地热发电技术

三、地热发电系统设计与建设 1. 地热发电设备 （1）汽轮发电机 （2）机组容量选择 （3）汽轮机进口初压 （4）凝汽器 （5）抽气器

2. 冷却水源及冷却水塔选择 地热电站的冷却水供应方案，应因地制宜 按地热区的具体条件确定。在地表冷却水源 充足的地区，可直接采用一次使用的开关供 水冷却系统；在冷却水源不足的地区，则可 采用带有冷却水塔或喷水池的循环供水冷却 系统。 冷却水塔可按常规设计，但应考虑防腐 蚀问题。应采用抗腐蚀的材料制造所有被循 环水润湿的金属部件，对于铸铁件，应涂上 一层厚的煤焦油、环氧树脂或其他保护材料。 凝结水和冷却水所有的连接管，都应采用不 锈钢管、铝管或塑料管。
热储状态 开发技术状况 资源量估计(quad*1000) 已查明 200~240° C干蒸汽 开发良好（分布 区很少） （含少量其他气体）
以水为主，高温级>150° C 中温级90~150° C 低温级50~90° C 深层沉积地压水，溶解 大量碳氢化合物，可同 时得到压力能、热能、 化学能，温度>150° C
1904年，意大利在拉德瑞罗地热站的往复式蒸 汽机上试用地热蒸汽发电，1913年又在拉德瑞罗 地热电站的250kw汽轮发电机组正式发点运行， 开创了世界地热发电的历史。此后，新西兰、菲 律宾、美国、日本等国家相继开发地热资源，各 种类型的地热电站不断出现。据统计，全世界地 热发电装机总量：1980年为1960MW，1985年为 2698MW，1990年为5832MW，1995年为 7231MW，到2005年达到8912MW，其中美国地 热发电装机容量居世界首位，菲律宾第二位，墨 西哥居第三位。
9. 地热电站对环境的影响 地热能开发利用对环境的有害影响很小。 大 型地热电站的二氧化硫和二氧化碳排放量只有 燃煤火电站的百分之几，基本上不产生氮氧化 物，而且采用回灌技术可以避免土壤和地面水 体遭受污染。 10. 地热电站运行 （1）启动和停机 （2）运行中应注意事项：背压的异常变化；最 佳蒸发工况；系统的密封性；腐蚀和结垢。
第一节 地热能基本知识
一、地热资源的形成和分布
所谓地热能，就是来自地下的热能，即 地球内部的热能。 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 储中存在的不同形式，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。
表1
各类地热资源开发技术概况
（1）化学方法处理
（2）在地热利用系统前增加阀门 （3）物理方法除垢 （4）根据热力学原理计算和控制井口压力
7. 地热电站回灌技术 地热田的大量开采，必将造成热储寿命缩短，地下水 位下降，并导致地面沉降。如果把地热发电的地热弃 水回灌地下，就可大大减轻这些弊端，并减轻地热弃 水对于环境的污染。回灌井的平面布置，有混杂排列 和便对边排列两种。 8. 地热电站尾水综合利用 地热电站发电后排出的尾水，温度一般都在60~70摄 氏度左右或更高，适合雨农业生产及生活利用，或从 中提取有用的化学元素等。应根据具体情况，对地热 电站排出的尾水进行综合利用。不仅要利用地热资源 的热能，还应把地下热水作为宝贵的矿产资源和水资 源加以利用，使其发挥更大的经济效益。
3. 地热流体输送
设计地热流体输送系统，要事先了解地热流体的 化学性质、井口压力变化对流量和气水比的影响以及 闭井时的最大井口压力等。设计时要考虑的主要问题 之一，是管径的选择，以使井口到管道交付端之间的 压降不致过大，避免过大的压降使井口产量降低。在 输送蒸汽的井口，还应装设汽水分离器。输送沸水或 接近沸点的热水时，须保证管道中各点的压力都要高 于对应于沸点的压力，以免热水沸腾。在设计中还应 对管道停运时的腐蚀控制问题加以考虑。
第二节 地热发电原理和技术
一、地热发电原理与分类 地热能的利用目 前有直接利用和发电 利用两大途径。地热 能的发电利用主要适 合于地热井出口参数 较高的地热田，特别 是蒸汽田。对于中、 低温的地热资源，以 直接利用为主要的利 用方式。
汽轮机 发电机 地热蒸汽
地热蒸汽井
图1 地热发电示意图
1. 地热的发电利用 （1）地热能直接发电。例如利用 干蒸汽直接发电的汽轮机组（如图2 所示） （2）闪蒸（扩容）发电方式 （3）双循环低热发电系统
三、中国地热资源 1. 高温地热资源 2. 中、低温地热资源 （1）现(近)代火山型 （2）岩浆型 （3）断裂型 （4）断陷、凹陷盆地型
第四节 中国地热发电
一、中国地热发电现状
中国是研究和开发利用地热资源最早的国 家之一。近50年来，国家对地热能的开发利 用十分重视，先后组织了地热资源的普查和 勘探；建立了研究机构，充实了研究力量； 制订了规划，组织了科技攻关；积极开展了 对地热能的开发利用；组织安排了试验示范； 召开了学术会议，开展了国际合作与交流。 到1998年底，中国的地热发电装机总量达 32MW，居世界第13位；中国的地热直接利用 设备总功率2443MW，居世界前列。
我国的地热发电事业从20世纪60年代末期至70年 代，由国家科委支持，全国各地区均开发地热用于发 电，并根据国外技术进行地热发电技术的研究。1977 年，西藏羊八井国内容量最大、参数最高的第一台 1000KW试验地热发电机组发电。20世纪80年代，西藏 阿里地区建成了1台地热发电机组，为国内设计生产的 两级扩容机组。80年代末期至90年代初期，在西藏的 那曲地区又安装了1台1000kw双工质循环地热机组。 作为一种电源方式，地热发电技术是值得研究和投 入的，从目前我国的情况看，地热发电对于局部地区 的电源补充很有意义。
