤炭的1.7億倍?？梢姷厍蚴且粋€龐大的熱庫。據(jù)估計，全世界地熱資源的總量大約為1.45×1026

焦耳，相當于5000萬億噸標準煤燃燒時放出的熱量。地下10km深度范圍內(nèi)所包含的熱量在2.6×1025

焦耳以上，而3km淺層內(nèi)可利用的地熱能約8.37×1020焦耳?！?.3.1地熱能的蘊藏量15§5.3.2世界地熱資源分布全球地熱資源的分布很不平衡，但有一定的規(guī)律。從全球地質(zhì)構(gòu)造觀點來看，大于150℃的高溫地熱資源，主要出現(xiàn)在地殼表層各大板塊的邊緣，即分布在地殼活動的地帶，如板塊的碰撞帶、板塊開裂部位和現(xiàn)代裂谷帶。小于150℃的中、低溫地熱資源，則分布于板塊內(nèi)部的活動斷裂帶、斷陷谷和坳陷盆地。16§5.3.2世界地熱資源分布地質(zhì)板塊的交接處形成的地熱資源豐富的地熱帶，稱為板間地熱帶。特點是熱源溫度高，多由火山或巖漿造成。環(huán)球性的板間地熱帶有4個。（1）環(huán)太平洋地熱帶許多著名的大型地熱田都在這里，如美國的蓋瑟爾斯、長谷、羅斯福地熱田；墨西哥的塞羅、普列托地熱田；新西蘭的懷拉基地熱田；菲律賓的蒂威和湯加納地熱田；日本的松川、大岳地熱田；中國的臺灣馬槽、大屯地熱田等。（2）地中海－喜馬拉雅地熱帶歐亞板塊與非洲板塊和印度板塊的碰撞邊界，“縫合線型”。比較著名的地熱田有，意大利的拉德瑞羅地熱田，中國的西藏羊八井及云南騰沖地熱田，等等。17§5.3.2世界地熱資源分布（3）大西洋中脊地熱帶是大西洋海洋板塊的開裂部位，大部分在洋底，中脊露出海面的部分主要是冰島。從冰島至亞速爾群島有許多地熱田，其中最著名的是冰島首都的雷克雅未克地熱田，此外還有冰島的納馬菲亞爾、馬克拉弗拉和亞速爾群島一些地熱田。（4）紅海－亞丁灣－東非裂谷地熱帶位于阿拉伯板塊與非洲塊板的邊界，北起紅海和亞丁灣地塹，向南經(jīng)埃塞俄比亞地塹與非洲裂谷系連接，包括吉布提、埃塞俄比亞、肯尼亞等國的地熱田，如著名的肯尼亞阿爾卡利亞高溫地熱田等。18§5.3.2世界地熱資源分布地質(zhì)板塊的交接處形成的地熱資源豐富的地熱帶，稱為板間地熱帶。特點是熱源溫度高，多由火山或巖漿造成。板塊內(nèi)部靠近板塊邊界的部位，在一定地質(zhì)條件下也可能形成相對的高熱流區(qū)，稱為板內(nèi)地熱帶。包括在板塊內(nèi)部地殼隆起區(qū)和沉降區(qū)內(nèi)發(fā)育的中低溫地熱帶和少量特殊原因形成的高溫地熱帶。如中國東部的膠東半島、遼東半島，華北平原，以及東南沿海的某些地區(qū)。19§6.3.2世界地熱資源分布圖

環(huán)球地熱帶的分布與板塊構(gòu)造的關(guān)系1—高溫地熱田；2—增生的板塊邊界：洋脊擴張帶、大陸裂谷及轉(zhuǎn)換斷層；3—俯沖消亡的板快邊界：深海溝-火山島弧界面、海溝-火山弧大陸邊緣界面及大陸與大陸碰撞的界面；4—環(huán)球地熱帶20國

別熱田名稱儲熱溫度/℃國

別熱田名稱儲熱溫度/℃意大利拉德瑞羅蒙特阿米亞特245165墨西哥帕泰塞羅普列托150388新西蘭懷拉基卡韋勞維奧塔普布羅德蘭茲266285295296冰島雷克雅未克亨伊爾雷克亞內(nèi)斯納馬菲亞爾馬克拉弗拉146230286280菲律賓蒂威和湯加納320日本松川大岳250206中國西藏羊八井臺灣土場-清水329226

