论文部分内容阅读
摘 要 文章主要介绍了地热资源及其分类，地热发电的原理，并对发展地热发电中需要解决的关键问题进行了简要的分析，最后对我国地热发电的发展前景做了一下展望。
关键词 地热资源；类别；发电原理；关键问题；发展前景
中图分类号 TM619 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0160-01
随着人类对资源的过度开采，煤，石油等化石能源在几十年或一百多年后将被消耗殆尽；另一方面，这些能源的燃烧所造成的环境污染也日益凸显，严重威胁着人类社会的可持续发展。因此，开发可再生新能源已成为当前社会不容忽视的必由之路。我国地处欧亚板块，有着丰富的地热资源，太平洋地热带和地中海——喜马拉雅地热带经过我国版图。因此，开发地热能对解决我国能源短缺有着重大意义，具有美好的发展前景。
1地热资源及其分类
地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳中科学、合理的开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组成。地热能是通过漫长的地质作用而形成的集热、矿、水为一体的矿产资源。地热资源按它在地下的储存形式可分为五大类：蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。
1）蒸汽型地热资源：指以温度较高的蒸汽为主的地下对流水热系统，这类地热资源由于需要特殊的地质条件才能形成，因此储量较少。一般蕴藏在1.5 km左右的地表深度。
2）热水型地热资源：指地下以水为主的对流水热系统，是存在于地热区的水从周围储热岩体中获得能量形成的，包括喷出地面的热水和湿蒸汽。这类资源分布广泛，储量丰富，是当前重点研究对象。
3）地压型地热资源：蕴藏深度为2km~3 km，以高压水形式存在，溶解大量碳氢化合物，开发时可同时得到压力能，热能，化学能。
4）干热岩型地热资源：在地壳深处，岩石具有很高的温度，储存大量得热能，干热岩型地热资源主要指地表下10km左右深处的干燥无水的热岩石。这类资源十分丰富，是未来开发的重点。
5）岩浆型地热资源：指蕴藏在地层深处的呈完全熔融状态或半熔融状态的岩浆中所具有的巨大能量。
2地热发电的原理及技术
地热发电首先将地下热能转变为机械能，再将机械能转换为电能，其基本原理与火力发电相似，都是用高温高压的蒸汽驱动汽轮机，然后带动发电机发电。地热发电可分为地热蒸汽、地下热水、两相全流法、联合循环和地下热岩五种发电方式，以下主要对地热蒸汽和地下热水两种方式进行简单介绍。
2.1地热蒸汽发电
1）背压式汽轮机发电。背压式汽轮机发电系统是所有地热发电系统中最简单、技术成熟、投资最低的发电系统，由净化分离器和汽轮机组成。这种发电形式多用于电站规模较小的电站，其工作原理是：将地热井口出来的蒸汽引入净化分离器加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后使蒸汽推动汽轮发电机组发电，做功后的蒸汽可直接排入大气，也可用于工业生产中的加热工程。这种系统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。
2）凝汽式汽轮机发电。为了提高地热电站的机组输出功率和发电效率，目前电站普遍采用凝汽式汽轮机发电系统。这种系统由于蒸汽在汽轮机中能够膨胀到河底的压力，因而能做更多的功。做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，并在其中冷却，凝结成水，然后排出。该系统适用于高温（160℃以上）地熱田的发电，系统简单。
2.2地下热水发电
1）闪蒸地热发电。闪蒸地热发电也称减压扩容法发电，其基本工作原理是：将地热井口来的地热水，经过除气器或汽水分离器后，送至闪蒸器中进行降压闪蒸（或称扩容），使其产生部分蒸汽。由于容器中的压力低于该温度下的饱和压力，热水会迅速汽化成蒸汽，故称为“闪蒸”。闪蒸出来的蒸汽即可推动汽轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水，送往冷却塔，或引入作为第二级低压闪蒸分离器中，分离出低压蒸汽引入汽轮机的中部某一级膨胀做功。
2）中间介质法地热发电。中间介质法地热发电又称双循环地热发电，主要用于中低温地热资源，其工作过程为：从地热井出来的热水进入换热器，将热量传给低沸点介质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动气轮机，并带动发电机发电。放热后温度较低的地热水排入回灌井或作其他应用。这种系统的特点是地热水不与发电系统直接接触，而是将热量传给低沸点介质，故其热效率较高，可利用额度较低的地热资源，并且易于适应化学成分比较复杂的地下热水。缺点是增加了投资和运行的复杂性。
