1、 地热能（发电）研究现状与发展趋势1地热能（发电）研究现状与发展趋势学 院： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 地热能（发电）研究现状与发展趋势2地热能（发电）研究现状与发展趋势摘要地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能是一种环境友好型能源，与化石能源相比，几乎没有废气排放，并且是稳定，可靠的能源。地热发电是 20 世纪新兴的能源工业，至今已有 100 多年历史，现在世界很多国家都在用地热发电，它对建造环境友好型和资源节约型两型社会做了重大贡献，是新型能源研究的一个重要课题。地热电站的装机容量和经济性主要取决于地热资源的类型和品位。关键词：地
2、热能；地热资源；地热发电技术；发电厂地热能（发电）研究现状与发展趋势3REREARCH STATUS AND DEVELOPMENT TREND OF GEOTHERMAL ENERGYABSTRACTGeothermal energy is a renewable source of heat from the earths interior, which originates from the melting of the earths molten magma and the decay of radioactive material. Geothermal energy is an e
3、nvironmentally friendly energy, compared with fossil energy, almost no emissions, and is stable and reliable energy. Geothermal power generation is a new energy industry since the 20th century, has been 100 years of history, now many countries in the world are in the use of geothermal power, it for
4、the construction of environment friendly and resource saving type society made a significant contribution to is an important subject in the research of new energy. The capacity and economy of the geothermal power station are mainly determined by the type and grade of the geothermal resources.Key wor
5、ds: Geothermal energy; geothermal resources; geothermal power generation technology; power plant地热能（发电）研究现状与发展趋势1目 录1 地热能概述1.1 地热能11.2 地热的应用开发12 地热发电技术简介.22.1 地热发电技术概述22.2 地热发电方式及特点32.2.1 干蒸汽发电技术32.2.2 扩容式发电技术32.2.3 双工质循环发电技术43 地热能发电现状 .43.1 世界地热能发电现状 .43.2 我国地热能发展现状 .44 中国地热能发展存在的问题 54.1 地热利用技术发展严重
6、滞后54.2 人力资源匮乏、研究力量薄弱55 中国地热能发电的前景 6参考文献.8地热能（发电）研究现状与发展趋势第 1 页 共 12 页1.地热能概述11 地热能地热能是蕴藏于地球深处的热能，它来源于地球深处的熔融岩浆和放射性物质的衰变，是一种重要的清洁能源。在现有 的技术能力的条件下，地热能资源是指地壳表层以下 5000 米范 围内的岩石和地热流体所蕴含的热量。中国是地热资源大国，中低温地热资源遍布全国各地。地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。12 地热开发应用情况地热能分为