表

世界上主要的高溫地熱田21世界上四大板塊地熱帶中，太平洋地熱帶和地中海-喜馬拉雅地熱帶都經(jīng)過我國版圖。我國擁有豐富的地熱資源。全國地熱可采儲量，是已探明煤炭可采儲量的2.5倍，其中距地表2000米以內(nèi)儲藏的地熱能為2500億噸標準煤。我國是以中低溫地熱資源為主?？晒└邷匕l(fā)電的約580萬千瓦以上，而可供中低溫直接利用的盆地型潛在地熱資源的埋藏量在2000億噸標煤當量以上。每年全國可開發(fā)利用的地熱水總量約68.45億立方米，所含地熱量為973萬億千焦耳（9.73×1017J），折合每年3284萬噸標準煤的發(fā)電量。§5.3.3我國的地熱資源22§5.3.3我國的地熱資源盆地面積（km2）單位儲熱量

（1012KJ/km2）總儲熱量（1012KJ）可開采熱量（1012KJ）相當標準煤量（108t）華北平原（北部）9000089.685480716868071727.54華北平原（南部）6000054.637128003712812.67松遼盆地9000018.84061695654169575.78蘇北3200054.61747200174725.96鄂爾多斯16000027.155643448964334914.83汾渭盆地2000054.61092000109203.73江漢4500054.62457000245708.38雷瓊510054.6278460278460.95四川13600045.7362464806246521.31楚雄3500027.16950600950603.24河西走廊900040.7336657036661.25柴達木3000049.41482000148205.06準葛爾4000040.731629200162925.56塔里木12000040.7348876004887616.68吐哈3000040.731221900122194.17總計910100平均44.154018404640184137.11表

中國主要盆地地熱資源量估算表23據(jù)現(xiàn)有資料，按照分布特點、成因等因素，我國的地熱資源分布可以劃分為7個地熱帶。（1）藏滇地熱帶（又稱喜馬拉雅地熱帶） 水熱活動強烈，地熱顯示集中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)溫泉700多處，其中高于當?shù)胤悬c的熱水區(qū)有近百處。 這是中國大陸地熱活動最強烈的地帶。西藏是世界上地熱最豐富的地區(qū)。云南東部主要是中低溫熱水區(qū)，西部多為高溫地熱田。騰沖地區(qū)是有名的高溫地熱區(qū)，平均熱流值達到73.5MW/m2，有著名的熱海熱田、瑞滇熱田。（2）臺灣地熱帶 中國地震最強烈、最頻繁的地帶。水熱活動有100多處。大屯火山高溫地熱田，面積超50km2，井深300～1500米，已探到293℃高溫地熱流體，流量每小時350噸以上，熱田發(fā)電潛力可達8～20萬千瓦，已在建有裝機3MW地熱試驗電站。24（3）東南沿海地熱帶 包括福建、廣東、海南、浙江以及江西和湖南的一部分。當?shù)匾延写罅康責崴话l(fā)現(xiàn)，一般為中低溫地熱水，福州市區(qū)的地熱水溫度可達90℃。（4）魯皖鄂斷裂地熱帶（也叫魯皖廬江斷裂地熱帶） 這里蘊藏的主要是低溫地熱資源，除山東招遠的地熱水可達90～100℃外，其余一般均為50～70℃。初步分析該斷裂的深部有較高溫度的地熱水存在。（5）川滇青新地熱帶 主要分布在昆明到康定一線的南北向狹長地帶，經(jīng)河西走廊延伸入青海和新疆境內(nèi)，擴大到準噶爾盆地、柴達木盆地、吐魯番盆地和塔里木盆地。該地熱帶以低溫熱水型資源為主。25（6）祁呂弧形地熱帶 包括熱河一帶山地、呂梁山、汾渭谷地、秦嶺及祁連山等地，向東北延伸到遼南一帶，有近代地震活動帶，有歷史性溫泉出露地，主要地熱資源為低溫熱水。（7）松遼及其他地熱帶 松遼盆地跨越吉林、黑龍江大部分地區(qū)和遼河流域。整個東北大平原屬新生代沉積盆地，沉積厚度不大，一般不超過1000m，主要為中生代白堊紀碎屑巖熱儲，盆地基底多為燕山期花崗巖，有裂隙地熱形成，溫度為40～80℃。此外，還有一些像廣西南寧盆地那樣的孤立地熱區(qū)。

