地热资源发电技术特点及发展方向研究

地热资源发电技术特点及发展方向研究

王文波

河南省郑州市中国电建集团河南工程有限公司450000

摘要：文章对目前比较常用的几种地热发电技术及其特点进行介绍，对地热资源发电技术的优势以及在目前的技术应用中存在的问题进行分析，并对未来地热资源发电技术的发展方向进行了展望，以供参考。

关键词：地热资源发电技术；优势；问题；发展

1引言

地热资源是一种干净、卫生且可以循环再生的能源，在目前的干蒸汽发电、扩容式蒸汽发电、双工质循环发电以及卡琳娜循环发电中广泛应用。在目前人们对于电能的需求量不断增加，而且全球资源紧缺和环境恶化问题不断加剧的形势下，地热资源成为各国都在大力开发和利用新型能源形式，本文就针对不同形式的地热资源发电技术表现出的优势和技术特点以及存在的问题进行分析，并对未来地热资源发电的发展方向进行展望。

2地热发电技术及其特点

2.1干蒸汽发电技术

此种技术的发电原理就是对地下喷发出的高温干蒸汽进行利用，将这些干蒸汽从地下引入到相关的装置中，并且将其中存在的固体杂质进行去除，直接提供给汽轮发电机组，并带动汽轮发电机组转动来进行能量转换。此种发电技术具有循环高效的优点，是一种具有较强实用性的地热发电技术。此种发电技术所采用的发电装置与传统的火电机组发电装置类似，只是此技术对地热资源的参数要求比较高，即在地热资源的温度超过250℃时才能对其进行利用，并确保有足够的地压来保证汽轮发电机组可以利用此技术进行发电。因此，此地热发电技术比较适合在高温地热田中使用，而且循环效率可以达到20%以上，是一种技术相对比较成熟且发电工艺比较简单，运行安全可靠的高温地热田发电形式。

2.2扩容式发电技术

此种地热发电技术主要是对地下温度在130~250℃范围内的地热资源进行利用并用来发电的技术，处于整个温度范围内的地热资源通常以汽水混合物的形式存在，而且其中含有的蒸汽量比较小。在利用此技术进行发电时，首先将地下的带有一定压力的汽水混合物或者是热水引至地面上，通过一级扩容器时利用其中的蒸汽以及少部分由第一级减压所产生的蒸汽带动汽轮发电机组做功并发电，然后将剩余的地热水引至二级扩容器中，在其中进行减压的过程中会导致其内部的压力比地热水温度所对应的饱和力小，因此会对地热水进行汽化而形成蒸汽，然后将这些汽化的蒸汽引入汽轮发电机组中进行发电。此种发电形式的循环效率略低于干蒸汽发电技术，而且通常一级扩容系统的循环效率约为12～15%，二级扩容系统的循环效率则为15～20%。

2.3双工质循环发电技术

此种地热发电技术主要是对地下中低温即温度在130℃以下的地热资源进行利用来进行发电的技术，由于处于这一温度范围内的地热资源中大多数的温度在90℃左右，如果采用扩容方式进行发电则具有较大的技术难度。因此采用双工质循环发电方式，就是将此地热资源中的热量传递给某种具有较低沸点的介质，使得这种介质在地热资源的热量作用下形成具有一定压力的蒸汽，然后利用这些蒸汽来推动汽轮发电机组进行发电。从其运行原理中可以发现此种技术的循环方式仍然为朗肯循环，但是与蒸汽朗肯循环方式不同的就是采用了具有较低沸点的介质作为热能载体，此种发电技术的循环效率比扩容式蒸汽发电技术的循环效率大概提高了20%～30%左右，但是此种技术的发电装置具有较为复杂的结构而且运行和投资成本也较高，此外，所使用的具有较低沸点的介质也通常具有易燃易爆的危险性特点。

3地热能源发电的优势及存在问题

3.1地热资源发电的优势

对地热资源进行利用来进行发电的方式，实现了对地下自然存在的热源进行利用，而且无需消耗额外的燃料等资源，而且地热资源是不同于煤炭、石油等能源形式的新型能源，在对其进行利用来发电的过程中，不仅不会产生大量的二氧化碳以及其他对环境造成污染和破坏的物质，而且对地热资源的开发和利用也有利于对目前资源紧缺的现状进行缓解。所以说，利用地热资源进行发电的形式，符合我国提出的节能减排以及可持续发展的战略，对缓解资源紧缺以及环境保护起到重要作用。