图2
利用干蒸汽直接发电的汽轮机组
高压蒸汽
汽轮机
低压蒸汽
பைடு நூலகம்
风扇
分离器 冷却塔
泵 蒸汽器
冷却水泵
回灌井
2. 地热能的直接利用 地热能直接利用的需要的设备有： （1）地热水生产设备，包括地热井和泵 （2）地热利用的机械设备，包括管道、换热器、 控制系统等。 （3）地热水处理系统，通常为回灌设备或储水 池，不采用回灌时，需要考虑低热谁的污染物排 放问题。
• 传热性能好，即在相同条件下放热系数较大 • 压力水平适中，即在地下热水温度下相应的饱和压力不高 • 来源丰富，价格较低 • 化学性质稳定，不易分解，腐蚀性和毒性小，不易燃易爆。
5. 地热电站防腐蚀 在地热流体中含有多种能导致金属及其他物质 腐蚀的成为，对金属表面及其他物质会产生不同程 度的腐蚀，直接影响地热电站设施的使用寿命，因 而也影响地热发电的经济性，应高度重视地热电站 防腐蚀问题。 地热流体腐蚀的主要物质有氧、氢离子、氯离 子、硫化氢、二氧化碳、氨和硫酸盐等。
第三节 地热资源
一、概述 定义：地热资源是开发利用地热能的物质基础。地 热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，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。
类型：通常把地热资源按照其在地下热储中存在的 不同形式，分为蒸汽型地热资源、热水型地热资源、 干热岩型地热资源和岩浆型地热资源等5类。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，统称为水热型地热资源。
4. 低沸点工质选择
在中间介质法地热发电系统中，是由蒸汽或低沸点工质 蒸汽向地下水吸热、对汽轮机做功、向冷却水放热等过程实 现热能转换的。水和低沸点物质在设备系统中起着传送和转 换热能的作用，通常把这些物质成为工质。 选择工质时应考虑以下基本要求：
• 发电性能好，即在相同条件下每吨热水的实际发电量较大
二、地热发电资源勘探和开采 1. 地热勘探 勘探内容有：①载热流体的类型，如蒸汽、 热水或汽水混合物等；②地热田的热力参数， 如地热田的热储量、地热水和冷水的稳定流 量、温度及其昼夜、季节、年度变化数据等； ③地热水输出计算参数；④地热发电防腐蚀 有关数据，如地热水的化学成分、气体成分 和含量等；⑤地热发电工程施工的有关数据。
二、 中国地热发电未来 关于中国地热发电未来的初步构想为： （1）在国家电网和区域电网达不到的西藏高原、滇西和 川西地区，矿物燃料短缺，而高温地热资源丰富，应优 先开发地热资源，实行建设地热电站与建设小水电站并 重的方针，从根本上解决这些地区的电力供应问题。 （2）近期目标是对羊八井地热电站现有地热发电设备进 行完善优化，达到稳发25MW；中期目标是使高温地热 发电装机容量发展15~25MW，累计装机容量达到 40~50MW；远期目标是，发展高温地热发电装机 25~50MW，累计装机达到60~100MW。主要是勘探开 发藏滇高温地热200~250摄氏度以上深度热储，力争单 井地热发电潜力达到10MW，单机发电装机容量达到 10MW以上。
蕴藏深度 热储类型 (地表下， km) 蒸汽型 3
待查明
0.1 3
热水型 地压型 干热岩型 岩浆型
3
开发中（量大， 面广），为当前 重点研究对象 初级热储试验
10
3~10
44
132
3~10 10
干热岩体 150~650° C 600~1500° C
应用基础研究 研究题目
48 52
150 150
二、地热能的发电利用状况
二、世界地热资源
全世界地热资源总储量，据初步估算，约为1.45* 10 15 J，相当于4.948*10 t标准煤，数量十分巨大。
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在各大板块的皎洁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. 环太平洋地热带 2. 大西洋洋中瘠型地热带 3. 红海——亚丁湾——东非裂谷型地热带 4. 地中海——喜马拉雅缝合线型地热带
地热电站的设计应包括防腐蚀工程设计，所选 择的防腐蚀措施，既要简便可行、使用寿命长、又 要成本较低、经济性好。
6. 地热电站防结垢
结垢是地热发电系统中常遇到的问题。垢由多 种化合物混合组成，按化学成分分，可将垢分为 碳酸垢、硫酸钙垢、硅酸盐垢和氧化铁垢等种类， 其物质指标是硬度和孔隙度。
防结垢的方法很多，最常见的除机械除垢外，主 要还有以下几种：
地下热水形成：一般可分为深循环型和特殊热源型两种 形成类型。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。 地热田类型：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， 既可直接用于供暖和工农业生产，也可用于减压扩充法 地热发电系统。 （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。