26中國溫度最高的地熱井在西藏拉薩附近的羊八井地熱田，在ZK4002孔井深1500-2000米處，探獲329.8℃的高溫地熱流體，流體的干度達47%，是目前我國溫度最高的地熱井。此外，羊易地熱田ZK203孔，在井深380米處，就獲得了204℃高溫地熱流體，也很有利用價值。

27§5.4地熱能的一般利用地熱能的利用可分為地熱發(fā)電和直接利用兩大類，不同溫度地熱流體的利用方式也有所不同?？傮w而言，地熱能在以下四個方面的應(yīng)用最為廣泛和成功。1）地熱發(fā)電。高溫地熱流體應(yīng)首先應(yīng)用于發(fā)電，并可實現(xiàn)綜合利用。2）地熱供暖，是最普遍的地熱應(yīng)用方式，其發(fā)展前景僅次于地熱發(fā)電。3）地熱用于農(nóng)業(yè)，包括溫室種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、土壤加溫、農(nóng)田灌溉等，應(yīng)用范圍也十分廣闊。4）溫泉洗浴和醫(yī)療，主要是中低溫熱水的溫泉沐浴等?！?.4.1地熱能的利用方式28溫度/℃直接發(fā)電雙循環(huán)發(fā)電制冷供暖工業(yè)干燥熱加工脫水加工溫室醫(yī)療其他200～400√

綜合利用150～200

√√

√√

綜合利用100～150

√√√√

√

回收鹽類50～100

√√

√√供熱水20～50

√√√沐浴、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)表

不同溫度地熱流體的可能利用方式29§5.4.2地熱用于供暖將地熱能用于采暖、供熱或提供熱水，是最普遍的地熱應(yīng)用方式，具有很好的發(fā)展前景。包括：—地熱水供暖系統(tǒng)—地源熱泵系統(tǒng)—地源熱風供暖系統(tǒng)30還可以把土壤作為低溫熱源。一般是在土壤中埋設(shè)盤管或U形管，把從土壤吸收的熱能通過熱泵供應(yīng)給室內(nèi)。采用埋地換熱器的地源熱泵系統(tǒng)31§5.4.3地熱用于農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖地熱在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用范圍十分廣闊?！脺囟冗m宜的地熱水灌溉農(nóng)田，可使農(nóng)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。32§5.4.4溫泉洗浴和醫(yī)療溫泉是分布最廣、最常見的一種地熱顯示。一般溫度在20℃以上的地熱水才能稱為溫泉，中、日的標準都是25℃。45℃以上稱為熱泉，溫度達到當?shù)厮悬c的稱為沸泉。地熱水中常含有鐵、鉀、納、氫、硫磺等化學元素，因此很多天然溫泉具有一定的醫(yī)療保健作用。例如，氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經(jīng)衰弱和關(guān)節(jié)炎、皮膚病等。有些地熱水還可以開發(fā)作為飲用礦泉水，并有特殊的健康效果。如合碳酸的礦泉水供飲用，可調(diào)節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度，對心血管及神經(jīng)等系統(tǒng)的疾病治療也是有效的。含鐵礦泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥。目前熱礦水被視為一種寶貴的資源，世界各國都很珍惜，地熱在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用具有誘人的前景。33§5.5地熱發(fā)電及其發(fā)展地熱發(fā)電的過程，就是先把地熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。地熱電站的蒸氣溫度要比火電廠料鍋爐出來的蒸氣溫度低得多，因而地熱蒸氣經(jīng)渦輪機的轉(zhuǎn)換效率較低，一般只有10%左右（火電廠一般為35%~40%）。地熱發(fā)電一般要求地熱流體的溫度在150℃甚至200℃以上，這時具有相對較高的熱轉(zhuǎn)換效率，因而發(fā)電成本較低，經(jīng)濟性較好。在缺乏高溫地熱資源的地區(qū)，中低溫（例如100℃以下）的地熱水也可以用來發(fā)電，只是經(jīng)濟性較差?！?.5.1地熱發(fā)電的原理34由于地熱能源溫度和壓力低，地熱發(fā)電一般采用低參數(shù)小容量機組。經(jīng)過發(fā)電利用的地熱流都將重新注入地下，既能保持地下水位不變，還可在后續(xù)循環(huán)中從地下取回更多的熱量。在實際利用中，有一些關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。應(yīng)針對地熱特點采用相應(yīng)方法，實現(xiàn)經(jīng)濟高效的利用。包括：1）電站建設(shè)和運行的技術(shù)改進；2）提高地熱能的利用率；3）回灌技術(shù)；4）防止管道結(jié)垢和設(shè)備腐蝕；等等。§5.5.1地熱發(fā)電的原理35§5.5.2世界地熱發(fā)電的發(fā)展世界上第一個地熱電站 意大利的拉德瑞羅地熱田是世界著名的干蒸汽地熱田，