3发展地热发电需要解决的关键问题
3.1地热田的回灌
地热水中含有大量的有毒矿物质，地热发电后排出的热水如果直接排入环境中，会对环境产生恶劣影响。另外，如果不回灌，还会引起地面下沉，影响地下结构的稳定性。地热回灌是把利用过的地热流体或其他水源通过地热回灌井重新注回热储层段的方法。回灌可以很好解决地热废水问题，还可以改善或恢复热储的产热能力，保持热储的流体压力，维持地热田的开采条件。
3.2地热田的腐蚀
地热流体中含有许多化学物质，其中氧、氯等元素具有很强的腐蚀性，再加上流体的温度、流速、压力等因素的影响，会对各金属表面产生不同程度的腐蚀，直接影响设备的使用寿命。因此需采用一些防腐措施：例如利用非金属材料解决腐蚀问题；对主要腐蚀部件的金属表面涂敷防腐涂料；采取相应的密封措施，防止空气中的氧进入系统；对含氯的地热水可采用前置换热器等。
3.3地热田的结垢
地热水资源中矿物质含量比较高，在抽到地面做功的过程中，矿物质会从水中析出产生沉淀结垢，主要包括氧化铁、碳酸钙、硫酸盐等。水垢的传热性能差，管道结垢后大大降低换热器的传热性能，使得地热能利用率下降，另外，结垢使水的流动阻力增加，增大了流体输送的能耗。可采用HCl和HF等溶解水垢，为了防止酸液对管材的腐蚀必须加入缓蚀剂；也可选择合适的材料涂衬在管壁内，防止管壁上的结垢。
4我国地热发电的前景
相对于经济的快速发展和庞大的人口基数，我国的煤、石油的化石能源十分贫乏，中国火力发电事业虽有大的发展和装机容量，但并不是发电事业的方向；水力发电成本高，季节性强，且目前世界缺水，中国缺水这一事实也不断加剧。而地热资源能量丰富，地热发电不耗燃料，技术相对成熟，有着美好的发展前景，接下来应加大对地热发电的设备优化的研究，很好的解决结垢、回灌、腐蚀等问题，提高地热发电的热利用率，为我国的发电事业增添新的活力。
参考文献
[1]姚兴佳,刘国喜,等.可再生能源及其发电技术[M].北京:科学出版社,2010.
[2]尹忠东,朱永强.可再生能源发电技术[M].北京:中国水利水电出版社,2010.
[3]高学伟,李楠,等.地热发电技术的发展现状[J].电力勘测设计,2008,3:59-62,80.
作者简介
王建波（1992—），男，河南开封人，华北电力大学本科生，研究方向：电气工程及其自动化。
关键词 地热资源；类别；发电原理；关键问题；发展前景
中图分类号 TM619 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0160-01
随着人类对资源的过度开采，煤，石油等化石能源在几十年或一百多年后将被消耗殆尽；另一方面，这些能源的燃烧所造成的环境污染也日益凸显，严重威胁着人类社会的可持续发展。因此，开发可再生新能源已成为当前社会不容忽视的必由之路。我国地处欧亚板块，有着丰富的地热资源，太平洋地热带和地中海——喜马拉雅地热带经过我国版图。因此，开发地热能对解决我国能源短缺有着重大意义，具有美好的发展前景。
1地热资源及其分类
地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳中科学、合理的开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组成。地热能是通过漫长的地质作用而形成的集热、矿、水为一体的矿产资源。地热资源按它在地下的储存形式可分为五大类：蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。
1）蒸汽型地热资源：指以温度较高的蒸汽为主的地下对流水热系统，这类地热资源由于需要特殊的地质条件才能形成，因此储量较少。一般蕴藏在1.5 km左右的地表深度。
2）热水型地热资源：指地下以水为主的对流水热系统，是存在于地热区的水从周围储热岩体中获得能量形成的，包括喷出地面的热水和湿蒸汽。这类资源分布广泛，储量丰富，是当前重点研究对象。
3）地压型地热资源：蕴藏深度为2km~3 km，以高压水形式存在，溶解大量碳氢化合物，开发时可同时得到压力能，热能，化学能。
4）干热岩型地热资源：在地壳深处，岩石具有很高的温度，储存大量得热能，干热岩型地热资源主要指地表下10km左右深处的干燥无水的热岩石。这类资源十分丰富，是未来开发的重点。
5）岩浆型地热资源：指蕴藏在地层深处的呈完全熔融状态或半熔融状态的岩浆中所具有的巨大能量。
2地热发电的原理及技术
