地热能的发电利用

两种主要的地热发电形式
◆蒸汽型地热发电 ◆热水型地热发电 适用于中低温地热资源。 适用于中低温地热资源。 低温热水或湿蒸汽不能直接送入汽 轮机，需经一定手段， 轮机，需经一定手段，把热水变成 蒸汽或利用其热量产生别的蒸汽， 蒸汽或利用其热量产生别的蒸汽， 才能用于发电。 才能用于发电。 热水型地热发电，主要有两种方式： 热水型地热发电，主要有两种方式： －闪蒸地热发电系统 －双循环地热发电系统
◆地壳:地球的员外面一层，即地球外表相当于鸡蛋壳的部分， 地壳:地球的员外面一层，即地球外表相当于鸡蛋壳的部分， 地壳由土层和坚硬的岩石组成，它的厚度各处不一，介于10— 地壳由土层和坚硬的岩石组成，它的厚度各处不一，介于10— 70km之间 70km之间， 之间， 地幔:地球的中间部分，即地壳下面相当于鸡蛋白的部分， ◆地幔:地球的中间部分，即地壳下面相当于鸡蛋白的部分，也 叫做“中间层” 它大部分是熔融状态的岩浆． 叫做“中间层”，它大部分是熔融状态的岩浆．地幅的厚度约 2900km,它内硅镁物质组成 温度在1000℃以上. 它内硅镁物质组成， 为2900km,它内硅镁物质组成，温度在1000℃以上. 地核:地球的中心，即地球内部相当于鸡蛋黄的部分． ◆地核:地球的中心，即地球内部相当于鸡蛋黄的部分．地核的 温度在2000— 2000 之间，外核深2900—5100km， 2900 温度在2000—5000 ℃之间，外核深2900—5100km，内核深 5100M以下至地心 一般认为是由铁、 5100M以下至地心，一般认为是由铁、镍等重金属组成的 以下至地心，
联合循环地热发电
◆ 1990s中期，以色列一家公司把地热 1990s中期 中期， 蒸汽发电和地热水发电系统整合， 蒸汽发电和地热水发电系统整合，设计 出一个新的联合循环地热发电系统 联合循环地热发电系统。 出一个新的联合循环地热发电系统。 ◆大于150℃的地热流体，经过一次发 大于150℃的地热流体， 电后，在不低于120℃的工况下， 电后，在不低于120℃的工况下，再进 入双工质发电系统进行二次做功，这就 入双工质发电系统进行二次做功， 充分利用了地热流体的热能。 充分利用了地热流体的热能。 ◆同时，由于是全封闭的系统，在地热 同时，由于是全封闭的系统， 电站也没有刺鼻的硫化氢味道， 电站也没有刺鼻的硫化氢味道，因而是 100％的环保型地热系统。 100％的环保型地热系统。这种地热发 电系统进行100％的地热水回灌， 电系统进行100％的地热水回灌，从而 延长了地热田的使用寿命。 延长了地热田的使用寿命。
蒸汽型地热发电
——凝气式汽轮机 凝气式汽轮机 ◆为提高地热电站的机组出力和发电效率，通 为提高地热电站的机组出力和发电效率， 常采用凝汽式汽轮机 凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统在该系 常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统在该系 统中， 统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压 因而能做出更多的功。 力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入 混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打入冷却 混合式凝汽器， 水所冷却而凝结成水，然后排走。 水所冷却而凝结成水，然后排走。 ◆在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真 在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力， 空状态， 空状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来 抽气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和 抽气， 外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。 外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。 ◆该系统 适用于高温（160℃以上）地热田的 适用于高温（160℃以上） 发电，系统简单。 发电，系统简单。
图为一种两级闪蒸发电系统
全流法地热发电系统