由8個地熱區(qū)組成，其中拉德瑞羅的規(guī)模最大也最有名，因此以其命名整個地熱田。世界上第一座地熱電站于1904年在此建成。第一臺機組的發(fā)電功率約為552瓦，1913年建成功率為250千瓦的商業(yè)性地熱電站，并正式投入運行，被認為是世界地熱發(fā)電的開端。自上世紀90年代以來，拉德瑞羅地熱電站陸續(xù)淘汰舊機組、建設(shè)新機組，截止2013年電站運行機組22臺，總裝機容量594MW。它在世界地熱開發(fā)史上的先驅(qū)地位將成為永恒。1904年第一次地熱流體發(fā)電試驗所用的發(fā)動機

及其發(fā)明者皮耶羅·孔蒂王子。36§5.5.2世界地熱發(fā)電的發(fā)展世界上第一個濕蒸汽地熱電站 第一個直接利用地熱濕蒸汽發(fā)電的地熱電站，建成于1958年，位于新西蘭的懷拉基地熱田，裝機19.2MW，自建成以來發(fā)電量從未減少。37世界上第一個干熱巖地熱電站

美國于1984

年建成，裝機容量為10MW，其技術(shù)是基于美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室十年的干熱巖地熱開發(fā)研究和試驗成果。世界上最大的地熱電站 美國的蓋爾瑟斯地熱電站，干熱巖型，位于蓋爾瑟斯地熱田，于1960～1963年間建成，裝機24MW。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，1988年達到2043MW的總裝機容量，目前運行能力為1918MW左右。世界上最大的地熱電站-蓋爾瑟斯地熱電站38自1904年第一次地熱發(fā)電成功以來，已經(jīng)有一個多世紀的的發(fā)展歷史。美國、墨西哥、前蘇聯(lián)、日本、菲律賓、薩爾瓦多、冰島和中國也陸續(xù)開展地熱發(fā)電的試驗研究和開發(fā)建設(shè)。尤其是1970s以來，地熱發(fā)電有了較快的發(fā)展。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室從1973年開始進行干熱巖的地熱開發(fā)試驗，此后世界各地相繼出現(xiàn)干熱巖地熱開發(fā)的試驗研究和開發(fā)建設(shè)。英國1977年開始在康沃爾火山區(qū)進行干熱巖地熱開發(fā)研究。日本1984年開始鉆井試驗，在1990年建成干熱巖發(fā)電廠。法國1992年開始在Soultz地區(qū)進行干熱巖開發(fā)試驗。