地热发电首先将地下热能转变为机械能，再将机械能转换为电能，其基本原理与火力发电相似，都是用高温高压的蒸汽驱动汽轮机，然后带动发电机发电。地热发电可分为地热蒸汽、地下热水、两相全流法、联合循环和地下热岩五种发电方式，以下主要对地热蒸汽和地下热水两种方式进行简单介绍。
2.1地热蒸汽发电
1）背压式汽轮机发电。背压式汽轮机发电系统是所有地热发电系统中最简单、技术成熟、投资最低的发电系统，由净化分离器和汽轮机组成。这种发电形式多用于电站规模较小的电站，其工作原理是：将地热井口出来的蒸汽引入净化分离器加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后使蒸汽推动汽轮发电机组发电，做功后的蒸汽可直接排入大气，也可用于工业生产中的加热工程。这种系统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。
2）凝汽式汽轮机发电。为了提高地热电站的机组输出功率和发电效率，目前电站普遍采用凝汽式汽轮机发电系统。这种系统由于蒸汽在汽轮机中能够膨胀到河底的压力，因而能做更多的功。做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，并在其中冷却，凝结成水，然后排出。该系统适用于高温（160℃以上）地熱田的发电，系统简单。
2.2地下热水发电
1）闪蒸地热发电。闪蒸地热发电也称减压扩容法发电，其基本工作原理是：将地热井口来的地热水，经过除气器或汽水分离器后，送至闪蒸器中进行降压闪蒸（或称扩容），使其产生部分蒸汽。由于容器中的压力低于该温度下的饱和压力，热水会迅速汽化成蒸汽，故称为“闪蒸”。闪蒸出来的蒸汽即可推动汽轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水，送往冷却塔，或引入作为第二级低压闪蒸分离器中，分离出低压蒸汽引入汽轮机的中部某一级膨胀做功。
2）中间介质法地热发电。中间介质法地热发电又称双循环地热发电，主要用于中低温地热资源，其工作过程为：从地热井出来的热水进入换热器，将热量传给低沸点介质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动气轮机，并带动发电机发电。放热后温度较低的地热水排入回灌井或作其他应用。这种系统的特点是地热水不与发电系统直接接触，而是将热量传给低沸点介质，故其热效率较高，可利用额度较低的地热资源，并且易于适应化学成分比较复杂的地下热水。缺点是增加了投资和运行的复杂性。
3发展地热发电需要解决的关键问题
3.1地热田的回灌
地热水中含有大量的有毒矿物质，地热发电后排出的热水如果直接排入环境中，会对环境产生恶劣影响。另外，如果不回灌，还会引起地面下沉，影响地下结构的稳定性。地热回灌是把利用过的地热流体或其他水源通过地热回灌井重新注回热储层段的方法。回灌可以很好解决地热废水问题，还可以改善或恢复热储的产热能力，保持热储的流体压力，维持地热田的开采条件。
3.2地热田的腐蚀
地热流体中含有许多化学物质，其中氧、氯等元素具有很强的腐蚀性，再加上流体的温度、流速、压力等因素的影响，会对各金属表面产生不同程度的腐蚀，直接影响设备的使用寿命。因此需采用一些防腐措施：例如利用非金属材料解决腐蚀问题；对主要腐蚀部件的金属表面涂敷防腐涂料；采取相应的密封措施，防止空气中的氧进入系统；对含氯的地热水可采用前置换热器等。
3.3地热田的结垢
地热水资源中矿物质含量比较高，在抽到地面做功的过程中，矿物质会从水中析出产生沉淀结垢，主要包括氧化铁、碳酸钙、硫酸盐等。水垢的传热性能差，管道结垢后大大降低换热器的传热性能，使得地热能利用率下降，另外，结垢使水的流动阻力增加，增大了流体输送的能耗。可采用HCl和HF等溶解水垢，为了防止酸液对管材的腐蚀必须加入缓蚀剂；也可选择合适的材料涂衬在管壁内，防止管壁上的结垢。
4我国地热发电的前景
相对于经济的快速发展和庞大的人口基数，我国的煤、石油的化石能源十分贫乏，中国火力发电事业虽有大的发展和装机容量，但并不是发电事业的方向；水力发电成本高，季节性强，且目前世界缺水，中国缺水这一事实也不断加剧。而地热资源能量丰富，地热发电不耗燃料，技术相对成熟，有着美好的发展前景，接下来应加大对地热发电的设备优化的研究，很好的解决结垢、回灌、腐蚀等问题，提高地热发电的热利用率，为我国的发电事业增添新的活力。
参考文献
[1]姚兴佳,刘国喜,等.可再生能源及其发电技术[M].北京:科学出版社,2010.
[2]尹忠东,朱永强.可再生能源发电技术[M].北京:中国水利水电出版社,2010.
[3]高学伟,李楠,等.地热发电技术的发展现状[J].电力勘测设计,2008,3:59-62,80.
作者简介
王建波（1992—），男，河南开封人，华北电力大学本科生，研究方向：电气工程及其自动化。