地热发电

null第五章 地热发电 第五章 地热发电 5.1 地热能概述 5.1 地热能概述 5.1.1 地热能基本概念 1．地球内部构造及温度变化图5-1 地球构造示意图我们居住的地球实际上是一个庞大的热球我们居住的地球实际上是一个庞大的热球据估计，全世界地热资源的总量，大约为1.45×1026J，相当于4.948×1015t煤燃烧时所放出的热量。 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。null在地壳中，地热的分布可分为3个带，即可变温度带、常温带和增温带。 可变温度带由于受太阳辐射的影响，其温度有着昼夜、年份、世纪、甚至更长的周期性变化，其厚度一般为15～20m； 常温带，其温度变化幅度几乎等于0，深度一般为20～30m； 增温带在常温带以下，它的温度随深度增加而升高，其热量的主要来源是地球内部的热能。地温梯度地温梯度地球每一层次的温度状况是迥然不同的。在地壳的常温带以下，地热温度随深度增加而不断升高，越深越热。这种沿地下等温面的法线向地球中心方向上单位距离内温度增加的数值，叫地温梯度，也叫做地热增温率，其单位通常采用℃/km。 地球各层次的地热增温率差别是很大的：地至15km深处，地热增温率平均为2～3℃/km；15～25km深处，地热增温率降为平均1.5℃/km；再往下，则只有0.8℃/km。 根据各种资料推断，地壳底部至地幔上部的温度大约为1100～1300℃，地核的温度大约在2000～5000℃之间。假如按照正常的地热增温率来推算，80℃的地下热水，大致是埋藏在2000～2500m左右的地下。2．地热资源2．地热资源地热资源是指地壳表层以下，到地下3000～5000米的深度以内，聚集15℃以上的岩石和热流体所含总热量。 地热资源有以下四种类型：水热型、干热岩型、地压型和岩浆型，而以水热型最为常见。 水热型又分为蒸汽型和热水型两种。蒸汽型又可分为干蒸汽（以蒸汽为主的）和湿蒸汽（有的学者把干度小的湿蒸汽划入热水型中）两类。 null 地热资源分类 按温度分级： 高、中、低 按地热田规模： 大、中、小1．我国地热资源的基本情况1．我国地热资源的基本情况 全国主要沉积盆地储存的地热能量为73.61×1020J，相当标准煤2500亿吨。全国地热水可开采资源量为每年68亿m3，所含热量为963×1015J，折合每年3284万吨标准煤的发热量。 其中：对流型山区地热水可开采资源量为每年19亿m3，热能量为335×1015J/a，折合每年1142万吨标准煤的发热量。以消耗储存资源量为主，传导型平原区地热水近期可开采量为每年49亿m3，热能量为：628×1015J/a，折合每年2142万吨标准煤的发热量。山区和平原区地热水可开采水量分别占总量的28%和72%，山区和平原区可开采热量分别占全国地热能可利用量的35%和65%。5.1.2 我国的地热资源 1．我国地热资源的开发前景1．我国地热资源的开发前景我国年利用地热能约4.45亿立方米，居世界第一位，而且每年以近10％的速度增长。 全国地热发电装机容量88％集中在西藏。其中，羊八井地热电站已稳定运行了近30年。 滇藏地热带的发电潜力为5817.65MW。 截至2006年年底，我国除青海、云南、贵州等少数省区外，其他省区都在不同程度地推广地源热泵技术。目前，全国已安装地源热泵系统的建筑面积超过3000万平方米。据不完全统计，我国地源热泵市场年销售额已超过亿元，并以每年20％的速度增长。5.2 地热资源的直接利用 5.2 地热资源的直接利用 地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下： （1）200～400℃ 直接发电及综合利用； （2）150～200℃ 双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工； （3）100～150℃ 双循环发电、供暖，制冷、工业干燥、脱水加工、回收盐类、罐头食品； （4）50～100℃ 供暖、温室、家庭用热水、工业干燥； （5）20～50℃ 沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工。5.2.1 地源热泵 5.2.1 地源热泵 地下水源热泵系统是一种新兴的浅层地热能利用技术，最早源于欧美等发达国家，它的历史可以追溯到1912年。我国浅层地温能的开发利用起步较晚，20世纪90年代开始推广和研究地源热泵系统浅层地热能的开发利用技术。 2001年，国家建设部在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中专门作了推荐。 从2006年开始，国家分别将三个城市作为地源热泵试点城市，分别是北京、天津、沈阳，大力发展地源热泵。 国家努力引导发展地源热泵，国家的一些政府部门的建筑、学校、医院等都进行了地源热泵改造。2．地源热泵的定义及工作原理2．地源热泵的定义及工作原理地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。 地源热泵系统主要由四部分组成：浅层地能采集系统、水源热泵机组、室内采暖空调系统和控制系统。所谓浅层地能采集系统是指通过水或防冻液的水溶液将岩土体或地下水、地表水中的热量采集出来并输送给水源热泵系统。室内采暖空调系统主要有风机盘管系统、地板辐射采暖系统、水环热泵空调系统等。 图5-3 地源热泵工作原理图3．地源热泵的类型3．地源热泵的类型根据利用地热源的种类和方式不同，可以分为以下3类：土壤源热泵或称土壤耦合热泵、地下水热泵、地表水热泵。4．地源热泵的优越性4．地源热泵的优越性（1）节能、高效性 地源热泵系统在提供100单位能量时，70%的能量来源于土壤，30%的能量来自电力，电能的消耗主要用于压缩机的做功和使空调系统运行，即将土壤中的热量“搬运”至室内。