地热发电技术PPT
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2．中、低温地热资源 中国的中、低温地热资源中可用于非电直接 利用的有2900多处， 其中盆地型潜在地热资源埋藏量约相当于 2000亿t标准煤。主要分布在松辽盆地、华 北盆地、江汉盆地、渭河盆地、太原盆地、 临汾盆地、运城盆地等众多的山问盆地以及 东南沿海的福建、广东、赣南、湘南等地。 目前的开发利用量还不到资源保有量的 1‰。
在上述5类地热资源中，目前能为人类开发 利用的．主要是地热蒸汽和地热水两大类资 源，人类对这两类资源已有较多的应用； 干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段， 开发利用很少。 不过，仅仅是蒸汽型资源和热水型资源所包 括的热能，其储量也是极为可观的。仅按目 前可供开采的地下3km范围内的地热资源 来计算，就相当于2.9×1012 t煤炭燃烧所 发出的热量。
宋长华 7
2013-7-9
4-2 地热资源
一、概述 1．地热资源定义 地热资源是指在当的技术经济和地质外境条件 下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石 中的热能量和热流体中的热能量及其有用的伴 生成分。 目前地热资源勘探的深度可达地表以下 5000m，其中2000m以下为经济型地热资 源，2000—5000m为亚经济型地热资源。
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宋长华
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地球内部温度分布示意图
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宋长华
25
深循环水图
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宋长华
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特殊热源型地下热水形成过程
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宋长华
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蒸汽田图
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宋长华
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5-3 地热发电原理和技术
地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大 方面. 一、地热发电原理及分类(示意图2) 原理:地热发电是利用地厂热水和蒸汽为动力 源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球 物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电 工程等多种现代科学技术。示意图1 分类:按照载热体类型、温度、压力和其他特性 的不同，可把地热发电的方式划分为地热蒸汽 发电和地下热水发电两大类.（外景图） 示意图3
18
三、中国地热资源
通过对中国30个省、市、自治区的地热资源普 查、勘探表明，中国地热资源丰富，分布广泛。 其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤 当量以上。全国已发现地热点3200多处，打 成的地热井2000多眼，其中具有高温地热发 电潜力有255处，预计可获发电装机 5800MW，现已利用的只有近30MW。
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1、地热蒸汽发电
1．地热蒸汽发电 (1)背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电， 是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图) 工作原理：首先把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净 化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把 蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。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。 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，或者综合利用于工农业生产和人民生活 的场合.
第五章 地热发电技术 （一）
动力工程系 宋长华
第一节 地热能基本知识
什么叫地热能?地热有多大? 地球的构造是怎样的?地热温度有多高? 地热从何而来? 形成地热资源的要素?地热资源有哪些形式? 各种地热资源的开发技术概况.
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宋长华
2
什么叫地热能?地热有多大？
所谓地热能，简单地说．就是来自地下的热能， 即地球内部的热能。 据计算，地球陆地以下五公里内，15摄氏度以上 岩石和地下水总含热量达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、那么，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 的15％，而地热能的总贮存量则为煤炭的1.7亿 倍。
地压型资源是一种目前尚未被人们充分认识的、但 可能是一种十分重要的地热资源. 它以高压水的形式储存于地表以下2—3Km的深 部沉积盆地中，并被不透水的盖层所封闭，形成长 1000km、宽数百千米的巨大热水体。 地压水除了高压、高温的特点外，还溶有大量的碳 氢化合物(如甲烷等)。 所以，地压型资源中的能量，实际上是由机械能 (压力)、热能(温度)和化学能(天然气)3个部分组 成的。
宋长华 13
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3．地下热水形成
地下热水的形成一般可分为深循环型和持殊热源型两 种形成类型. 构成地下热水的循环运动。形成过程图 深循环型地下热水的形成、运动和储存，与地质构造 密切相关。 断裂、挤压、折曲及破碎等变化。每当岩层破裂时， 地球深部的岩浆就会通过裂缝向地表涌来。如果涌出 地表，即成为火山爆发。如果停驻在地表下一定的深 度，则成为岩浆侵入体。形成过程图
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2．地热资源类型介绍