当地热井口的全部流体，不经处理直接送进全流膨胀器中做功，充 当地热井口的全部流体，不经处理直接送进全流膨胀器中做功， 分地利用地热流体的全部能量。这种系统称为全流法地热发电系统。 全流法地热发电系统 分地利用地热流体的全部能量。这种系统称为全流法地热发电系统。 全流法比闪蒸地热发电系统中的单级闪蒸法和两级闪燕法地热发电 位净输出功率可分别提高60%和30%左右 左右。 系统的单 位净输出功率可分别提高60%和30%左右。 全流发电系统就是试图将来自地热井的地热流体( 全流发电系统就是试图将来自地热井的地热流体(不论 是水或是湿蒸 通过一台特殊设计的膨胀机, 边膨胀一边做功， 汽) 通过一台特殊设计的膨胀机,使其一 边膨胀一边做功，最后以汽体的 口排出.为了适应不同化学成分范围的地热水， 形式从膨胀机的排汽 口排出.为了适应不同化学成分范围的地热水，特别 高温高盐的地热水， 能力。不过， 是 高温高盐的地热水，膨胀机的设计应该具备这种适应 能力。不过，这 种系统的设备尺寸大，容易结垢、受腐蚀，对地下热水的温度、 种系统的设备尺寸大，容易结垢、受腐蚀，对地下热水的温度、矿化度 以及不凝气体含量等有较高的要求， 以及不凝气体含量等有较高的要求，虽然从这一 概念的提出到现在已有 20多年的时间，全流地热发电 系统仍未进人商业应用阶段。 20多年的时间 多年的时间， 系统仍未进人商业应用阶段。
蒸汽型地热发电是把高温地热田中的 干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电。 干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电。 在引人发电机组前先要把蒸汽中所含 的岩屑、矿粒和水滴分离出去。 的岩屑、矿粒和水滴分离出去。 蒸汽型地热发电系统的类型有： 蒸汽型地热发电系统的类型有： －背压式汽轮机发电系统 －凝汽式汽轮机发电系统
热水型地热发电
——双循环地热发电系统 双循环地热发电系统 ◆也叫低沸点工质法，利用地下热水加热 也叫低沸点工质法， 低沸点工质法 某种低沸点工质， 某种低沸点工质，使其产生具有较高压力 的蒸汽并送入汽轮机。 的蒸汽并送入汽轮机。做功后的蒸汽在冷 凝器中凝结，循环使用。 凝器中凝结，循环使用。地热水要回灌到 地层中。 地层中。 ◆双循环发电系统的优点： 双循环发电系统的优点： ① 蒸汽压力高，设备尺寸较小，成本较低； 蒸汽压力高，设备尺寸较小，成本较低； 地热水不接触发电系统， ②地热水不接触发电系统，可避免关键设 备的腐蚀。 备的腐蚀。 为了提高地热资源的利用率， 为了提高地热资源的利用率，还可以考虑 用两级双循环地热发电系统， 用两级双循环地热发电系统，或者采用闪 蒸与双循环两级串联发电系统 。
蒸汽型地热发电
——背压式汽轮机 背压式汽轮机 ◆最简单的地热干蒸汽发电，是采用 最简单的地热干蒸汽发电， 背压式汽轮机地热蒸汽发电系统 背压式汽轮机地热蒸汽发电系统 工作原理：首先把干蒸汽从蒸汽井中 工作原理： 引出，先加以净化， 引出，先加以净化，经过分离器分离 出所含的固体杂质， 出所含的固体杂质，然后就可把蒸汽 通入汽轮机做功，驱动发电机发电。 通入汽轮机做功，驱动发电机发电。 做功后的蒸汽，可直接排入大气； 做功后的蒸汽，可直接排入大气；也 可用于工业生产中的加热过程。 可用于工业生产中的加热过程。 应用： 应用：这种系统大多用于地热蒸汽中 不凝结气体含量很高的场合， 不凝结气体含量很高的场合，或者综 合利用于工农业生产和人民生活的场 合。
利用地热能来进行发电
◆地热发电是地热利用的最重要方式。高温地 地热发电是地热利用的最重要方式。 热流体应首先应用于发电。 热流体应首先应用于发电。 地热发电和火力发 电的原理是一样的， 电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽 轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。 轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。 ◆地热发电的过程，就是把地下热能首先转变 地热发电的过程， 为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。 为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。 要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下 要利用地下热能，首先需要有“载热体” 的热能带到地面上来。 的热能带到地面上来。 ◆目前能够被地热电站利用的载热体，主要是 目前能够被地热电站利用的载热体， 地下的天然蒸汽和热水。 地下的天然蒸汽和热水。根据可利用地热资源 的特点以及采用技术方案的不同， 的特点以及采用技术方案的不同，地热发电主 要划分为地热蒸汽 地下热水、联合循环和 地热蒸汽、 要划分为地热蒸汽、地下热水、联合循环和地 下热岩四种发电方式 下热岩四种发电方式
