地热发电：可再生能源发电中的精品

  2013年，前所未有的严重雾霾留给国人深刻的印象。北京自2002年取得奥运会承办权后，2003年开始统计空气质量达到及好于二级的天数是224天(占全年的61.4%);之后逐年好转，到2008年举办奥运会是274天(占全年的75.1%);2010和2011年达到最高286天(占全年的78.4%)。然而，2013年严重下跌至176天，只占全年的48.6%!回首过去十年：为追求GDP快速增长带来的燃煤消耗量从2002年的10.84亿吨，至2012年达到了24.09亿吨，10年剧增了2.2倍;2002年我国私人汽车拥有968.98万辆，至2008年就猛增至3501.39万辆，全国开始奔小康生活水平的提高带来了私人汽车在6年内飞速剧增了3.6倍。终于，我们得到了环境污染大爆发的回报，这给我国敲响了警钟：我国必须加快可再生能源替代常规化石燃料能源的步伐。

 

  于是，国务院发布了《大气污染防治行动计划》，接着北京市发布了《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》，将“构建以电力和天然气为主、地热能和太阳能等为辅的清洁能源体系”列入了能源清洁化战略。

 

  可巧，国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部在2013年初联合发布了《关于促进地热能开发利用的指导意见》，中央财政将重点支持地热能资源勘查与评估、地热能供热制冷项目、发电和综合利用示范项目;将按照可再生能源电价附加政策要求，对地热发电商业化运行项目给予电价补贴政策;对利用地热能供暖制冷的项目(地源热泵)运行电价参照居民用电价格执行。

 

  地热能的优势

 

  我国的《可再生能源法》说明了可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等。实际上，可再生能源有两个来源，一个来自天上的太阳，太阳能、风能、生物质能和海洋能都源于太阳活动;另一个来自地球，地热能是来自地球深部不断向外散发的热。来自太阳的能量都受昼夜、气象等条件影响而变化，它们发出的电力需要“智能电网”来弥补其不稳定性;而来自地球的能量极其稳定，世界能源理事会(WEC)给联合国的报告称：地热发电在所有可再生能源发电中具有最高的发电利用率，即每年的可工作时间最长(高于73%)。因此，拿同样的1千瓦装机容量来比较，地热能一年能发电6395千瓦时，而风能发电1840千瓦时，太阳能只发电1226千瓦时，地热能的发电量是太阳能的5倍多，是风能的3.5倍。

 

  关于地热能

 

  国土资源部在国际地球日的新闻发布会上介绍，地热能分三个层次：

 

  (1)地面以下至200米深度内储存的是浅层地热能，温度低于25摄氏度，依靠地源热泵技术提取或释放热量，冬季可以供暖，夏季可以制冷(空调)。

 

  (2)200至3000米深度内，称常规地热能，不同地区的钻井可以产出高温地热蒸汽或中低温的地热水。高温地热资源可以发电，中低温地热水可用于房屋冬季供暖、地热温室种植和水产养殖、温泉洗浴医疗和休闲度假，以及工业洗染和农业干燥等利用。

 

  (3)3000至10000米深度内，称干热岩地热能，那里通常没有流体的水或汽，只有高热，是干的。开采这样的资源需要钻两眼井，用石油钻井的压裂技术在两井间造成裂隙连通，然后从一眼井灌入冷水，从另一眼井就会喷出蒸汽和热水，现在世界上已有法国和德国的干热岩电厂成功发电，美国和澳大利亚等还在继续试验中。

 

  另外，世界上已实现了首例利用岩浆热的试验，冰岛的岩浆钻探计划在4500米的钻井过程3次遇到融熔岩浆，在2100米处岩浆高于900摄氏度，2012年试验注入冷水，产出了超过热452摄氏度的蒸汽，压力达140帕，比热焓3200千焦每千克，单井的发电潜力约3.5万千瓦。

 

  常规的高温地热资源分布有局限性，主要分布在环太平洋火山地震地热带(如美国、新西兰、印度尼西亚、菲律宾、日本)，还有大西洋中脊地热带(如冰岛)、地中海喜马拉雅地热带(如意大利、我国西藏)和东非裂谷地热带(如肯尼亚)。

 

  科学家估算了世界常规地热资源的潜力，高温地热资源利用常规技术发电超过目前全球年发电总量，采用常规加双工质技术能翻一番，中低温地热水每年产能相当于478亿吨标煤。

 

  我国地热资源量的官方数据，浅层地热能相当于95亿吨标煤，常规地热资源相当于8530 亿吨标煤，干热岩资源相当于全国一次性能源年消耗量的4000多倍。

 

  关于地热发电

 