7、浅热、 水热和干热 3 种主要类型。 其利用方式包括发电和直接利用两个主要方面。 根据目前的评价结果水热型地热能的电力资源量为每年 45EJ 或 12500TWh 这个数字相当于 2008 年全世界发电量的 62%。直接利用的地热资源量为每年 1040EJ 相当于289000TWh 是 2008 年全世界用热量的 6.5 倍。干热岩地热资源潜力巨大。 尽管目前尚未作出全球总量的评价结果但是美国和中国的数据已经表明 这个量是巨大的。 美国在深度 3.57.5km 之间、 温度 150250 范围内具有约 1330104EJ 的巨大基础资源 只开发这些资源的 2% 就相当于 2006 年美国一次能
8、源消耗量的 2600 倍。目前全球共有 78 个国家利用地热能6其中 27 个国家拥有地热发电厂7-14。 截止2010 年全球地热发电的装机容量为 10.7GWe。 全球地热直接利用的装机容量达到 50.1GWt 约为地热发电的 5 倍。 19952010 年 世界地热直接利用的增 长率达到 13% 其中浅层地热能的贡献比较大。【2】人类很早以前就懂得利用地热能，古罗马人建造了利用地热能的浴池和房屋，在冰岛、土耳和日本等国的地热地区至今仍保留类似做法。其中冰岛是地热较多的国家，已有 40的居民利用地热取暖，其首都雷克雅未克在 20 世纪 40 年代就利用地热实现地热能（发电）研究现状与发展趋
9、势第 2 页 共 12 页了暖气天然化，是世界最清洁的城市之一。（1）发电 地热资源的最大利用潜力是发电，世界上最早的地热发电站于 1940 年在意大利塔斯坎尼的拉德雷洛地区建成。在当地，温度为 14()260的蒸汽从地裂缝中喷 m，因含有污染的化学物质，涡轮机不能直接应用，便将地热蒸汽引入交换器，利用其热量加热净水。再将干净的水蒸气引入涡轮机。250kW 的发电机组开始发电，目前装机容量达到 42 万 kW。从 20 世纪 60 年代以来。国内外 30 多个国家建立了地热电站装机容量已达 250多万 kW。美国地热发电规模较大，并且发展速度很快。1960 年加利福尼亚州在圣何塞建成第一座地热
10、蒸汽电站，装机容量 1 万 kW。到 1979 年，美国的地热发电装机容量达到 663 万 kW，居世界第一位。菲律宾有 12 座活火山，地热资源极为丰富，目前正在积极开发利用。（2）医疗 地热水本身具有较高的温度，含有多种化学成分、少量的生物活性离子和放射性物质，对人体可起到保健、抗衰老作用，对风湿病、关节炎、心血管病、神经系统疾病、妇科病等慢性病有特殊的疗效，具有很高的医疗价值。（3）供暖和旅游 世界上许多温泉出露的地区既是疗养院又是旅游区。如日本位于环太平洋火山活动带上我国的中低温地热资源的天津市利刚在局部地区取得了良好的效果，如北京市和天津市利用地热水进行冬季供暖为减少化石燃料的使用改
11、善两市的大气环境产生了良好的效果。另外在开发温泉旅游、疗养、娱乐等方面这几年也得到了迅速的发展。河北平山温泉宾馆和疗养院达 l0 余座，江苏东海的温泉宾馆达 20 余座并有日本和德国等外商投资兴建的形成了，一定的经营舰模和品位。【4】2 地热发电技术简介21地热发电技术2.1 .1概述地热能实质上是一种以流体为载体的热能地热发电属于热能发电，所有一切可以把热能转化为电能的技术和方法理论上都可以用于地热发电。由于地热资源种类繁地热能（发电）研究现状与发展趋势第 3 页 共 12 页多按温度可分为高温、巾温和低温地热资源；按形态分有干蒸汽型、湿蒸汽型、热水型和干热岩型；按热流体成分则有碳酸盐型、硅
12、酸盐型、盐水型、卤水型。另外地热水还普遍含有不凝结气体，如二氧化碳、硫化氮及氮气等，有的含量还非常高。这说明地热作为一种发电热源是十分复杂的。针对不同的地热资源，人们开发了若干种把热能转化为电能的方法。最简单的方法是利刚半导体材料的塞贝克效应，也就是利用半导体的温差电效应直接把热转化为电能。这种方法的优点是没有运动部件，不需任何 T 质安全可靠。缺点是换效率比较低，设备难以大型化，成本高。除了一些特殊的场合，这种方法的商业化前景并不乐观。另一种把热能转化为电能的方法是使用形状记忆合金发动机。形状记忆合金在较低温度下受到较小的外力即可产生变形，而在较高的温度下将会以较大的力量恢复原来的形状井热水
13、泵的话就可以保证对井口的压力的要求。2.2地热发电方式及特点2.2.1 干蒸汽发电技术干蒸汽发电技术就是将干蒸汽从井引出 除 去固体杂质后直接传输到汽轮发电机组进行发电其发电系统如图 1 所示。干蒸汽汽轮发电机组净化分离器排汽蒸汽井图 1 干蒸汽发电技术示意图干蒸汽发电技术的循环效率可以达到 20% 以上，是一种性能良好的地热发电技术 所使用的发 电设备与常规火电设备基本相同。 但是干蒸汽发电技术对地热资源参数要求较高，地热温度必须达到 250 度以上 同时要保证有足够的地压 使得地下的 蒸汽地热能（发电）研究现状与发展趋势第 4 页 共 12 页可以顺利地喷出 因此该技术适用于高温地热 田。