它要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量；由于土壤的温度全年较为稳定，一般为10℃～20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5～4.7，与传统的空气源热泵相比，能效要高出40%以上。 （2）环保无污染 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施，节能减排效果会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏几率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内。4．地源热泵的优越性4．地源热泵的优越性（3）属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400m深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式。 （4）低运行费用 地源热泵系统的高效节能特点，决定了它的运行费用低，比其它各种采暖和制冷设备节能30%～70%；使用寿命50年以上，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。 （5）应用灵活、安全可靠、用途广泛 灵活性强，可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期，热泵机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。从严寒地区至热带地区均适用。可为各类建筑物提供冷暖两用空调系统，同时提供生活热水。5.2 地热发电技术及应用 5.2 地热发电技术及应用 地热发电是利用地下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。 地热发电和火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不像火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能，地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。 地热发电示意图 1-地热蒸汽；2-地热蒸汽井； 3-汽轮机；4-发电机 null冰岛的奈斯亚威里尔地热发电站5.2.1 地热蒸汽发电 5.2.1 地热蒸汽发电 1．地热干蒸汽发电 （1）背压式汽轮机发电系统背压式汽轮机地热蒸汽发电系统 1-蒸汽井；2-净化分离器； 3-干蒸汽；4-汽轮发电机组；5-排气1．地热干蒸汽发电1．地热干蒸汽发电（2）凝汽式汽轮机发电系统凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统 1-干蒸汽；2-净化分离器；3-汽轮发电机组；4-气压式凝汽器；5-一级抽气器；6-二级抽气器；7-中间冷却器；8-排气；9-最后冷却器；10-冷却水泵；11-冷却水；12-循环水泵；13-蒸汽井2．地热湿蒸汽发电2．地热湿蒸汽发电（1）单级闪蒸地热湿蒸汽发电系统单级闪蒸地热湿蒸汽发电系统简图2．地热湿蒸汽发电2．地热湿蒸汽发电（2）两级闪蒸地热湿蒸汽发电系统两级闪蒸地热湿蒸汽发电系统简图5.2.2 地热水发电 5.2.2 地热水发电 2．双循环地热发电系统2．双循环地热发电系统双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。 这是20世纪60年代以来在国际上兴起的一种地热发电新技术。这种发电方式，不是直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机做功，而是通过热交换器利用地下热水来加热某种低沸点的工质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动汽轮机，并带动发电机发电；汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，使工质再回到蒸发器重新受热，循环使用。 在这种发电系统中，低沸点介质常采用两种流体：一种是采用地热流体作热源；另一种是采用低沸点工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热能转变为机械能。 常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟利昂-11、氟利昂-12等。null常用低沸点工质的沸点与压力之间关系5.2.3 干热岩地热发电 5.2.3 干热岩地热发电 干热岩（Hot-Dry-Rock，简称HDR），是由地球深处的辐射或固化岩浆的作用，在地壳中蕴藏的一种不存在水或蒸汽的高温岩体，地球上的干热岩资源占已探明地热资源的30%左右，其中距地表4～6 km岩体温度为200℃的热干岩具有较高的开采和利用价值。null干热岩地热发电的流程为：注水井将低温水输入热储水库中，经过高温岩体加热后，在临界状态下以高温水、汽的形式通过生产井回收发电。发电后将冷却水排至注入井中，重新循环，反复利用。在此闭合回流系统中不排放废水、废物、废气，对环境没有影响。 干热岩地热发电系统null西藏羊八井地热发电厂null1998年 全世界地热发电装机容量为8293MW 美国：2850MW，居世界第1位 美国加州的吉赛斯地热电站，是目前世界上最大的地 热电站总装机容量达1918MW。 菲律宾：1848MW，居第2位 意大利：769MW，居第3位 墨西哥：743MW，居第4位 印度尼西亚：590MW，居第5位 目前，中国，29MW ，仍多用于地热采暖