(1)蒸汽型资源 蒸汽型资源是指地下热储中以蒸汽为主的 对流水热系统，它以产生温度较高的过热 蒸汽为主，掺杂有少量其他气体，所含水 分很少或没有。 这种干蒸汽可以直接进入汽轮机，对汽轮 机腐蚀较轻，能取得满意的工作效果。 但这类构造需要独特的地质条件，因而资 源少、地区局限性大。
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三、中国地热资源
3、中国地热资源的分类（按地热资源成因） (1) 现代火火山型：在台湾和云南 (2)岩浆型：在西藏 (3)断裂型：如辽宁、山东、山西、陕西以 及福建、广东等地。 (4)断陷、凹陷盆地型：如华北盆地、松辽 盆地、江汉盆地等。
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宋长华
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地热资源温度分级
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二、世界地热资源分布
根据板块学说，在各大板块的交接处形成 了有丰富地热资源的地热带。从世界范围 来说，主要有如下4个地热带： 1．环太平详地热带 2．大西洋洋中脊型地热带 3．红海——亚丁湾——东非裂谷型地热带 4．地中海一喜华
宋长华 3
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地球的内部构造
地球是一个巨大的实心椭球体，它的表面积约为 5．11x108km2，体积约为1.0833x1012km2， 赤道半径为6378km，极半径为6357km。地球 的构造好像是一只半熟的鸡蛋，主要分为3层。温 度分布图 1)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—70km之间， 2)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．地幅的厚度约为2900km,它内硅镁物质 组成，温度在1000℃以上. 3)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—5000 ℃之间，外核深 2900—5100km，内核深5100M以下至地心， 一般认为是由铁、镍等重金属组成的
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宋长华
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(4)干热岩型资源
干热岩型资源是比上述各种资源规模更为巨大的 地热资源。 它是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石。 从现阶段来说，干热岩型资源专指埋深较浅、温 度较高的有开发经济价值的热岩石。 提取干热岩中的热量，需要有特殊的办法，技术 难度大。
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宋长华
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三、中国地热资源
1．高温地热资源 中国的高温地热资源丰富，可用于地热发电的 合255处，总发电潜力为5800Mw。主要分布 在西藏、滇西和中国台湾地区。 预计到20l0年，还可开发利用10余处新的高温 地热资源，发电潜力约为300MW。
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宋长华
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三、中国地热资源
2013-7-9 宋长华 16
5．地热水和天然蒸汽杂质
通常热水中合有较多的硫酸和铵、铁、铝等硫 酸盐;有时还有盐酸、硅酸、偏硼酸等。 在地热水和蒸汽中的气体成分，则有二氧化碳、 硫化氢、甲烷、氨、氮、氢、乙烷等； 在有的热水中还台有二氧化琉、盐酸气和氢氖 酸气等。 除此之外，无沦热水或蒸汽，都还常常挟带有 泥砂等固体异物。 地热水和天然蒸汽中的各种杂质，都会对地热 发电产生影响.
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2．地下热水发电
两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地 热发电系统 （1）闪蒸地热发电系统：直接利用地下热水 所产生的蒸汽进入汽轮机工作。也叫做减 压扩容法地热发电系统。 类型：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)；（图） 2）两级闪蒸地热发电系统； （图） 3）全流法地热发电系统； （图）
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宋长华
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4．地热田类型
(2)蒸汽田。当储水层的上方有一透水性很差 的覆盖岩层时，由于覆盖层的隔水、隔热作 用，覆盖层下面的储水层在长期受热的条件 下，就成为聚集大量具有一定压力和温度的 蒸汽和热水的热储，即构成为蒸汽田。蒸汽 田模型图. 蒸汽田还可以按井口喷出介质的状态分为干 蒸汽田和湿蒸汽田。 蒸汽田特别适合于发电，是十分有开采价值 的地热田。
宋长华
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(5)岩浆型资源
岩浆型资源是指蕴藏在熔融状和半熔融状 岩浆中的巨大能量，它的温度高达600— 1500℃左右。 在一些多火山地区，这类资源可以在地表 以下较浅的地层中找到，但多数则是埋在 目前钻探还比较困难的地层中。 目前能为人类开发利用的．主要是地热蒸 汽和地热水两大类资源，人类对这两类资 源已有较多的应用；干热岩和地压两大类 资源尚处于试验阶段，开发利用少。
国际上的一般划分方法为：150℃以上为高温； 90—150 ℃为中温；如90 ℃以下为低温。 中国地热勘查国家标准(GBll615—1989)规 定，地热资源按温度分为高温、中温、低温3 级，按地热田规模分为大、中、小3类。
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宋长华
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课堂作业（2005-10-28）
1、地热能和地热资源的概念？ 2、根据热储的不同形式，地热资源分为哪五 类？ 3、根据地热资源的成因，我国地热资源可划 分为哪四种类型？西藏羊八井地热田属哪 类？
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宋长华
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形成地热资源的要素?地热资源有哪些形式?
