地热发电的利用形式

 地热能是可持续利用的地球内部的一种低品位清洁能源，地热能相对于风能、太阳能等低品位能源具有连续性和稳定性等方面的优势。地热能按照地热水温度的高低可以分为三种：大于150 ℃为高温热源，介于90～150 ℃为中温热源，低于90 ℃为低温热源。我国目前对地热资源利用以直接利用为主，如地热供暖、温室、家庭用热水、水产养殖等；但随科学技术的发展，地热能地利用逐步趋向发电模式的间接利用方向发展，特别是对于中高温热源。近几年，美国、印尼、冰岛、新西兰等国家成为地热发电装机容量发展速度最快的国家。预计到2050年，全球地热发电利用的装机容量将达到70GW。
 
  按照目前现存地热电站发电利用方式，地热发电模式主要分为四种类型：干蒸汽地热发电模式、闪蒸地热发电模式、双循环（有机朗肯循环）地热发电模式和干热岩发电模式四种。
 
  地热干蒸汽发电模式是利用地热蒸汽直接推动汽轮机运转产生轴功，进而产生电能。系统优点是运行安全可靠，但这种发电模式适合于高温高压的地热能。
 
  双循环发电系统也称有机朗肯循环系统。系统的核心是以低沸点有机物为循环工质，有机工质单独在封闭系统中循环流动。
 
  有机工质在换热器中从地热流体中获得热量后变为蒸汽，蒸汽进入汽轮机输出轴功带动发电机转动发电，从汽轮机排出的乏汽在冷凝器中冷却为液体，然后由泵加压进入热交换器，完成一个封闭的循环；地热流体在经过换热器后被注入回灌井注入地下。有机工质主要为碳氢化合物及其含氟、氯物质。当地热流体的温度较低时，采用“降压扩容法”系统效率较低，而且技术上有一定困难，而利用有机朗肯循环发电系统则较为合适。双循环电系统可利用低品位，腐蚀性大的地热流体作为热源，适合于中，低温地热发电。
 
  地热水（汽）扩容发电模式为高温地热流体首先经过汽、水分离器进行分离，原理是当地热水压力骤然降低，部分热水闪蒸成饱和蒸汽，这部分蒸汽从分离器中单独引出后推动汽轮机发电。根据地热水（汽）的具体状态，发电系统分为一级扩容、二级扩容及多级扩容模式等。三级以上扩容发电模式结构相对复杂，目前尚未采用。一级扩容模式的优点是系统结构简单，运行可靠，操作方便；缺点是排水温度高，造成循环热效率一般低于10%。二级扩容系统的设备和系统相对复杂，系统热效率相对较高；在相同冷热源的条件下，系统热效率比一级扩容循环高20%～30%。
 
  干热岩发电模式是利用地下深层干热岩体加热流体发电的设想，发电原理为打两口深斜井，从其中一口井中将冷水注入到干热 岩 体中加 热直蒸汽状 态，从另一口井中抽取出，现存系统发电功率可达2300Kw。对干热岩发电模式研究的还有英国、法国、德国、日本和俄罗斯，但迄今为止无大规模应用。
 
  我国在20世纪70-80年代，在适宜的地区，开展了地热发电系统试验研究，并先后在广东丰顺、江西温场、山东招远、北京怀来、辽宁熊岳、湖南灰汤、广西象州等地建立扩容或有机朗肯循环发电站。但由于经济及安全等问题，地热发电电站几乎处于全部停运。在2010年世界地热大会报告中提到，近30年内中国地热发电几乎没有实质进展，目前只有羊八井地热电厂仍在运行。
 
  但是随着能源短缺问题日益严重和经济发展需要，关注地热发电方面发电技术的研发和应用的科研队伍不断壮大，如我国西安交通大学、浙江大学、天津大学、上海交通大学及北京工业大学等院校的科研工作者都积极投入到其中，地热发电电站不断出现；如2008年一台1000Kw双螺杆膨胀动力地热发电机组示范工程在羊八井安装，年发电量达到600-700万度，可节约3500 t标煤。
 
  我国地热资源储量丰富，但是对中高温地热资源勘探技术相对滞后，国家应在对地热发电支持和政策补贴等方面减少与其他可再生能源的差距；同时，科研工作人员应针对我国地热实际情况研究适合我国的地热发电技术，提高地热发电利用。