§5.5.2世界地熱發(fā)電的發(fā)展39用150℃以下的中低溫熱水發(fā)電的研究，約從1970s開始。日本建過兩座利用150℃地熱水發(fā)電的1MW試驗電站?！?.5.2世界地熱發(fā)電的發(fā)展世界地熱資源潛藏量前5名的國家，依次是印度尼西亞(27791MW)、美國(23000MW)、日本(20000MW)、菲律賓(6000MW)和墨西哥(6000MW)。冰島的地熱發(fā)電在國家能源結(jié)構(gòu)中所占的比重世界領(lǐng)先。1997年冰島的一次能源消費中48.1%由地熱能供應(yīng)。目前這一比例甚至超過50%，如此大的地熱能比例在全世界是非常罕見的。402009年以來，全球地熱發(fā)電累計裝機容量逐年增長趨勢，但占可再生能源的比例仍然非常小。2009年，全球地熱發(fā)電累計裝機容量為9.77GW，至2018年增長至13.28GW，占全球再生能源裝機容量的1.07%（不包括水電）。2009-2018年全球地熱發(fā)電累計裝機容量（單位GW）§5.5.2世界地熱發(fā)電的發(fā)展41從全球地熱發(fā)電累計裝機容量區(qū)域來看，位于TOP5的國家分別為美國、印度尼西亞、菲律賓、土耳其、新西蘭，2018年底地熱發(fā)電累計裝機容量分別為3491MW、1946MW、1944MW、1283MW、966MW，TOP5國家占全球地熱發(fā)電總裝機量的72.53%。截至2018全球地熱發(fā)電累計裝機容量TOP5國家（單位MW）§5.5.2世界地熱發(fā)電的發(fā)展42§5.5.3我國地熱發(fā)電的發(fā)展我國的地熱發(fā)電開始于1970s初，起步較晚。地熱電站位置地熱水溫/℃最大裝機容量/kW工作方式運行狀態(tài)廣東豐順縣鄧屋92300閃蒸系統(tǒng)(減壓擴容法)運行湖南寧鄉(xiāng)縣灰湯98300閃蒸系統(tǒng)(減壓擴容法)運行河北懷來縣后郝窯87200雙循環(huán)系統(tǒng)(低沸點工質(zhì))關(guān)停山東招遠縣湯東泉98300雙循環(huán)系統(tǒng)(低沸點工質(zhì))關(guān)停遼寧蓋縣熊岳90200雙循環(huán)系統(tǒng)(低沸點工質(zhì))關(guān)停廣西象州市熱水村79200雙循環(huán)系統(tǒng)(低沸點工質(zhì))關(guān)停江西宜春市溫湯67100雙循環(huán)系統(tǒng)(低沸點工質(zhì))關(guān)停中國20世紀70年代建設(shè)的中低溫熱水型地熱電站43中國第一個地熱電站

1970

年，廣東省豐順縣鄧屋建立起中國第一座閃蒸系統(tǒng)（擴容法）地熱試驗電站，利用91℃～92℃的地熱水發(fā)電，最大裝機容量為300kW，輸出能力約為86kW。中國最大的地熱電站 西藏的羊八井地熱電站，1977年1MW的試驗機組試發(fā)電成功。這是我國大陸第一臺兆瓦級地熱發(fā)電機組，開創(chuàng)了中溫淺層熱儲資源發(fā)電的先例，也是當今世界唯一利用中溫淺層熱儲資源進行工業(yè)性發(fā)電的電廠。陸續(xù)完成8臺機組安裝，1991年總裝機達到25.1MW，年發(fā)電量1億度左右。曾擔負拉薩平時供電的50%和冬季供電的60%。到2008底，共為西藏發(fā)電12億度，年發(fā)電量在拉薩電網(wǎng)中占45％。44目前，我國正在運行的中高溫地熱發(fā)電站有西藏羊八井和西藏羊易電站。目前西藏羊八井地熱電站總裝機容量已達25MW，年發(fā)電量在1億千瓦時左右。然而在隨后很長一段時間，我國地熱發(fā)電幾乎停滯不前。近幾年，我國地熱發(fā)電才逐漸受到重視，多個地熱發(fā)電項目正在建設(shè)推進中。羊易地熱電站一期16MW發(fā)電項目于2018年10月9日獲得并網(wǎng)許可，2019年2月26日準許帶12MW負荷。羊易電站海拔4650米，是全世界第一高的地熱電廠。羊易地熱電站成功并網(wǎng)發(fā)電是我國地熱發(fā)電史上繼羊八井地熱電站之后又一具有里程碑意義的事件。45§5.6.1蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)蒸汽型地熱發(fā)電是把高溫地熱田中的干蒸汽直接引人汽輪發(fā)電機組發(fā)電。在引人發(fā)電機組前先要把蒸汽中所含的巖屑、礦粒和水滴分離出去。蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)的類型有：－背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)－凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)§5.6地熱發(fā)電系統(tǒng)46§5.6.1蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)1）背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)主要由凈化分離器和汽輪機組成。工作原理：先把干蒸汽從蒸汽井中引出，加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后把蒸汽通入汽輪機做功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。做功后的蒸汽可直接排入大氣，也可用于工業(yè)生產(chǎn)中的加熱過程。

