新能源及其發(fā)電技術2第6章地熱發(fā)電6.1地熱資源和分類6.2地熱發(fā)電技術6.3地熱能利用的制約因素35.1

地熱能資源和分類地熱能是來自地球深處的熱能

地球的內部是地個高溫、高壓的世界，是一個巨大的熱庫，蘊藏著無比巨大的熱能。4地熱資源地熱資源是指地殼表層以下5000米深度內，15℃以上巖石和熱流體所含的總熱量。全世界的地熱資源達1.26×1027J，相當于4.6×1016t標準煤，超過了當今世界技術和經濟水平可采煤儲量含熱量的7萬倍。5地熱資源的分類：按照地熱資源的溫度不同，通常把熱儲溫度大于150℃的稱為高溫地熱資源，小于150℃而大于90℃的稱為中溫地熱資源，小于90℃的稱為低溫地熱資源。

高溫地熱資源位于地質活動帶內，常表現為地震、活火山、熱泉、噴泉和噴氣等現象。地質學上常把地熱資源分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和巖漿型等五類。6地熱資源的分類蒸汽型：以溫度較高的飽和蒸汽或過熱蒸汽形式存在的地下儲熱，干蒸汽可直接進入汽輪機，是理想的地熱資源。資源少，地區(qū)局限性大。熱水型：以熱水形式存在的地熱田，資源分布廣，儲量豐富，占10％。高溫級≥150℃中溫級90～150℃低溫級＜90℃7地熱資源的分類地壓型：以高壓高鹽分熱水的形式儲存于地表以下2～3km的深部沉積盆地中。地壓水除了高壓、高溫的特點外，還溶有大量碳氫化合物（如甲烷），可同時得到壓力能、熱能、化學能，溫度＞150℃。占20％干熱巖型：沒有水或蒸汽的熱巖石（150～600℃），占30％。巖漿型：溫度高達600～1500℃的巖漿，多埋在鉆探比較困難的地層中。占40％8中國的地熱資源環(huán)球性的地熱帶主要有環(huán)太平洋地熱帶、地中海－喜馬拉雅地熱帶、大西洋中脊地熱帶和紅海－亞丁灣－東非裂谷地熱帶等四個。能用于發(fā)電的高溫地熱資源主要分布在西藏、滇西和臺灣地區(qū)，其他省區(qū)均為中低溫地熱資源。全國盆地型中低溫地熱能，相當于2500億t標準煤的熱量。主要分布在松遼盆地、華北盆地、江漢盆地、渭河盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地等眾多的山間盆地以及東南沿海的福建、廣東、贛南、湘南等地。9中國的地熱資源2009年至2011年，國土資源部對城市淺層地溫能、沉積盆地和山地地熱資源、3000米至10000米的干熱巖資源潛力進行了重新評價。我國淺層地溫能資源量相當于95億噸標準煤，每年淺層地溫能可利用資源量相當于3.5億噸標準煤。每年可利用的常規(guī)地熱資源總量相當于6.4億噸標準煤，每年可減少CO2排放13億噸。中國大陸3000米至10000米深處干熱巖資源總計相當于860萬億噸標準煤，是中國目前年度能源消耗總量的26萬倍。2011年，中國地熱發(fā)電裝機容量僅為27.3MW，而中國的風機裝機量累計達62GW。10地熱發(fā)電的原理 地熱發(fā)電主要利用水熱資源?？煞譃楦烧羝铩裾羝锖蜔崴責崽?。6.2地熱發(fā)電技術1-地熱蒸汽；2-地熱蒸汽井；3-汽輪機；4-發(fā)電機11地熱發(fā)電類型地熱蒸汽發(fā)電地下熱水發(fā)電全流發(fā)電干熱巖發(fā)電1、直接利用地下熱蒸汽進入汽輪機工作這時井口流體為汽水混合物。經凈化后的濕蒸汽進入汽水分離器，分離出的蒸汽再進入汽輪機口膨脹做功。12地熱蒸汽發(fā)電：適用于高溫蒸汽地田。分背壓式汽輪機發(fā)電和凝氣式汽輪機發(fā)電兩種系統(tǒng)。

背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)是最簡單的地熱蒸汽發(fā)電方式。把干蒸汽從蒸汽井中引出，凈化后送入汽輪機做功，由蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。蒸汽做功后可直接排空，或者送熱用戶用于工農業(yè)生產。凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)將做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，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。機組輸出功率和發(fā)電效率得到提升。背壓式汽輪發(fā)電系統(tǒng)凝氣式汽輪發(fā)電系統(tǒng)132、利用地下熱水發(fā)電——閃蒸地熱發(fā)電：擴容降壓的原理從地熱水中產生蒸汽。分單級閃蒸發(fā)電和兩級閃蒸發(fā)電兩種系統(tǒng)。

閃蒸地熱發(fā)電基于擴容降壓的原理從地熱水中產生蒸汽。水的汽化溫度與壓力有關，在1個絕對大氣壓下水的氣化溫度是100℃，如果在0.3個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。單級閃蒸發(fā)電兩級閃蒸發(fā)電14