14、 我国西藏羊八井电站的 2 号机组就是采用干蒸 汽发电技术 进汽压力 0.56MPa 进汽温度 160 机组功率 3MW。干蒸汽发电系统工艺简单，技术成熟，安全可靠，是高温地热田发电的主要形式。 目前正在建设的以干蒸汽发电技术为主的电厂在印度尼西亚 采用青岛汽轮机厂生产的地热发电机组。【2】2.2.2 扩容式发电技术目前探明的地热资源中 以中高温(130 t 250 )地热资源为主 它是地热发电领域主要的研 究对象。 这一类地热资源所提供的大多是汽水混合 物 其中蒸汽量较小 适宜采用扩容式发电技术。扩容式发电技术中井下带有一定压力的汽水混合物或热水被引至地面后首先进入一级扩容器地热水中携带的蒸
15、汽及少部分由第一级减压产生的蒸汽直接进入汽轮机做功其余的地热水进入二级扩容器。 在二级扩容器中 由于减压作用 扩容 器内的压力小于此时地热水温度所对应的饱和压力部分地热水将汽化形成蒸汽 再引入汽轮机做功。这种利用减压方法产生蒸汽来发电的技术称为扩容式蒸汽发电技术它包括一级扩容和二级扩容 。汽轮机 发电机二一级扩容器级 凝汽器扩容冷水器去冷凝塔地热井 回灌井图 2 扩容式发电技术 (二级扩容 )示意图扩容式发电技术设备简单，易于制造，运行维护方便。 由于存在减压过程对于地热水的矿化度和不凝结气体含量均有较高的要求否则易产生结垢和腐蚀。 目前扩容式发电技术已在地热发电领域得到广泛应用 尤其是中高温
16、地热田。 肯尼亚政府 2012 年 地热能（发电）研究现状与发展趋势第 5 页 共 12 页2 月 20 日宣布将于近期投资 120 亿美元建设 6 座地热电站 主要是采用扩容式地热发电机组。【2】2.2.3 双工质循环发电技术低温 (t 130 ) 地热资源在目前已探明的地 热资源中占有较大的比例 其中温度在 90 左右的地热资源约占这类资源总量的 90%。 温度较低的地 热水要想通过扩容方式形成蒸汽 需要将压力降至 大气压以下 整个系统形成负压 这给系统运行和 设备带来很大困难。 针对这一类型的地热资源双 质循环发电技术是较为适用的。 美国曾于 1970 年在阿拉斯加州的荒林地区采用 74
17、 的温泉水进 行发电。【2】3.地热能发电现状31 国外地热发电现状地热发电至今已有近百年历史世界上最早开发并投入运行的是 l 91 3 年意大利拉德瑞罗地热发电站，只有 1 台 250kw 的机组。随着研究的深入技术水平的提高拉德瑞罗地热电站不断扩建，到 1 950 年全部机组投产后，总装机容量达到293Mw。此后新西兰、菲律宾、美国、日本等一些国家相继开发地热资源+各种类型的地热电站不断 m 现，但发展速度不快。至 20 世纪 70 年代后。由于世界能源危机发生，矿物燃料价格上涨，使得一些国家对包括地热在内的新能源和可再生能源开发利用更加重视世界地热发电装机容量才逐年有较大的增长。据统计，
18、全世界地热发电装机容量 1 980 年为 2 11 0Mw1 985 年为 4 764 MW，1 990 年为 5832 Mw，1 995 年为 6797MW2000 年为 7974MW2002 年为 8000MW，年产量达到 50000GWh。其中美国地热发电装机容量居 i 壁界首位，菲律宾居第二位墨西哥居第三位，以下依次排列是意大利、印度尼西亚、lq 本、新西兰、冰岛、萨尔瓦多、哥斯达黎加、尼加拉等【4】32 我国大陆地区地热发电现状20 儿上纪 70 年代初在围家科学技术委员会的支持下，全国各地掀起开发利用地热的高潮，先后在广东丰顺、山东招远、辽宁熊岳、江西温汤、湖南灰汤、广两象州、地热
19、能（发电）研究现状与发展趋势第 6 页 共 12 页北京怀来等地建起实验性地热电站。在这些地区热水的温度低水量小电站容量小(50100kW)进气参数低一般为 00495MPa 左右，大部分均采用一次扩容发电，仅有江两温汤采用双 T 质循环。这批小型试验电站大部分已停产，日前除广东丰顺地热电站还在运行外其他均已停止运行。4.我国地热能发电存在的问题4.1地热利用技术发展严重滞后近 20 年来地热发电停滞不前 以致地热发电技术远远落 后于世界先进国家。 地热直接利用虽然发展较好 但也存在 资源利用效率较低的问题 没有形成资源梯级开发综合利用 的最佳模式。 地热成井工艺、回灌技术、以及结垢和腐蚀等技