3.2地热资源发电存在的问题

目前我国已经探明的地热资源基地数量较多，但是其中能够满足地热发电技术的要求并进行利用来发电的基地数量比较少，这主要是其中大多数的地热资源基地存在地热温度参数不达标或者地热资源储量比较小、热源的长期稳定性比较差等原因，所以，对地热资源进行开发和利用过程中，地热资源的储量以及温度参数成为制约地热资源发电的重要因素。此外，还有一个问题就是不同的地热资源基地其流体介质的种类不同，其中含有的物质和元素也各不相同，这就会导致其中含有较多的具有腐蚀性能的化学物质存在，这些物质就会对发电装置中的金属管道和设备造成不同程度的腐蚀破坏，从而影响其使用寿命甚至是增加其运行过程中的故障概率。最后一个问题就是地热水不仅具有较高的含盐量，而且其中的碳酸钙以及二氧化硅等物质具有沉淀的性能，因此在地热水的温度和压力发生变化时会导致其中的矿物质溶解度发生变化而导致其出现沉淀现象，因此会出现较为严重的沉淀结垢问题，影响地热发电装置的性能和发电效率，甚至导致故障概率的增加等问题。

4地热能源发电的发展方向

4.1联合循环地热发电技术

正如前文所述不同的地热发电技术其进行单一的使用时会具有较低的循环效率，且通常在20%以下，这主要是由于存在较多的具有较高温度的尾水无法被有效利用。这就需要在未来的地热资源发电技术的发展中，将不同的发电技术进行综合利用，采用联合循环的方式不仅可以对地热资源中的高温部分进行有效利用，而且实现对其低温部分的有效利用，最大限度地提高对地热资源的利用。甚至是可以将地热资源与其他的太阳能等资源进行结合来利用。

4.2低温地热资源发电技术

正如前文所述，在已探明的地热资源中，低温地热资源占据大多数，所以未来可以对卡琳娜循环发电技术进行深入研究和应用，发挥其可以对低温地热资源进行利用的优势，通过对其发电系统中的氨和水的比例进行优化来降低其对环境的影响，提高对低温地热资源的利用效率。

4.3干热岩地热发电技术

此种发电技术就对埋藏于地下大约1km位置的干热岩进行利用，此类干热岩的温度通常在20℃以上，在对其进行利用时需要对其中的热能进行抽取，就是通过从地表向其中进行温度较低水的注入的方式与干热岩中的热能进行交换，获取具有高温高压超临界水或水蒸汽混合物的目的，并将此高温蒸汽进行提取来进行发电。我国对此种技术的研发和重视不足，但是具有较大的开发潜力。

4.4对中深层的地热资源进行利用

现代岩浆在地壳内广泛存在，其向上运动的过程中会与中深层的水进行耦合并形成具有较高热能的地热资源。此种资源通常位于距地面3～10km的位置，而且温度可以达到200℃以上，还具有较高的储量，此外由于其具有较低的回灌要求以及较低的地下水矿化度，所以便于对其进行利用。

5结语

地热资源一种无污染且可循环再生的清洁型能源，在目前采用干蒸汽发电技术、扩容式发电技术、双工质循环发电技术以及卡琳娜循环发电技术对其进行利用的过程中也暴露出较多的问题，因此需要针对这些问题对现有技术进行改进的同时，也可以将这些技术进行综合利用，还可以与传统的太阳能等资源形式进行联合，并加大对低温地热资源、干热岩地热发电技术以及中深层地热资源的深入研究和开发力度，实现对我国的能源结构进行优化调整，并促进我国可持续发展的目的。

参考文献：

[1]刘茂宇.地热发电技术及其应用前景[J].中国高新区,2018(3).

[2]蔡金柱.地热资源开发利用的现状及发展趋势分析[J].工程技术:文摘版,2016(11):00163-00164.

[3]李少静.地热资源应用现状及发展趋势[J].化工设计通讯,2016,42(5):198-198.

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