若熱水溫度低于100℃時，全熱力系統(tǒng)處于負壓狀態(tài)。缺點：設備尺寸大，容易腐蝕結垢，熱效率較低；由于系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。15——中間介質法地熱發(fā)電：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。常用低沸點工質：氟里昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷缺點：工質價格貴、易燃、易爆、有毒等利用中間介質發(fā)電方法，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。16單級中間介質法地熱發(fā)電173、全流地熱發(fā)電 全流地熱發(fā)電系統(tǒng)是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等，不經處理直接送進全流動力機械中膨脹做功，而后排放或收集到凝氣器中，這樣可以充分利用地熱流體的全部能量。該系統(tǒng)由螺桿膨脹器、汽輪發(fā)電機組和冷凝器等部分組成。它的單位凈輸出功率可比單級閃蒸法和兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)的單位凈輸出功率分別提高60％和30％左右。183、全流地熱發(fā)電

圖6-7全流地熱發(fā)電系統(tǒng)示意圖1－高壓氣室2、3、4－嚙合螺旋轉子5－排出口6－全流膨脹器7－汽輪發(fā)電機組8－凝汽器9－熱水排放19 4、干熱巖發(fā)電 從地面豎進鉆到干熱巖體，形成一口注射井，并在適當部位加壓，使加壓點周圍產生寬幾毫米、長幾百米的裂縫，再向其中注水，水吸收熱量長溫到200-300度。在裂縫另一端打一口噴汽井，熱水會伴隨蒸汽噴出，用于發(fā)電。20利用干熱巖發(fā)電

21中國潛力地區(qū): 在環(huán)太平洋區(qū)域，包括臺灣、福建、廣東一帶有一定的潛力，有巖體的資源存在。青藏高原在隆升過程中形成了若干的南北向拉開的裂谷帶，其中有很多淺層的巖漿侵入，也是非常巨大的。22干熱巖發(fā)電技術難點 技術方面，目前干熱巖最大的特點就是有溫度沒有水，怎么樣把水加進去，然后把水采出來，這是需要解決的技術問題。其中最大的問題就是地層深度系數怎么樣搞，怎么樣把水加進去，再采出來，國際上正在研究。我們國家最大的問題就是如何研制耐受300度以上或者400度以上溫度的鉆井材料。23地熱電站介紹西藏羊八井地熱電站

位于拉薩西北91.8km的當雄縣境內。海拔4300m，南北兩側的山峰均在海拔5500～6000m。1977年羊八井地熱田建起第一臺1000kW的地熱發(fā)電機組，1981年、1982年和1985年分別建起3000kW的發(fā)電機組，電站總裝機容量已達10MW。

羊八井地熱發(fā)電采用二級擴容循環(huán)和混壓式氣輪機，熱水進口溫度145℃。24西藏羊八井地熱電站

25地熱電站介紹湖南寧鄉(xiāng)灰湯地熱電站 1972年籌建，1975年9月底建成。采用閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)，設計功率300kW，由一口560m深的地熱井供熱水，水溫91℃。

該電站排出的水溫為68℃，日排出量為100t左右。排出的熱水，一部分送往0．5畝農業(yè)溫室，每年大約節(jié)省煤炭1400t；另一部分送往規(guī)模較大的省總工會療養(yǎng)院使用，同時還供澡堂、衛(wèi)生院、商店及附近居民以熱水。此外，電站的冷卻水排出后，尚可自流灌溉農田800余畝。從投資情況來看，該電站不包括鉆井費和試驗研究費在內，全部投資為1460元／kw。26地熱電站介紹美國蓋瑟斯地熱電站

蓋瑟斯地熱田是目前所知世界最大的地熱田，位于美國加州舊金山北面約120公里處，面積超過140平方公、里，儲集層蒸汽溫度最高達280℃。1988年，該地熱田電廠的總裝機容量達到202.3萬千瓦，真正稱得上世界第一。27地熱能利用的制約因素地熱回灌

把經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，回灌可以很好解決地熱廢水問題，還可以改善或恢復熱儲的產熱能力，保持熱儲的流體壓力，維持地熱田的開采條件。

技術要求復雜，成本高

地熱回灌存在的問題與水質和井的滲透率有關28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Q2、H+、Cl-、H：S、CO2、NH3和SO2。，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生不同程度的影響，直接影響設備的使用壽命。常見的防腐措施：

①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；29防腐措施

②對主要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。

③采取相應的密封措施，防止空氣中的氧進入系統(tǒng)。④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。30地熱田的結垢

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，溫度和壓力均發(fā)生很大的變化，影響到各種礦物質的溶解度，必然導致礦物質從水中析出產生沉淀結垢。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增加能耗；如換熱表面結垢則會增加傳熱阻力；垢層不完整處還會造成垢下腐蝕。31防結垢措施

①用HCl和HF等溶解水垢，為了防止酸液對管材的腐蝕必須加入緩蝕劑；

②采用問接利用地熱水的方式，在生產井的出水與機組的循環(huán)水之間加一個鈦板換熱器，可以有效防止做功部件腐蝕和結垢，但造價很高；

③采用深水泵或潛水泵輸送井中的流體，使其在系統(tǒng)中保持足夠的壓力，在流體上升過程和輸送過程中不發(fā)生氣化現象，從而防止碳酸鈣沉積；

④選擇合適的材料涂襯在管壁內，防止管壁上的結垢。32環(huán)境影響

地熱水中含有大量的有毒礦物質，例如我國