中低温地热双循环发电技术的研究进展

  国内研究进展

 

  我国开展地热双循环发电研究在时间上大致分为三个阶段。 第一阶段为70年代初至80年代中期。此阶段中，在全国各地陆续建成地热双循环发电实验性机组多台，对地热双循环发电做出了初步尝试，但由于地热资源（水温偏低）的限制或是技术上的不完善，这些电站陆续停产或是拆除。  第二阶段为80年代中期至90年代中期。此阶段，没有进行自主技术的地热双循环实验性电站的建立。1993年西藏地区所建成的双循环地热电站（联合国开发计划署援助项目），使用机组为以色列ORMAT公司产品，装机容量为1MW， 井口温度为110°C 。此外，台湾土场地区在1983年建成双循环地热电站一座，井口温度为173°C，装机容量0.3MW。

 

  1983年，卡林纳循环首次公开，地热双循环发电技术有了突破。全国有地热研究基础的高校和研究机构，陆续对卡林纳循环进行了初步研究，对其在1991年建造的实验电站运行参数进行了分析。吕灿仁等对卡林纳循环进行了热力学分析，通过“P”准则分析了卡林纳循环相较朗肯循环效率较高的原因，强调其工质与热源匹配性上的优势；薄涵亮等提出了卡林纳循环所应用到的氨水混合物热力性质的高精度计算方法，在此基础上通过分析和计算得出结论：特定工况下，卡林纳循环存在最佳透平背压和最佳氨水混合物配比。

 

  第三阶段为90年代中期至今。自93年至03年10年间，我国没有新建地热电站，地热研究普遍集中于高温地热资源，中低温地热发电技术研究处于摸索阶段。杨嘉祥等人进行了可适用于地热源的低温余热发电小型设备实物化，刘齐寿、郑丹星和金红光等研究人员陆续提出一些以氨水混合物为工质、基于卡林纳循环的复合循环，并对这些循环进行了模拟计算和分析，结果显示此类循环普遍拥有较好的应用前景。

 

  国外研究进展

 

  1967年，前苏联在帕拉唐卡（Paratunka）建立了世界上第一座地热双循环电站，装机容量500kW，使用有机工质。目前该电站还在扩容，随着四号机的完善，总装机容量将达到18MW[14]。美国自70年代开始，在双循环发电技术实用领域一直领先，陆续在加州和爱德华州等地建成多个地热双循环发电站，装机容量从10kW至1500kW，再至10MW，至80年代仍不断扩大。近几年，美国除夏威夷地区新建双循环地热发电机组外，并无相关报道。  90年代以前，双循环发电技术主要应用有机朗肯循环（ORC）。代表性企业为始建于1965年的奥马特（ORMAT）公司，其机组主要对应低温热源（工业余热等），可以利用90°C左右载热体进行发电。自80年代中期，卡林纳循环也被引入地热双工质发电系统之中。1991年，该循环发明人Dr.AlexKalina的Exergy公司在美国能源部（D.O.E）的支持下，在加州CanogaPark建造了3MW的试验电站，并进行了现场运行测试。其后，意大利Ansaldo能源公司获得授权，将卡林纳循环技术商业化应用于地热电站。目前，唯一所知的应用卡林纳循环技术的商业地热发电站为冰岛Húsavík电站。

 

  截至2005年，全球双循环地热发电总装机容量已达685MW，占全球地热发电总装机容量的8%，共有机组192台，占全球机组总数（469台）的41%，有越来越多的国家加入地热双循环发电研究的队伍中来。