20、 术问题较难处理 研发工作没有跟上。4.2人力资源匮乏、研究力量薄弱20 世纪 7090 年代 中国呈现地热能开发利用热潮培养了一大批技术人才但近 20 年来人力资源匮乏 人才队伍 远远落后于风能、太阳能等可再生能源领域。(1)在缺乏传统能源(煤炭、石油、天然气)而有高温地热资源保证的边远地区(特别是西藏)，积极开展地热发电事业。前已述及。西藏地区传统能源缺乏，水力资源受季节性限制，但高温地热资源丰富，潜力巨大，因此应积极开展地热发电工作。从技术上来看，地热发电是除火力、水力发电之后较容易解决技术问题的另一种发电方式。(2)地热发电设备的研究和完善。地热发电机组虽可以制造，但其结构的合理性、运
21、行的安全性和经济性也应相应提高，为防止井口结垢，应研制出 300m 以上的深井泵、扩容器。冷凝器也需要进一步完善，其主要内容为：结构的改进加以提高其效率，材质的改进以适应长期安全运行。(3)解决设备的腐蚀性问题。地热设备的腐蚀问题严重影响其设备的安全性，应着重研究这一世界地热发电领域的难题，主要在防腐材料上下工夫。电站用的射水泵、回水泵、进水泵以往采用铸铁、铸钢制造，泵壳运行一年就锈穿了，而进口机组采用不锈钢泵可运行 1015 年，虽然不锈钢泵价格为 8 万元台(铸钢泵 3 万台)，然而实际应用中采用不锈钢泵投资费用仅为普通泵的 26。另外，其他防腐材料也应加以地热能（发电）研究现状与发展趋势
22、第 7 页 共 12 页重点研究。(4)解决设备的结垢问题。地热井和设备的结垢严重影响出力除了需要研制出性能优良的深井泵外，还要采取一些先进可行的除垢方法，其中高压脉冲水射流是很好的除垢方法，应从工艺上很好加以完善，以适应地热发电的各部设备的除垢。(5)解决地热田的回灌问题。地热水一旦用于发电或综合利用就要进行回灌，国外地热利用后基本都是 100进行回灌一方面延长热田寿命，另一方面也减少周围环境污染。(6)各种发电方式协调发展。在同一地区，如果有地热资源可用于发电，就是在成本造价高于其他发电方式的情况下，为了节约化石能源和减少环境污染应优先开发地热能源，这是有利于国民生计的策略，政府相关部门应
23、给予足够重视。当前我国地热发电的丁作重点，应立足于发挥现有地热电站的发电潜力。力争达到安全、稳发、满发的同时，进一步开展防腐除垢以及生产回灌的研究与实施，积极为电站今后扩建增容积累经验并预留发展率间【4】5. 中国地热能发电的前景目前中国地热发电事业总体来说走出了一大步，有很好经验和教训，地热工程技术人员对地热发电的重大技术问题有明确的认识和处理的经验，一旦国家政策加以扶持，中国地热发电事业将会蓬勃发展起来。结合国内外情况和我国地热电站发展历程。中国工程院于 2011 年提出了地热能直接利用和发电不 同时间节点的发展目标。到 2050 年 中低温地热直接利用的规模与总量将是现状的三倍，浅层地热
24、能利用的规模可达 50000MWt ，地热发电部分将大力提升高温发电的装机容量中低温和 EGS 地热发电也将重点发展。地热能（发电）研究现状与发展趋势第 8 页 共 12 页表 1 中国地热能发展战略目标2012 年国家发展和改革委员会能源局发布了中国可再生能源十二五规划 确定了可再生能源发电占总发电量的 20%的宏伟目标。 其中地热能的发展目标为 在青藏铁路沿线、滇西南等高温地热资源分布区 启动建设若干兆瓦级地 热电站。 在东部沿海及天山北麓等中低温地热资源富集分布 区 因地制宜发展中小型分布式中低温地热发电项目。 到 2015 年 各类地热能开发利用总量达到 1500 万 t 标准煤 其中
25、 地热发电装机容量争取达到 10 万 kW 浅层地热能建筑 供热制冷面积达到 5 亿 m2。 这个规划中地热发电量超过了中 国工程院路线图确定的 2020 年发电目标 体现了对于技术 与市场的信心。【3】参考文献【1】白文志; 周红丽 .中国地热能开发利用潜力巨大（优先出版）.科技展望 .2016-01-20 【2】徐耀兵; 王敏; 潘军; 李兵.地热资源发电技术特点及发展方向.中外能源.2012-07-15【3】庞忠和; 胡圣标; 汪集旸.中国地热能发展路线图.科技导报.2012-11-18【4】钱爱玲.新能源发电技术.中国水利水电出版社.2013.11表 1 中国地热能发展战略目标Table 1Strategic targets of geothermal energy development in China地热发电 /MWe 直接利用 /MWt年份高温地热发电 中低温地热发电 EGS 地热发电 中低温地热直接利用 浅层地热能利用现状 25.18 0.5 无 3239 30002020 年 75 2.5 试验 4000 100002030 年 200 20 25 6500 200002050 年 500 100 200 10000 50000
