美国加利福尼亚州英布里尔谷的希伯二段闪蒸地热发电站

一.地理位置概况

美国加利福尼亚州与太平洋、俄勒冈州、内华达州、亚利桑那州和墨西哥的下加利福尼亚州接壤。加利福尼亚拥有多样的自然景观，包括壮丽的峡谷、高山和干燥的沙漠。加州面积41万平方公里，是美国第三大州。大多数大城市位于太平洋沿岸较凉爽的地带，包括旧金山、洛杉矶和圣地亚哥。中央谷地是农业区。

内华达山位于加州中部和东部。其中的惠特尼峰海拔4,418米，是美国本土最高点。全球著名的优圣美地国家公园也位于该区域。此外还有一个很深的淡水湖——太浩湖。内华达山的东部有重要的海鸟栖息地欧文斯峡谷和蒙罗湖。

在南部有横岭和一个咸水湖索尔顿湖。位于中南部的一块沙漠叫作莫哈韦沙漠。莫哈韦沙漠的东南面有死亡谷。这里有北美最低点。

加利福尼亚位于圣安德利亚断层，经常发生地震。虽然美国的地震大部分发生在阿拉斯加和密西西比河流域，但由于人口密度较高，加州的地震往往会造成更大损失。

加州南部为热带沙漠气候，气温变化较大，年降雨为10英寸。沿海地区由于加利福尼亚洋流的影响，则为地中海型气候，冬湿夏燥。加州境内的高山，包括内华达山是高山气候，冬天降雪，夏天并不很热。

如图,是加利福尼亚州的地貌地形图,希伯地热发电站的位置在索尔顿湖以南的因皮里尔县.
因皮里尔县（Imperial County）是美国加利福尼亚州的一个县.希伯是英皮里尔县的一个城镇,位于美国加利福尼亚州距墨西哥边界以北大约十公里的地方.希伯坐落在富饶的英皮里尔谷中,人口3000左右,当地居民以农业和畜牧业为生.英皮里尔地势平坦,西临桑塔山,东靠乔克力特山.

英皮里尔峡谷位于加州南部与墨西哥接壤的地方,近年来,它是美洲大陆地震活动最强烈的的地区之一.如下图所示因皮里尔县所处加州的位置。

二、希伯地热发电站所在区域的构造演化历史

如图所示,希伯地热田位于Ia带上,属于东太平洋洋中脊型地热亚带。
 

希伯地热田发育在环太平洋地热带上。环太平洋地热带是世界上最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界。世界许多著名的地热田如盖瑟尔斯；墨西哥的赛罗等地热田均在这一带。

如图为加利福尼亚南部地区主要构造图，希伯地热田坐落在美国与墨西哥边界北方大约十公里,肥沃的英皮丽尔谷中。从构造图可以看出在太平洋板块与美洲板块碰撞挤压过程中，形成了一系列的北西向的断层：圣安德烈断层，圣加布里尔断层，圣哈辛托断层、纽波特-因格尔伍德断层，这些断层大致相互平行，呈雁列状分布。北东向的加洛克断层形成的时期要早于圣加布里尔断层，如图中加洛克断层被圣加布里尔断层切断。平行于加洛克断层位于其南部的白狼断层。碰撞形成了一系列的山脉，如东西向的横向山脉，南北走向的内华达山脉东南走向的半岛山脉。早期形成的东南向的断层和山脉是由于碰撞的应力方向是与碰撞带相垂直的，形成了加洛克断层，后期板块完全相互接触，板块边缘受力比较均匀，便沿着整个东太平洋海岸形成平行于碰撞带的构造活动，如圣安德烈断层等。

RF:里科断层，B F： 布劳利断层，NE北部扩展断层沿断层阴影带表示1979年地震地表破裂的发生区。斜线区表示的布劳利地震带是从因皮里尔断层北端向北西向延伸的高地震活动区。索尔顿海和布劳利地热场也用阴影区表示。
 

1979年因皮里尔断层的地表破裂从边境线北5公里处向北西延伸33.1公里 达布劳利南。因皮里尔断层的走向主要为北37°西,与图1中的一系列北西向的断层基本呈雁列状分布。然而,该断层北西端有5公里多弯曲转向北延伸因皮里尔谷地震与断层活动因皮里尔谷是加利福尼亚地震活动最强的地区之一。地震活动主要发生在布劳利地震带内、该带是位于因皮里尔断层北段与圣安德烈斯断层南段之间的高地震活动区。因皮里尔断层与圣安德烈斯断层均总体为北西向的右旋走滑断层。