形成地热资源有热储层、热储体盖层、热 流体通道和热源4个要素。 通常我们把地热资源根据其在地下热储中 存在的个同形式，分为蒸汽型、热水型、 地压型、干热岩型资源和岩浆型资源 等几类。
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宋长华
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各种地热资源的开发技术概况
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1、地热蒸汽发电
(2)凝汽式汽轮机发电系统 为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常 采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图)。 在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很 低的压力，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外 界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。
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（2）热水型资源
热水型资源是指地下热储中以水为主的对 流水热系统，它包括喷出地面时呈现的热 水以及水汽混合的湿蒸汽。 这类资源分布广、储量丰富，根据其温度 可分为高温(>150℃)、中温(90— 150℃)和低温(90 ℃以下)。
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宋长华
10
(3)地压型资源
2013-7-9 宋长华 14
(1)深循环型。一边冷水下降，一边热水上升，这就
(2)特殊热源型。数十亿年来地壳岩层一直在经历着
4．地热田类型
地热田分为热水田和蒸汽田两大类型。 (1)热水田。这种地热田开采出的介质主要是 液态水，温度在60—120℃之间，多属于 深循环型热水，但有时也可能是特殊热源型 热水。 热水田是地热田中一种较普遍的类型．既可 直接用于供暖和工农业生产，也可用于减压 扩容法地热发电系统。
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地热从何而来?
关于地球的起源问题，目前有许多不同的假说，因此， 关于地热的来源问题，也有许多不同的解释。但是， 这些解释都一致承认，地球物质中放射性元素衰变产 生的热量是地热的主要来源。 放射性元素有铀238、铀235、针232和钾40等， 这些放射性元素的衰变是原子核能的释放过程。 放射性物质的原子核．无需外力的作用，就能自发地 放出电子、氦核和光子等高速粒子并形成射线。在地 球内部，这些粒子和射线的动能和辐射能，在同地球 物质的碰撞过程中便转变成了热能。
在上述5类地热资源中，目前能为人类开发 利用的．主要是地热蒸汽和地热水两大类资 源，人类对这两类资源已有较多的应用； 干热岩和地压两大类资源尚处于试验阶段， 开发利用很少。 不过，仅仅是蒸汽型资源和热水型资源所包 括的热能，其储量也是极为可观的。仅按目 前可供开采的地下3km范围内的地热资源 来计算，就相当于2.9×1012 t煤炭燃烧所 发出的热量。
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4-2 地热资源
一、概述 1．地热资源定义 地热资源是指在当的技术经济和地质外境条件 下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石 中的热能量和热流体中的热能量及其有用的伴 生成分。 目前地热资源勘探的深度可达地表以下 5000m，其中2000m以下为经济型地热资 源，2000—5000m为亚经济型地热资源。
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地球内部温度分布示意图
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深循环水图
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特殊热源型地下热水形成过程
2013-7-9
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蒸汽田图
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5-3 地热发电原理和技术
地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大 方面. 一、地热发电原理及分类(示意图2) 原理:地热发电是利用地厂热水和蒸汽为动力 源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球 物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电 工程等多种现代科学技术。示意图1 分类:按照载热体类型、温度、压力和其他特性 的不同，可把地热发电的方式划分为地热蒸汽 发电和地下热水发电两大类.（外景图） 示意图3
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三、中国地热资源
通过对中国30个省、市、自治区的地热资源普 查、勘探表明，中国地热资源丰富，分布广泛。 其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤 当量以上。全国已发现地热点3200多处，打 成的地热井2000多眼，其中具有高温地热发 电潜力有255处，预计可获发电装机 5800MW，现已利用的只有近30MW。
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1、地热蒸汽发电
1．地热蒸汽发电 (1)背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电， 是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图) 工作原理：首先把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净 化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把 蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。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。 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，或者综合利用于工农业生产和人民生活 的场合.