這是最簡單的地熱干蒸汽發(fā)電方式。大多用于地熱蒸汽中不凝結(jié)氣體含量很高的場合，或綜合利用于生產(chǎn)和生活。47§5.6.1蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)2）凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)48§5.6.1蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)2）凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)工作原理： 蒸汽在汽輪機中急劇膨脹，做功更多。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環(huán)水泵打入的冷卻水冷卻而凝結(jié)成水，然后排走。在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力（即真空狀態(tài)），常設(shè)有兩臺帶有冷卻器的抽汽器，用來把由地熱蒸汽帶來的各種不凝結(jié)氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走。采用凝汽式汽輪機，可以提高蒸汽型地熱電站的機組出力和發(fā)電效率，因此常被采用。49熱水型地熱發(fā)電是目前的主要方式，包括純熱水和濕蒸汽兩種情況，適用于分布最為廣泛的中低溫地熱資源。低溫熱水層產(chǎn)生的熱水或濕蒸汽不能直接送入汽輪機，需要通過一定的手段，把熱水變成蒸汽或者利用其熱量產(chǎn)生別的蒸汽，才能用于發(fā)電。熱水型地熱發(fā)電，主要有兩種方式：－閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)－雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)§5.6.2熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)50（1）閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)小知識：如果氣壓降低，液體的沸點也會隨著降低。例如，在50000Pa的氣壓下（約為標準大氣壓的一半），水的沸點會降為81℃。閃蒸法也叫“減壓擴容法”，就是把低溫地熱水引入密封容器中，通過抽氣降低容器內(nèi)的氣壓（減壓），使地熱水在較低的溫度下（如90℃）沸騰生產(chǎn)蒸汽，體積膨脹的蒸汽做功（擴容），推動輪發(fā)電機發(fā)電。

不論是濕蒸汽田還是熱水田，都是直接利用地下熱水所產(chǎn)生的水蒸汽來推動汽輪機做功，得到機械能。閃蒸剩下的熱水和汽輪機中的凝結(jié)水可以供給其他熱水用戶利用。利用完后的熱水再回灌到地層內(nèi)。適合于地熱水質(zhì)較好且不凝氣體含量較少的地熱資源?！?.6.2熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)51（1）閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)兩種形式§5.6.2熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)差別在于蒸汽的來源或形成方式。如果流體是濕蒸汽，則先進入汽水分離器，分離出的蒸汽送往汽輪機，分離下來的水進入閃蒸器，得到蒸汽后送入汽輪機發(fā)電。52（1）閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)為提高地熱能的利用率，還可采用兩級或多級閃蒸系統(tǒng)。第一級閃蒸未汽化的熱水，進入壓力更低的第二級閃蒸器，產(chǎn)生蒸汽送入汽輪機。發(fā)電量可增加15%～20%。也可把地熱井口的全部流體，包括蒸汽、熱水、不凝氣體及化學物質(zhì)等，不經(jīng)處理直接送進全流膨脹器中做功，然后排放或收集到凝汽器中，這樣可以充分地利用地熱流體的全部能量。這種系統(tǒng)稱為全流法地熱發(fā)電系統(tǒng)。全流法單位凈輸出功率可比單級閃蒸和兩級閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)分別提高60%和30%左右。不過，這種系統(tǒng)的設(shè)備尺寸大，容易結(jié)垢、受腐蝕，對地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求?！?.6.2熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)53（2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)也叫低沸點工質(zhì)法，利用地下熱水加熱某種低沸點工質(zhì)，使其產(chǎn)生具有較高壓力的蒸汽并送入汽輪機。做功后的蒸汽在冷凝器中凝結(jié)，用泵把低沸點工質(zhì)重新送回熱交換器加熱，循環(huán)使用。經(jīng)過利用的地熱水要回灌到地層中?！?.6.2熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)圖7.15

單級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)54（2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)小知識：標準大氣壓下，而氯丁烷的沸點是12.4℃，氟里昂-11的沸點是24℃，都遠遠低于水的沸點。這種易于汽化的物質(zhì)常作為低沸點工質(zhì)。雙循環(huán)發(fā)電常用的低沸點工質(zhì)，多為碳氫化合物或碳氟化合物，如異丁烷（常壓下沸點為-11.7℃）、正丁烷（-0.5℃）、丙烷（-42.17℃）、氯乙烷（12.4℃）和各種氟里昂，以及異丁烷和異戊烷等的混合物。一般，為了滿足環(huán)保要求，盡可能不用含氟的工質(zhì)。須注意：低沸點工質(zhì)導熱性差，價格較高，來源有限，有些還易燃、易爆、有毒、不穩(wěn)定、對金屬有腐蝕。

§5.6.2熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)55（2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點：①低沸點工質(zhì)蒸汽壓力高，設(shè)備尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低；②地熱水不接觸發(fā)電系統(tǒng)