拉德瑞羅地熱電站

拉德瑞羅地熱電站位於義大利中部托斯卡納區比薩東南55km，作為世界第一座地熱電站，到2013年11月，拉德瑞羅地熱電站已發電運行100周年，實現了可再生地熱能的可持續開發。拉德瑞羅地熱電站取得的經驗包括發電系統設備更新換代、發電廢汽回收實行冷凝水回灌以及擴大地熱田勘探以擴展資源，這些經驗也是對世界地熱資源開發利用的重要貢獻。

基本介紹

• 中文名：拉德瑞羅地熱電站
• 外文名：The ladrero geothermal power plant
• 學科：能源
• 領域：新能源
• 類型：地熱電站
• 地址：義大利

簡介

義大利地熱發電的世界霸主地位持續了60多年，直至20世紀70年代被美國超越。位於義大利中部托斯卡納區的拉德瑞羅地熱電站是世界第一座地熱電站，1913年11月13日開始運行，到1957年仍是世界唯一的地熱發電。截至2013年11月，拉德瑞羅地熱電站已發電運行100周年，實現了可再生地熱能的可持續開發。拉德瑞羅地熱電站穩定發展和持續運行100年的經驗，一是發電系統設備更新換代，2013年拉德瑞羅地熱電站運行機組22台，總裝機容量594MW，全部是20世紀90年代以來的新建機組；二是發電廢汽回收實行冷凝水回灌，拉德瑞羅地熱田現有23口回灌井，將發電廢蒸汽回收後的冷凝水回灌到地下熱儲中，電站因此在2005～2009年增加了4台機組、共100MW的新增裝機容量；三是地熱田的勘探擴展。拉德瑞羅地熱發電的百年經驗也是對世界地熱開發的重要貢獻。

拉德瑞羅地熱發電系統更新

拉德瑞羅地熱電站裝機容量逐漸擴大，熱田內百餘口地熱井始終不停地噴泄高溫高壓蒸汽數十年，地熱田的產能出現一些衰減。世界上其他高溫地熱田，在連續地熱發電十數年後也會出現壓力和流量的衰減。據此，世界地熱電站的設計壽命曾考慮為25～30 年，也就是說地熱電站運行這么長時間後，必然要出現一定的壓力降低和流量減小。這會影響到原有設備，無法滿負荷發電，從而需要調整發電參數，改造發電設備，以保障繼續正常運行。是什麼保障了拉德瑞羅地熱電站穩定發展和持續運行了100年呢？第一條經驗就是發電設備更新換代。

拉德瑞羅地熱電站陸續退役淘汰舊機組，逐漸增添更換新機組。新機組具有更高的效率，利用同樣的蒸汽可以產出更多的電力，同時具有較低的環境影響。地熱生產井噴出的乾蒸汽經離心式軸向分離器去除顆粒物後，直接通往汽輪機，驅動發電機，乏汽經冷凝和除氣後由回灌井回灌到熱儲層。

拉德瑞羅地熱電站廢汽冷凝水回灌

拉德瑞羅地熱電站能夠持續運行100年，其第二條經驗是開展發電廢汽的回收和冷凝水回灌。拉德瑞羅地熱田現有23口地熱回灌井， 將發電廢蒸汽回收後的冷凝水回灌到地下熱儲中。20世紀70年代中期，由於熱田的長期高強度開採，生產明顯下降。於是70年代後期開始了地熱回灌，將電站排出的廢蒸汽冷凝成水， 再回灌到熱儲中，以增加流體的質量補給，減少蒸汽壓力的損耗，同時在熱田最耗空的核心區獲得了蒸汽的增產，2005～2009年電站因此增加了4台機組、共100MW的新增裝機容量。

過去傳統的地熱電站都是採用冷卻塔裝置，將凝汽式機組從汽輪機排出的廢蒸汽導入冷卻塔，接受冷卻水噴淋，將大部分廢汽凝入冷卻水中並繼續循環，少部分廢汽則從冷卻塔頂升騰跑逸，因此傳統的地熱發電場景是藍天背景中從冷卻塔升騰直上的白色蒸汽柱。實施廢汽冷凝100%回灌措施後，就見不到這樣的場景了。