第五章 地热发电技术 （一）
动力工程系 宋长华
第一节 地热能基本知识
什么叫地热能?地热有多大? 地球的构造是怎样的?地热温度有多高? 地热从何而来? 形成地热资源的要素?地热资源有哪些形式? 各种地热资源的开发技术概况.
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什么叫地热能?地热有多大？
所谓地热能，简单地说．就是来自地下的热能， 即地球内部的热能。 据计算，地球陆地以下五公里内，15摄氏度以上 岩石和地下水总含热量达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、那么，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 的15％，而地热能的总贮存量则为煤炭的1.7亿 倍。
地压型资源是一种目前尚未被人们充分认识的、但 可能是一种十分重要的地热资源. 它以高压水的形式储存于地表以下2—3Km的深 部沉积盆地中，并被不透水的盖层所封闭，形成长 1000km、宽数百千米的巨大热水体。 地压水除了高压、高温的特点外，还溶有大量的碳 氢化合物(如甲烷等)。 所以，地压型资源中的能量，实际上是由机械能 (压力)、热能(温度)和化学能(天然气)3个部分组 成的。
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3．地下热水形成
地下热水的形成一般可分为深循环型和持殊热源型两 种形成类型. 构成地下热水的循环运动。形成过程图 深循环型地下热水的形成、运动和储存，与地质构造 密切相关。 断裂、挤压、折曲及破碎等变化。每当岩层破裂时， 地球深部的岩浆就会通过裂缝向地表涌来。如果涌出 地表，即成为火山爆发。如果停驻在地表下一定的深 度，则成为岩浆侵入体。形成过程图
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2．地热资源类型介绍
(1)蒸汽型资源 蒸汽型资源是指地下热储中以蒸汽为主的 对流水热系统，它以产生温度较高的过热 蒸汽为主，掺杂有少量其他气体，所含水 分很少或没有。 这种干蒸汽可以直接进入汽轮机，对汽轮 机腐蚀较轻，能取得满意的工作效果。 但这类构造需要独特的地质条件，因而资 源少、地区局限性大。
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三、中国地热资源
3、中国地热资源的分类（按地热资源成因） (1) 现代火火山型：在台湾和云南 (2)岩浆型：在西藏 (3)断裂型：如辽宁、山东、山西、陕西以 及福建、广东等地。 (4)断陷、凹陷盆地型：如华北盆地、松辽 盆地、江汉盆地等。
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地热资源温度分级
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二、世界地热资源分布
根据板块学说，在各大板块的交接处形成 了有丰富地热资源的地热带。从世界范围 来说，主要有如下4个地热带： 1．环太平详地热带 2．大西洋洋中脊型地热带 3．红海——亚丁湾——东非裂谷型地热带 4．地中海一喜华
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地球的内部构造
地球是一个巨大的实心椭球体，它的表面积约为 5．11x108km2，体积约为1.0833x1012km2， 赤道半径为6378km，极半径为6357km。地球 的构造好像是一只半熟的鸡蛋，主要分为3层。温 度分布图 1)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—70km之间， 2)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．地幅的厚度约为2900km,它内硅镁物质 组成，温度在1000℃以上. 3)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—5000 ℃之间，外核深 2900—5100km，内核深5100M以下至地心， 一般认为是由铁、镍等重金属组成的
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(4)干热岩型资源
干热岩型资源是比上述各种资源规模更为巨大的 地热资源。 它是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石。 从现阶段来说，干热岩型资源专指埋深较浅、温 度较高的有开发经济价值的热岩石。 提取干热岩中的热量，需要有特殊的办法，技术 难度大。
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三、中国地热资源
1．高温地热资源 中国的高温地热资源丰富，可用于地热发电的 合255处，总发电潜力为5800Mw。主要分布 在西藏、滇西和中国台湾地区。 预计到20l0年，还可开发利用10余处新的高温 地热资源，发电潜力约为300MW。
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宋长华
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三、中国地热资源
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5．地热水和天然蒸汽杂质
通常热水中合有较多的硫酸和铵、铁、铝等硫 酸盐;有时还有盐酸、硅酸、偏硼酸等。 在地热水和蒸汽中的气体成分，则有二氧化碳、 硫化氢、甲烷、氨、氮、氢、乙烷等； 在有的热水中还台有二氧化琉、盐酸气和氢氖 酸气等。 除此之外，无沦热水或蒸汽，都还常常挟带有 泥砂等固体异物。 地热水和天然蒸汽中的各种杂质，都会对地热 发电产生影响.