பைடு நூலகம்
热水型地热发电
——闪蒸地热发电 闪蒸地热发电 ◆闪蒸法也叫“减压扩容法”，就是把低温地热水引入密封容器中，通 闪蒸法也叫“减压扩容法” 就是把低温地热水引入密封容器中， 过抽气降低容器内的气压，使地热水在较低的温度下沸腾生产蒸汽， 过抽气降低容器内的气压，使地热水在较低的温度下沸腾生产蒸汽，体 积膨胀的蒸汽做功推动轮发电机。 积膨胀的蒸汽做功推动轮发电机。 适合于地热水质较好且不凝气体含量 较少的地热资源。 较少的地热资源。 ◆如果流体是湿蒸汽，则先进入汽水分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机， 如果流体是湿蒸汽，则先进入汽水分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机， 分离下来的水进入闪蒸器。 分离下来的水进入闪蒸器。 ◆闪蒸可以分为： 闪蒸可以分为： 1）单级闪蒸地热发电系统(又包括湿蒸汽型和热水型两种)； 单级闪蒸地热发电系统 又包括湿蒸汽型和热水型两种) 系统( 两级闪蒸地热发电系统 系统； 2）两级闪蒸地热发电系统； 3）全流法地热发电系统； 全流法地热发电系统 系统；
地热能的发电利用
◆所谓地热能，简单地说．就是来自 所谓地热能，简单地说． 地下的热能，即地球内部的热能。 地下的热能，即地球内部的热能。 ◆据计算，地球陆地以下五公里内， 据计算，地球陆地以下五公里内， 15摄氏度以上岩石和地下水总含热量 15摄氏度以上岩石和地下水总含热量 1.05E25焦尔 相当于9950万亿吨 焦尔， 达1.05E25焦尔，相当于9950万亿吨 标准煤。按世界年耗100亿吨标准煤 标准煤。按世界年耗100亿吨标准煤 计算，可满足人类几万年能源之需要. 计算，可满足人类几万年能源之需要. ◆如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧 时所放出的热量作为标准来计算、 时所放出的热量作为标准来计算、那 么，石油的贮存量约为煤炭的3％，目 石油的贮存量约为煤炭的3％，目 前可利用的核燃料的贮存量约为煤炭 15％， ％，而地热能的总贮存量则为煤 的15％，而地热能的总贮存量则为煤 炭的1.7亿倍 亿倍。 炭的1.7亿倍。
总结
地热能作为一种可持续利用的能源具有经济与环境上的优势。它在 地热能作为一种可持续利用的能源具有经济与环境上的优势。 开发过程中的环境影响可以通过各种措施予以减小。解决地热利用对环 开发过程中的环境影响可以通过各种措施予以减小。 境影响的最优办法是采取回灌，改变单一的利用方式。因此， 境影响的最优办法是采取回灌，改变单一的利用方式。因此，应加强地 热勘探开发利用的投入，同时， 热勘探开发利用的投入，同时，规范和完善地热开发过程中的环境影响 方面的法规，开发各种新的环境治理和预防措施，保证社会、 方面的法规，开发各种新的环境治理和预防措施，保证社会、经济与环 境上的最大效益。 境上的最大效益。 在21世纪，地热电站将屹立在世界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、 21世纪 地热电站将屹立在世界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、 世纪， 提炼成为制造硫酸和其他化工产品的原料。地热水经过利用后， 提炼成为制造硫酸和其他化工产品的原料。地热水经过利用后，又成为 清洁的水源供人们生产和生活使用，开拓了一条新水源。 清洁的水源供人们生产和生活使用，开拓了一条新水源。 未来随着科学技术的发展和进步，一座座活火山将成为一个个热电 未来随着科学技术的发展和进步， 一块块地震频发区，反而成为一个个地热开采的中心； 厂；一块块地震频发区，反而成为一个个地热开采的中心；地热资源是 地球奉献给人类的又一个能量宝库，有其不可估量的前途。 地球奉献给人类的又一个能量宝库，有其不可估量的前途。
闪蒸地热发电系统
采用闪蒸法的地热电站， 采用闪蒸法的地热电站，热 水温度低于100℃ 水温度低于100℃时，全热力系 统处于负压状态。这种电站， 统处于负压状态。这种电站，设 备简单，易于制造， 备简单，易于制造，可以采用混 合式热交换器。缺点是， 合式热交换器。缺点是，设备尺 寸大，容易腐蚀结垢， 寸大，容易腐蚀结垢，热效率较 低。由于系直接以地下热水蒸汽 为工质， 为工质，因而对于地下热水的温 度、矿化度以及不凝气体含量等 有较高的要求。 有较高的要求。 为提高地热能的利用率， 为提高地热能的利用率， 还可采用两级 多级闪蒸系统 两级或 系统。 还可采用两级或多级闪蒸系统。 发电量可增加。 发电量可增加。