地熱乾蒸汽發電

乾蒸汽就是從地下噴出的無熱水的純蒸汽。地熱乾蒸汽發電就是直接將蒸汽從井中傳輸到發電機組進行發電。乾蒸汽從蒸汽井中引出，經過分離器分離出固體雜質（≥10μm）後，就進入汽輪機做功，驅動發電機發電。乾蒸汽電站所用發電設備基本上與常規火電設備相同。

基本介紹

• 中文名：地熱乾蒸汽發電
• 外文名：Geothermal dry steam generates electricity
• 學科：能源
• 領域：新能源
• 所用設備：常規火電設備
• 特點：乾蒸汽

簡介

地熱能是來自地球深處的可再生能源。它來自於地球的熔融岩漿和放射性物質的衰變。地下水在深處循環和來自極深處的岩漿侵入到地殼後，把熱量從地下深處帶至近地表層，有些地方，熱能隨自然湧出的熱蒸汽和熱水到達地面。自史前起，地熱就已被用於洗浴和蒸煮。通過鑽井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池、房間、溫室和發電站。

地熱發電是以地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術，其基本原理與火力發電類似，也是根據能量轉換原理， 首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。地熱發電系統主要有3 種：乾蒸汽發電系統、擴容蒸汽發電系統和雙循環式（中間介質法）發電系統。

由於受自身地質條件的限制，目前地熱發電技術的套用不是很廣泛，在各國的電力系統中所占比例不高。例如，美國一直積極套用地熱發電，但截至2000 年地熱裝機容量僅占全國總裝機容量的0.25%，地熱發電量大約占全國能源供應量的0.4%。我國20 世紀70 年代，曾先後在江西宜春、廣西象州、山東招遠、遼寧熊岳、河北懷來等地建立了地熱發電試驗電站， 由於溫度偏低，經濟效益不佳，均已停用。目前還在運行的只有西藏羊八井、朗久，廣東豐順，湖南灰湯4座高溫地熱電站，實際發電裝機容量為25.78 MW。由於地熱資源埋藏較深，地質條件複雜和地域分布存在局域性，而且沒有採取合適的地熱發電模式，存在開發利用不合理的現象，因此還不能發揮其技術優勢。

國內外技術現狀

進入21世紀，能源已成為制約世界經濟和社會可持續發展的瓶頸。地熱資源作為可再生的綠色清潔能源具有巨大的開發潛力，是21世紀最受人關注的新能源之一。

1904 年，義大利人在拉德瑞羅地熱田建立世界上第一座地熱發電站（功率為550W），開地熱能利用之先河。其後，義大利的地熱發電發展到50多萬kW。日本自1966年松川（Matsukawa）地熱電站開始運行，到1996年全國地熱發電容量已超過52萬kW。截至2005年，全世界地熱發電總裝機容量為8900MW，利用地熱發電所生產的電力達56800GWh。

目前，套用最多的地熱發電方式為乾蒸汽發電系統，這類熱田發電單機組容量為35～120MW，印度尼西亞、義大利、日本以及美國均建有此類電站， 這些電站的總發電量占地熱能總發電量的一半。我國西藏羊八井地熱電站主要採用這種形式。

世界上大多數地熱田屬液態熱儲，濕蒸汽地熱發電站或擴容蒸汽地熱電站套用液態地熱系統中的熱液流體發電，日本、紐西蘭、美國、義大利、菲律賓、墨西哥等國家套用得較好。雙循環式發電也套用液態地熱系統發電，但由於熱儲溫度較低，不能通過壓力變化擴容成蒸汽，只能通過低沸點的中間介質來發電，一般單機組裝機容量小於3 MW。雙循環發電在菲律賓、墨西哥是較常見的。

地熱乾蒸汽發電技術特點

乾蒸汽就是從地下噴出的無熱水的純蒸汽。乾蒸汽電站直接將蒸汽從井中傳輸到發電機組進行發電。乾蒸汽從蒸汽井中引出，經過分離器分離出固體雜質（≥10 μm）後，就進入汽輪機做功，驅動發電機發電。乾蒸汽電站所用發電設備基本上與常規火電設備相同。