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2．地下热水发电
两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地 热发电系统 （1）闪蒸地热发电系统：直接利用地下热水 所产生的蒸汽进入汽轮机工作。也叫做减 压扩容法地热发电系统。 类型：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)；（图） 2）两级闪蒸地热发电系统； （图） 3）全流法地热发电系统； （图）
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4．地热田类型
(2)蒸汽田。当储水层的上方有一透水性很差 的覆盖岩层时，由于覆盖层的隔水、隔热作 用，覆盖层下面的储水层在长期受热的条件 下，就成为聚集大量具有一定压力和温度的 蒸汽和热水的热储，即构成为蒸汽田。蒸汽 田模型图. 蒸汽田还可以按井口喷出介质的状态分为干 蒸汽田和湿蒸汽田。 蒸汽田特别适合于发电，是十分有开采价值 的地热田。
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(5)岩浆型资源
岩浆型资源是指蕴藏在熔融状和半熔融状 岩浆中的巨大能量，它的温度高达600— 1500℃左右。 在一些多火山地区，这类资源可以在地表 以下较浅的地层中找到，但多数则是埋在 目前钻探还比较困难的地层中。 目前能为人类开发利用的．主要是地热蒸 汽和地热水两大类资源，人类对这两类资 源已有较多的应用；干热岩和地压两大类 资源尚处于试验阶段，开发利用少。
国际上的一般划分方法为：150℃以上为高温； 90—150 ℃为中温；如90 ℃以下为低温。 中国地热勘查国家标准(GBll615—1989)规 定，地热资源按温度分为高温、中温、低温3 级，按地热田规模分为大、中、小3类。
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课堂作业（2005-10-28）
1、地热能和地热资源的概念？ 2、根据热储的不同形式，地热资源分为哪五 类？ 3、根据地热资源的成因，我国地热资源可划 分为哪四种类型？西藏羊八井地热田属哪 类？
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形成地热资源的要素?地热资源有哪些形式?
形成地热资源有热储层、热储体盖层、热 流体通道和热源4个要素。 通常我们把地热资源根据其在地下热储中 存在的个同形式，分为蒸汽型、热水型、 地压型、干热岩型资源和岩浆型资源 等几类。
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各种地热资源的开发技术概况
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1、地热蒸汽发电
(2)凝汽式汽轮机发电系统 为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常 采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图)。 在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很 低的压力，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外 界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。
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（2）热水型资源
热水型资源是指地下热储中以水为主的对 流水热系统，它包括喷出地面时呈现的热 水以及水汽混合的湿蒸汽。 这类资源分布广、储量丰富，根据其温度 可分为高温(>150℃)、中温(90— 150℃)和低温(90 ℃以下)。
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(3)地压型资源
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(1)深循环型。一边冷水下降，一边热水上升，这就
(2)特殊热源型。数十亿年来地壳岩层一直在经历着
4．地热田类型
地热田分为热水田和蒸汽田两大类型。 (1)热水田。这种地热田开采出的介质主要是 液态水，温度在60—120℃之间，多属于 深循环型热水，但有时也可能是特殊热源型 热水。 热水田是地热田中一种较普遍的类型．既可 直接用于供暖和工农业生产，也可用于减压 扩容法地热发电系统。
2013-7-9 宋长华 4
地热从何而来?
关于地球的起源问题，目前有许多不同的假说，因此， 关于地热的来源问题，也有许多不同的解释。但是， 这些解释都一致承认，地球物质中放射性元素衰变产 生的热量是地热的主要来源。 放射性元素有铀238、铀235、针232和钾40等， 这些放射性元素的衰变是原子核能的释放过程。 放射性物质的原子核．无需外力的作用，就能自发地 放出电子、氦核和光子等高速粒子并形成射线。在地 球内部，这些粒子和射线的动能和辐射能，在同地球 物质的碰撞过程中便转变成了热能。