拉德瑞羅地熱田的勘探擴展

拉德瑞羅地熱電站穩定發展和持續運行100年的第三條經驗是對地熱田的勘探擴展。拉德瑞羅地熱發電利用了拉德瑞羅地熱田的乾蒸汽地熱資源，該地熱田從地熱井口產出的高溫流體100%是蒸汽，過熱蒸汽的溫度在150～270℃，蒸汽壓力2MPa，深部熱儲最高溫度達350℃，蒸汽壓力更是高達7MPa。乾蒸汽地熱發電的設備相對比較簡單，但這類資源在世界上分布較為有限。世界上大部分高溫地熱田是濕蒸汽地熱田，它們產出的流體是汽、水兩相流混合物，用於發電首先要進行汽、水分離，然後蒸汽用於發電，而分離出來的熱水只能用於其他熱利用。

拉德瑞羅地熱田在地質構造上屬於歐亞板塊與非洲板塊聚斂帶附近的第勒尼安隆起的托斯卡納岩漿省，熱田蓋層是外來復理石和新推覆基底的黏土。早期開採的淺層熱儲層埋深在1000～1500m，為變質岩基底之上的托斯卡納推覆體的碳酸鹽岩層。1978 年開始深部勘探，達到3000～4000m 深度，在片麻岩和角閃岩中發現了裂隙熱儲，地熱蒸汽壓力達到7MPa，溫度達300～350℃。由於深部裂隙熱儲有的部位滲透性弱，因此注入鹽酸和氫氟酸混合液進行激發，明顯增加了地熱井的產量。根據地震勘探資料， 在當地5～6km 深度地下為酸性深熔岩漿體，呈透鏡狀或蘑菇狀，溫度為820℃。熱田區大地熱流值高達170～630mW/m2，是正常大地熱流值的3～10倍。

拉德瑞羅地熱田目前已探明面積近300km，而之前它是兩個僅探明淺部熱儲的地熱田，其中東邊的一個原名為特拉凡爾/雷第康杜利地熱田，但經過深部勘探後，確認兩個地熱田同屬於一個拉德瑞羅地熱系統。

高溫地熱流體中通常含有非凝結性氣體，拉德瑞羅的地熱蒸汽中含有5%的二氧化碳和0.5%的硫化氫氣體。拉德瑞羅地熱田現共運行生產井230口，井口產出過熱蒸汽溫度為150～270℃，壓力0.2～2MPa，單井最大流量為50～100t/h，少數幾口井可以達到300t/h，高壓井的壓力達4MPa。

拉德瑞羅舊貌換新顏

拉德瑞羅地熱發電100 年來的變化不僅限於發電，而且走進拉德瑞羅可以體會到其整體的“舊貌換新顏”。

中國地熱代表團曾於1985年考察過拉德瑞羅地熱電站。1983～1985 年，義大利政府主動承擔了聯合國援助中國的地熱CPR/81/011項目總額1100萬美元中的750萬美元，並以成批專家、先進技術和重大設備支援項目的實施，中方項目組主要成員最終赴意討論報告並考察學習意方地熱發電。拉德瑞羅當時是一個小鎮，人口和房屋都不多，只因有世界第一座地熱電站座落於此，因此那裡建有世界上第一座地熱博物館，向世人介紹地熱科普知識和發電歷程； 還因為要接待來自世界各國的參觀者，小鎮上有幾家旅館。

當時的地熱博物館座落在小鎮的街上，三層樓建築已顯突兀，幾米寬的街道，汽車錯車都顯困難。記得當時意方合作單位還帶中方人員去參觀了博物館斜對面的一家“地獄”展館，進館後在昏暗的小過道邊布置有一窟窟地獄裡遭鬼上刑等場景。小街上還有許多小店門面，售賣各色物品。總的印象是簡陋低俗，沒有品味，處在雜亂之中的地熱博物館也因此沒顯出科學的光輝。