希伯地热田坐落在英皮里尔峡谷中，英皮丽尔峡谷位于因皮里尔断层北西向延伸带上，处于布劳利地震带中，按照地理位置分析，希伯地热田位于布劳利地热场中。
 
三、希伯地热电站的地质特征
  早期，希伯地区表面并没有明显的地热显示，后来在索尔顿湖的北边发现了正的热异常。并穿过英皮丽尔谷进入墨西哥,直接插入加利福尼亚湾.所有的整个区域的地热特征在于它比正常的热流和最近的火山热异常更高。事实上,基于希伯正南的正重力异常，希伯在20世纪60年首次被雪佛龙公司探索为现代的石油和天然气的前景区。在20世纪70年代，受近期在塞罗·普列托发现的向南的重力异常的刺激，开始了几个浅层的温度梯度钻井。钻井结果表明，高温地热异常和重力异常是延续了至少15.5平方公里的区域。
     希伯所处地层主要为15～30％的孔隙度的晚侏罗世的砂岩, 页岩盖层在约2000英尺（600米），页岩和砂岩呈互层状,厚度约为8000≥10000英尺（2400-3000米），而且页岩所在的深度越深页岩就越薄。热源大约195℃，距离镇上南南东向大约两英里。在它往上向西北偏北的方向穿越盖层的过程中。产生的液体温度大约为350~370华氏度，也就是（175-188℃），所在深度大约1200米。热田内发育的北西向断层，为地热流体提供了构造通道。

如图，希伯地热发电站位于图中的加州最南端的温度高于100℃的地热异常区域。
四、美国希伯二段闪蒸地热发电
 
所谓二段闪蒸,就是利用热水中一部份低压闪蒸蒸汽,其余热水经过二段分离器连续地进行热交换而产生的闪蒸蒸汽,来进行发电。
发电工作过程:把地热水压入热交换器 ,使热交换器的90%异丁烷和10%异戊烷组成的工质蒸发驱动汽轮机进行发电。用这种方式发 电时地热水不接触汽轮机叶片,可减少直接冲洗中出现的腐蚀问题。但热交换器和工质凝缩器都必须用铁素体不锈钢做成。
该发电所于1985年初开始供应180℃的地热水,速度为每小时270吨,逐步达 到实用水平。在热水供应系统中为避免冲洗必须保持高压,另外为确保流量在坑内还要使用泵。液体保持高压后抑制 了气体的产生,有减少水锈粘附的优点。汽轮机的工作效率预计为86% ,这种方式比直接冲洗系能更有效地利用中温地热水。在这个发 电所中返回热水的温度是70℃,对直接冲洗式的100℃来说还能提取多余的30%的热量。还可进一步通过变更冷却水系统发出70兆瓦的电能。
在美国加利福尼亚州英布里谷的希伯地区,“ 切维尔 .地热开发”公司和协作企业共同建造的世界上最先进的商业化二段闪蒸地热发电站已开始营运。该电站造价1亿3000万美元 ,装讥容量4.7万千瓦。它与希伯1英里外的世界上最初商业化的双循环地热电站(造价1亿8800万美元) 相并列。
   若7600亩的地热储安全开发,可供50万千瓦地热电站运行30年。美国地热储层的80一85 % 是中温热水,若此二.段闪蒸技术达到商业化水平,则地热发电可以扩大,可达美国能源需要量的5%和加州的10% 。


希伯双闪蒸地热发电站俯瞰图。

五、美国是世界上地热发电发展最好的国家
地热资源在全球的分布主要集中在3个地带：第一个是环太平洋带，东边是美国西海岸，南边是新西兰，西边有印尼、菲律宾、日本还有中国台湾。第二个是大西洋中脊带，大部分在海洋，北端穿过冰岛;第三个是地中海到喜马拉雅，包括意大利和我国西藏。全球来说，由于地热资源分布的不平衡，各国地热利用情况也不同。 
美国地热发电增长迅速，世界上开发利用地热最好的国家应该是美国。美国不仅地热资源多，而且利用很充分。美国地热资源协会统计数据表明，目前美国利用地热发电的总量为220万千瓦，相当于4个大型核电站的发电量。目前，利用地热发电最多的是美国，既包括低温地热利用方面，也包括设备容量。美国现有60万台地热热泵在运转，占世界总数的46%。2011年，美国专家建议将地热作为美国“关键能源”。