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1、7.3.1 7.3.1 地热发电地热发电 n 一、地热能源简介 n 二、地热发电的概念 n 三、世界地热发电的历史和现状 n 四、中国地热发电的历史和现状 n 五、地热发电系统的分类 n 六、地热发电对环境的影响 地热能源简介 n地热能是指贮存在 地球内部的可再生 热能，起源于地球 的熔融岩浆和放射 性物质的衰变，全 球地热能的储量与 资源潜量十分巨大 目前能利用的主要 有蒸汽田和热水 田。 地热发电的概念 n地热发电，实际上是用蒸汽动力发 电。 n地热发电和火力发电原理是一样的， 都是根据能量转换原理，首先把地热 能转换为机械能，再把机械能转换为 电能。这种能量转变的过程称为地热 发电。 世
2、界地热发电的历史和现状 n 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，开创了 世界地热发电的历 史。此后，新西兰、 菲律宾、美国、日本 等国家相继开始发展 地热资源 n目前世界上有110个国家 在开发利用地热能，截止 2005年发电总装机容量达 到8932MW，年生产电力 56951GWh（千兆瓦时）; 约占世界能源构成的1% ，地热资源利用以及开发 以每年12.8%的速率递增 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。 新西兰和意大利的地热电站 怀拉基地热发电基地拉德瑞罗地热发电基地 中国地热发展的历史和现状 n我国地热发电研究工作
3、起步较晚，始于 60年代末期，于1970年5月首次在广东丰 顺建成第一座设计容量为86千瓦的扩容 法地热发电实验装置，随后在西藏建成 羊八井、那曲和朗久三座地热发电站， 到1998年底，中国的地热发电装机总量 达32MW，居世界第13位。 西藏羊八井地热电站 地热发电的方式分类 n蒸汽型地热发电系统 n热水型地热发电系统 n干热岩发电系统 n全流循环式发电系统 一次蒸汽法（背压式） 二次蒸汽法（凝汽式） 减压扩容法（闪蒸系统 ） 中间工质法（双工质发 电系统） 蒸汽型地热发电 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 图1 一次蒸汽法发电示
4、意图 一次蒸汽法 n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 n 水，再利用洁净蒸汽（二 次蒸汽）发电将从第一次 汽水分离出来的高温热水 进行减压扩容生产二次蒸 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。 二次蒸汽法 图2 二次蒸汽法发电示意图 总结 一次蒸汽法是最简单的发电方式，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生 活用水。 在用二次蒸汽法时，蒸汽在汽轮机中能膨 胀到很低的压力，所以能做出更多的功。 这种系统适用于高温160的地热田的发 电，系统简单。 热水型地热发电 n减压扩容（闪蒸系统 ） n将地热
5、井口来的地热水，先送到闪蒸器中进行 降压闪蒸使其产生部分蒸汽，再引入到常规汽 轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在冷凝器内 冷凝成水。送往冷却塔，分离器中剩下的含盐 水排入环境或打入地下或引入作为第二级低压 闪蒸分离器中，用这种方法产生蒸汽来发电就 叫做闪蒸法地热发电。 图3 闪蒸系统发电示意图 中间工质法（双工质发电系统） n通过热交换器利用地下热水来加热某种沸点的工质， 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。因此，在此种发电系统中，采用两种流 体：一种是采用地热流体作为热源，它在蒸汽发生器 中被冷却后排入环境或打入地下；另一种是采用低沸 点工质流体作为一种工作介质（如氟利
6、昂、异戊烷、 异丁烷、正丁烷等），这种工质在蒸汽发生器内由于 吸收了地热水放出的热量而汽化，产生的低沸点工质 蒸汽送入汽轮机发电机组。做完功后的蒸汽，由汽轮 机排出并在冷凝器冷凝成液体，然后经循环泵打回蒸 汽发生器在循环工作。 图4 双工质发电示意图 在中间介质法发电系统中起传送和转换热能的作 用的物质称为工质，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 传热性能好，即在相同条件下放热系数较大（比热容 ） 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。 低沸点工质选择 总
7、结 n采用闪蒸法发电时，热水温度低于100时，全热力系统处 于负压状态。这种电站，设备简单，易于制造，可以采用混 合式热交换器。缺点是，设备尺寸大，容易腐蚀结垢，热效 率低。由于直接以地下热水蒸汽为工质，因而对于地下热水 的温度、矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求。 n双工质发电的优点是，利用的热效率高，设备紧凑，汽轮机 的尺寸小，适用于化学成分比较复杂的地下热水。缺点是， 不像扩容法那样可以方便的使用混合式蒸发器和冷凝器；大 部分低沸点工质传热性都比水差，采用此方式需有相当大的 金属换热面积；低沸点工质价格较高，来源欠广，有些低沸 点工质还有易燃、易爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特 性
8、首先将水通过压力泵 压入地下深处（2-4 千米），产生的蒸汽 再进行发电，热干岩 过程法不受地理限值 ，可以在任何地方进 行热能开采。而且这 种方法在发电过程中 不产生废水、废气等 污染，是未来的新能 源。 干热岩发电系统 图6 干热岩发电系统示意图 n本系统将地热井口的 全部流体，包括所有 的蒸汽、热水、不凝 气体及化学物质等， 不经处理直接送进全 流动力机械中膨胀做 功，这种形式可以充 分利用地热流体的全 部能量，大大节约了 资源，但技术上有一 定的难度，尚在攻关 。 全流地热发电系统 图5 全流系统发电示意图 n 1、空气污染。在开采地热能的过程中，所 含有的各种气体和悬浮物将排入大气中，对环 境造成影响。 n 2、化学污染。地热水的形成一般为大气降 水经过地下深循环，与周围岩石进行化学物质 交换，岩石中各种化学组分进入水体，使地热 水中含有对环境有益和有害的常量成分和放射 性成分。 地热发电对环境的影响 n 3、尾水。目前我国的地热资源大多以单一 利用为主，当热能利用后，尾水温度仍很高 。这些尾水的排放，促使局部空气和水体温 度升高，改变生态平衡，影响环境和生物生 长，造成热污染。 n 4、地面沉降。地热流体长期抽出可能导致 可以检测到的地面沉降。当地热流体抽出量 超过天然补给量时，地面沉降发生。 Thank you