  地热发电是1904年意大利人在拉德瑞罗地热田试验成功，1913年建成世界第一座商业性地热电厂，去年(2013)电厂庆祝了百岁生日，目前运行59.4万千瓦装机容量，全是90年代后的新装机组，其80年代之前的38万千瓦旧机组已全都退役了。

 

  2012年世界24个国家地热发电总装机容量1118.97万千瓦，美国装机容量312.93万千瓦居世界第一，其有世界最大的盖瑟尔斯地热电厂装机容量158.5万千瓦。世界地热发电前十名的其余国家还有菲律宾、印度尼西亚、墨西哥、意大利、新西兰、冰岛、日本、肯尼亚、萨尔瓦多。世界地热发电的年发电量715.6亿千瓦时。

 

  地热发电的方式主要有四种。高温地热干蒸汽(100%蒸汽)井(如意大利和美国)，将蒸汽导入汽轮机就发电了;如果是高温湿蒸汽(如新西兰)，需要先实施汽和水分离，然后蒸汽去发电，这称为闪蒸法发电，分离出的热水也可以再闪蒸出部分蒸汽去发电。另外有双工质法地热发电，是用中低温热水去加热某种有机介质(例氯乙烷)，使该介质产生几个压力的介质蒸汽去推动汽轮机发电。还有一种全流发电机，是将汽和水的混合物不做分离，混送入膨胀动力机，也能发电。

 

  我国的地热发电

 

  1970年12月广东省丰顺县邓屋村建造了我国第一台地热发电试验机组，利用91摄氏度的地热水，用闪蒸方法发电成功，其功率为86千瓦，后来发展成300千瓦。另外，在70年代，江西省宜春县温汤、河北省怀来县后郝窖、湖南省宁乡县灰汤、辽宁省盖县熊岳、山东省招远县汤东泉、广西象州市热水村相继建造了一批低温地热发电试验机组，利用水温67~98摄氏度，发电功率50~300 千瓦。这些小型地热发电试验机组，证明了低至67摄氏度也能发电，但效率较低，所以多数在完成试验后停运或者拆除，只有邓屋机组运行至今，为当地农村服务，效果明显。

 

  西藏羊八井地热电厂是我国自己建造的第一座商业性高温地热电厂，1977年功率为0.1万千瓦的第一台试验机组投入运行，1991年完成总装机容量2.418万千瓦(第一台0.1万千瓦机组退役)，都是闪蒸法发电，近年电厂年发电1.4亿千瓦时左右，总累计发电已近30亿千瓦时。

 

  我国在地热发电的遗憾是，1970年我国是世界上第7个地热发电的国家，但近30年来的发展缓慢，2010年在世界24个地热发电国家中，我国排名第18位。80年代和90年代，西藏还曾建过朗久0.2万千瓦机组和那曲0.1万千瓦机组，但分别因地热井产汽不足和地热水结垢严重，在运行数年后关停;同期在台湾清水和土场也曾建过共0.33万千瓦两台机组，后也因结垢严重而关闭。

 

  我国地热开发的第二个春天

 

  我国地热发电在沉睡20多年后开始苏醒。2009年及2010年国电龙源电力在西藏羊八井新增了两台功率为0.1万千瓦的全流发电机组，2013年发电1050万千瓦时。2011年华北油田在留北油田利用油井副产的热水安装了一台400千瓦机组发电成功。同年，民企江西华电电力有限公司在西藏羊易地热田试验成功400千瓦螺杆膨胀机发电，2012年又增设500千瓦快装机组发电。加上广东丰顺的300千瓦，现全国地热发电总装机容量2.778万千瓦，比以前低潮期增长了13%。

 

  尤其值得欣慰的是，江西华电电力有限公司决定承建羊易地热电厂，得到了西藏自治区政府和电力厅的支持，设计装机容量3.2万千瓦，拟分两期完成，一期1.6万千瓦预计在2014年实现。现在，地热生产井正加紧施工中，现已钻了2眼井，正准备测试和试验。恰逢去年国家能源局等印发的《指导意见》中明确了地热发电上网电价补贴政策，给项目吹来可喜的春风。1970年地质部长李四光教授倡导全国积极开发地热资源，要像对待煤炭和石油资源那样重视地热能开发，在当时计划经济下，全国轰轰烈烈掀起了地热勘查和开发的热潮，形成了地热开发的春天。我国的地热工作者体会到：我国地热开发的第二个春天现在来到了。

 

  我国从计划经济转为市场经济后，开发商投资地热，建设温泉度假村等项目，适应了富裕起来大众的需求，开发商赚了钱，也带动了后来的开发商跟踪投入。我们期望当前西藏羊易地热发电项目也能做出这样的示范和引导作用，带来我国地热发电的可持续增长。