2013 年，慶祝拉德瑞羅地熱發電100周年時的小鎮景色已經徹底變了樣。拉德瑞羅大廣場整穹清澈藍天，無限開闊、舒暢！簡直不敢相信，地熱博物館修繕一新的三層樓忽然顯得高大、宏偉，樓館前的小街已拆建成大片廣場和通道，無遮無擋，明媚的陽光映照在古式的樓體上，更顯出文化和科學內涵的挺立。地熱廣場就著天然坡地擴展，寬敞明亮的風扇組冷凝器將廢蒸汽冷凝成水用於回灌中另有一派景色。義大利地熱發電全都由國家電力公司(ENEL)的綠色電力公司(Green Power)掌握，博物館東側和後身是公司的辦公機構和接待中心，再往東延伸是商業、辦公、旅館、溫泉SPA 等建築及停車場，廣場南面遠處是林地低山坡，西南方豁然遼闊，遠處就是拉德瑞羅地熱田和地熱電廠所在，不遠處還散落著紅色屋頂的民居小房。廣場中心圈圍著直徑約5m的一處沸泉， 粗木圍欄和漿砌塊石的圓池中熱水翻滾，熱汽蒸騰，古樸的風格保持了天然地熱的特色。其間還有紅、黃、綠、藍、灰等色彩鮮艷的人造產品點綴，那是汽輪機葉片、剝殼的發電機、高壓泵、轉軸等發電設備部件的裝飾性科普展示，與古樸天然的沸泉池渾然一體，構成了地熱發電的突出主題。廣場邊還保留了古典雕塑的紀念柱，停車場旗桿頂飄揚著歐盟旗、義大利國旗和公司標誌旗，地面有矮樹和綠地。所有這些自然和人為的、天人合一的設計和搭配，讓當今的拉德瑞羅小鎮給人留下了不可磨滅的深刻印象。

綠色電力公司的地熱專家說，為什麼地熱資源就光搞地熱發電呢？現在熱田內的沸泉、噴泉、冒蒸汽的地面等景觀和地熱鑽井都可以旅遊，小鎮還有溫泉SPA 礦水浴，這就是生活。

拉德瑞羅對世界地熱的貢獻

拉德瑞羅地熱發電的百年經驗是對世界地熱開發的重要貢獻，同時也展示了地熱在可再生能源發電中的優勢。高溫地熱流體可以從地熱井口每天24h 連續噴出，不受季節、氣候和晝夜變化的影響。根據世界能源理事會(WEC)的能源資源調查報告，當前世界地熱發電的平均利用率(Capacity Factor)為73%，而先進的大型地熱發電機組的利用率最高已達到95%。

義大利地熱發電的世界霸主地位持續了60多年，直至20世紀70年代被美國超越，雖然後來全球地熱領域風起雲湧，許多國家都爭先恐後，而美國的世界老大地位保持至今。美國擁有全球最大的蓋瑟爾斯地熱電站，現有25台機組運行，總裝機容量1584MW。蓋瑟爾斯地熱田100km範圍內鑽了424口生產井，43口回灌井， 擁有世界最大的地熱回灌管線工程。截至2012年底，地熱發電在全球24個國家共有11189.7MW的裝機容量在運行，其中前10強占據了全球總裝機容量的93.7%。

當前世界地熱資源的前沿研究是增強型地熱系統，或稱為工程型地熱系統(EGS)，也就是過去所謂的乾熱岩。這種資源分布較廣，但是地下只有高熱，沒有水，於是需要鑽兩口約4000m 的深井，並用人工激發方式造出地下裂隙系統，這樣就可從一口井注入冷水，而從另一口井產出熱蒸汽。美國麻省理工學院(MIT)2007 年的研究報告預測，美國EGS地熱資源的潛力可在2050年為其提供1×108kW的發電裝機容量，占屆時全美發電總量的10%；全美EGS 可開採量超過20×104EJ，這個數字相當於美國2005年一次能源消費量的2000倍！

目前EGS總體上仍處於試驗階段。這項研究最早是美國1974 年開始的在芬頓山的試驗，迄今全球已有8個國家開展試驗。但美國僅試驗過60kW的小型機組發電，而德法聯合的蘇爾茨歐洲示範性EGS電站已成功達到2.2MW，接著德國又成功運行了蘭道3MW和印希姆5MW兩個電站，年運行超過8200h，即發電利用率達到了94%。