乾蒸汽發電系統的工藝簡單，技術成熟，安全可靠，是地熱發電的主要形式。乾蒸汽發電對蒸汽質量的要求較高，在引入發電機組前要把蒸汽中所含的岩屑和水滴分離出去。

地熱田溫度與熱效率對比

乾蒸汽發電系統，套用最廣，較為簡單，比擴容蒸汽發電系統和雙循環式發電系統發電量大，適用於高溫（>160 ℃）地熱田的發電，熱效率為10%～15%，廠內用電率為12%左右。

擴容蒸汽發電系統，適用於壓力、溫度較高的地熱資源， 要求地熱井輸出的汽水混合物的溫度較高，適用於中溫（90～160 ℃）地熱田發電，二次擴容地熱發電的熱利用率可達6%左右。由於擴容蒸汽發電需要經過單級或多級擴容減壓，當熱水溫度低於100 ℃時，全熱力系統處於負壓狀態，因此尾水溫度高，地熱能利用率較低。例如，已經停運的江西宜春等電站的熱效率僅為1.5%～4%，而還在運行的羊八井地熱一號單級擴容試驗機組，熱效率約為3.5%，廠內用電率為16%。

基於電廠日常運營數據， 並運用火用分析，YCerci 對土耳其代尼茲利的一個11.4 MW 閃蒸地熱發電廠的績效和主要部件進行了評價，認為最大的火用損耗發生在滷水分離工藝環節，相當於總能量投入的46.9%。經計算，電站的第二定律效率為20.8%。土耳其代尼茲利閃蒸地熱電站的第一和第二定律熱效率分別為4.556%和19.97%，其電廠總功率為10.374kW。

雙循環式發電系統，尤其是井下換熱雙循環式發電系統的地熱能利用率高，適用於中低溫（50～100 ℃）地熱田發電，那些不宜採用閃蒸式發電的地熱水，可以採用此方式發電。從經濟性考慮，一般溫度在90℃以下的地熱水不宜用來發電，可用於直接供熱。

開採難度對比

由於乾蒸汽發電所需的蒸汽溫度較高，所以地熱埋藏深度較深，且乾蒸汽地熱資源十分有限，開採技術難度較大，開採中所用鑽進泥漿需要能耐高溫和高壓，鑽進成井較困難。擴容蒸汽發電及雙循環發電方式，能利用埋藏深度較淺的中低溫地熱，開採難度相對較小。

環境污染對比

乾蒸汽發電套用的是純蒸汽，沒有地下固體雜質排出，因此幾乎沒有環境污染問題。擴容蒸汽發電系統需要排放尾水，因此存在一定的環境污染，如果不進行地熱水回灌，會導致地熱田的枯竭和產生地面塌陷及沉降問題。

雙循環式發電系統存在中間介質（如丁烷、氟利昂等）少量泄漏問題，一旦泄漏將對環境和人體造成危害。井下換熱雙循環式發電系統不抽取地熱水，無排水污染環境的問題，無過量開採和造成地面沉降之憂。

設備及其腐蝕性對比

乾蒸汽發電設備最為簡單。擴容蒸汽發電設備比較簡單， 易於製造， 可以採用混合式熱交換器，其缺點是設備尺寸大，容易腐蝕結垢（羊八井地熱電站某發電機組經過累計近兩年的通水試驗表明， 管道內壁有厚度為0.8 mm 的黑色氧化皮垢）。由於該系統直接以地下熱水、蒸汽為工質，因而對於地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。

採用井內換熱的雙循環式發電系統不抽出地熱水，可減輕地熱水的腐蝕問題。為防止中間介質的泄漏，對設備的密封性要求較高。

總結

乾蒸汽發電熱效率較高，環境污染輕，但要求地熱田的溫度較高，開採難度較大，目前利用較少。相對而言，擴容蒸汽發電和雙循環式發電對地熱田溫度要求不高，開採難度較小， 但熱效率較低，如果用這兩項技術聯合起來發電，能適當提高其熱效率。

從長遠來看，聯合發電技術、乾熱岩發電技術、地下可燃氣利用技術和地熱發電餘熱利用技術等，具有較好的套用前景。