地热发电

地热发电的分类

  地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称之为地热发电地热发电原理与一般火电并无根本的区别,有所不同之处是地热电站用“天然地热锅炉”,从而代替由火电站燃烧化石燃料的化学能转变为热能的过程。作为地下锅炉热能的载热体可以是蒸汽或热水,它们的温度和压力要比火电站的高压锅炉生产的蒸汽温度和压力低得多,由于地热锅炉里的地热液体类型、温度、压力和焓的不同,地热发电方式也不一样。目前开发地热资源主要是蒸汽型和热水型两类.因此地热发电也分为两大类。
 
  1.地热蒸汽发电
 
  地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。
 
  一次蒸汽法直接利用地下的干饱和(或稍具过热度)蒸汽,或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二状蒸汽法有两种含义,一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽(一次蒸汽),而是让它通过换热器汽化洁净水,再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电。这样可以避免天然蒸汽对汽轮机的腐蚀和结垢。为了避免腐蚀以及地热流体对环境的污染。美国正在试验推广一种双循环发电系统,如用异丁烷和氟里昂涡轮机。高温地热流体用泵压入换热器蒸发异丁烷以后,直接回灌至地下;异丁烷则通过换热器、涡轮机和凝结器做密闭循环。第二种含义是,将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容产生二次蒸汽,压力仍高于当地大气压力,和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。
地热发电系统
  2.地热水发电
 
  利用地下热水发电就不像利用地热蒸汽那么方便,因为用蒸汽发电时,蒸汽本身既是载热体,又是工作流体。但地热水中的水,按常规发电方法是不能直接进入汽轮机去做功的,必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。目前对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电,有两种方法:一是减压扩容法。利用抽真空装置,使进入扩容器的地下热水减压汽化,产生低于当地大气压力的扩容蒸汽,然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功,这种系统称“闲蒸系统”。低压蒸汽的比容很大,因而使汽轮机的单机容量受到很大的限制。这种方法发电还存在结垢问题。不过减压扩容方式发电,虽然发电机组容量小,但运行过程中比较安全,所以至今我国仍保留下来两个小发电站,单机容量仅300kW。另一种是利用低沸点物质,如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质,地下热水通过换热器加热,使低沸点物质迅速气化,利用所产生气体进入发电机做功,做功后的工质从汽轮机排入凝汽器,并在其中经冷却系统降温,又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”,这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统。这种发电方式安全性较差,如果发电系统的闭封稍有泄漏,工质逸出后很容易发生事故。我国在20世纪70年代建造的这一类型的小试验电站由于这一原因均相继停产。
地热发电原理
  20世纪90年代中期,以色列奥玛特(Ormat)公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一,设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系,该机组已在世界一些国家安装运行,效果很好。
 
  这种联合循环地热发电系统的最大优点是,可以适用于大于150℃的高温地热流体(包括热卤水)发电,经过一次发电后的流体,在并不低于120℃的工况下,再进入双工质发电系统,进行二次做功,这就充分利用了地热流体的热能,既提高发电的效率,又能将以往经过一次发电后的排放尾水进行再利用,大大地节约了资源。从生产井到发电最后回灌热储,整个过程是在全封闭系统中运行的。因此,即使是矿化度甚高的热卤水也照常可用来发电,不存在对生态环境的污染。同时由于是封闭系统,所以电厂厂房上空也见不到团团白色汽雾的笼罩,也闻不到刺鼻的硫化氢气味,是百分之百环保型地热电站。由于发电后的流体全部回灌热储层,无疑又起到节约资源延长热田寿命的作用,达到可持续利用之目的,所以它又属节能型地热电站。彩图13为新西兰罗托鲁瓦装机27MW地热电站,由于地热流体100%回灌,所以电站厂房上空呈现的不是白色蒸汽,而是蓝天白云。
地热