地?zé)岚l(fā)電

我國地?zé)岚l(fā)電技術(shù)歷史和現(xiàn)狀

地大熱能地?zé)崮?多能互補(bǔ)新聞網(wǎng)訊:地?zé)崮?/a>是蘊(yùn)藏在地球內(nèi)部的一種潛力巨大的可再生能源,實(shí)際上包括兩類介質(zhì);一種是巖體熱資源;另一種是水(礦)熱資源地?zé)崂?/a>可以分為地?zé)岚l(fā)電地?zé)嶂苯永?/a>兩大類。經(jīng)過幾十年幾代人的努力,目前,常規(guī)地?zé)?/a>也就是水熱型地?zé)?/a>的直接開發(fā)利用,我國已處于世界先進(jìn)水平,利用的地?zé)崮?/a>總量居世界前列。相對(duì)而言,地?zé)岚l(fā)電近30年來發(fā)展緩慢,中低溫地?zé)岚l(fā)電停滯,高溫地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量很小,干熱巖資源發(fā)電尚屬空白。


我國地?zé)岚l(fā)電技術(shù)歷史和現(xiàn)狀-干熱巖發(fā)電-地?zé)岚l(fā)電投資-地大熱能

 

一、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

要讓地?zé)?/a>發(fā)電,首先要將熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能,然后將動(dòng)能再轉(zhuǎn)變成電能。用于發(fā)電地?zé)豳Y源,主要有三種,即水熱資源、地壓資源干熱巖資源。目前只有水熱資源用于商業(yè)發(fā)電,其余還處于試驗(yàn)階段。作為地下熱能的載熱體可以是蒸汽或是熱水,因此地?zé)岚l(fā)電分為地?zé)?/a>蒸汽發(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類。地?zé)?/a>蒸汽發(fā)電最為簡單,因?yàn)榈責(zé)嵴羝仁禽d熱體又是工質(zhì)。地下熱水發(fā)電須先汽水分離,水要排掉,使蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功,這種系統(tǒng)叫閃蒸系統(tǒng)(減壓擴(kuò)容系統(tǒng));或利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì),進(jìn)入汽輪機(jī)做功,這種系統(tǒng)稱雙流體系統(tǒng)(低沸點(diǎn)雙工質(zhì)系統(tǒng));還有一種全流系統(tǒng),將汽水混合物直接送入一個(gè)膨脹機(jī)做功,產(chǎn)生機(jī)械功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前實(shí)際應(yīng)用的地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)主要有擴(kuò)容閃蒸法、雙工質(zhì)法、螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)組。

 

二、我國地?zé)岚l(fā)電歷史與現(xiàn)狀

(一)中低溫地?zé)?/a>流體發(fā)電

20世紀(jì)70年代,我國先后在廣東、江西、湖南、廣西山東、遼寧河北等地共建成7處、利用100℃以下中低溫地?zé)?/a>流體發(fā)電的小型地?zé)嵩囼?yàn)電站:

 

1970年廣東豐順縣鄧屋,利用92℃地下熱流體采用閃蒸法發(fā)電試驗(yàn)成功,當(dāng)時(shí)的地質(zhì)部部長李四光先生還發(fā)去了賀電。首次發(fā)電裝機(jī)容量為86kW。1978年采用雙工質(zhì)法的第二臺(tái)試驗(yàn)機(jī)組發(fā)電量為200kW。1984年第三臺(tái)300kW機(jī)組投入生產(chǎn)。其中1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組完成試驗(yàn)不久后都停運(yùn)了,3號(hào)機(jī)組(300kW,水溫92℃,閃蒸)一直運(yùn)行至2008年因設(shè)備老化、腐蝕等問題停運(yùn)。

 

1971年在江西宜春縣建立的溫湯地?zé)嵩囼?yàn)發(fā)電站(2臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量100kW),是世界因地制宜利用中低溫地?zé)崴?/a>發(fā)電的范例。溫湯熱水溫度只有67℃,設(shè)計(jì)為一套雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)裝置,工質(zhì)采用氯乙烷。由于氯乙烷的沸點(diǎn)只有12.5℃,當(dāng)67℃的熱水流入蒸發(fā)器,加熱器內(nèi)的低沸點(diǎn)工質(zhì)氯乙烷立即汽化,蒸汽壓力立即升高,主汽門一開,蒸汽就推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。廠用電只需一臺(tái)7kW工質(zhì)泵,就能得到50kW的凈電。這是全世界地?zé)崴疁囟?/a>最低的一座小型地?zé)嵩囼?yàn)電站(美國阿拉斯加Chena電站記錄的世界上中低溫地?zé)岚l(fā)電下限為74℃),整個(gè)電站的廠用電也是最少的,非常成功,這一成果還獲得了1978年全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。

湖南寧鄉(xiāng)縣灰湯地?zé)嵩囼?yàn)電站也是一個(gè)比較成功的電站,1975年建成,利用98℃的溫泉,年裝機(jī)容量為300kW,電站由省電力系統(tǒng)統(tǒng)一管理,設(shè)備的建造和維護(hù)正規(guī),正常運(yùn)行30多年后到2008年終因設(shè)備老化停運(yùn)。

河北懷來縣后郝窯,利用85℃的地?zé)崃黧w建立發(fā)電站,也是采用雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),工質(zhì)為氯乙烷,裝機(jī)容量為200kW。

遼寧營口市熊岳地?zé)嵩囼?yàn)電站,熱水溫度84℃,采用正丁烷作為雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì),裝機(jī)容量為200 kW。

山東招遠(yuǎn)縣湯東泉地?zé)犭娬?/a>,熱水溫度98℃,裝機(jī)容量為300kW。

廣西象州市熱水村地?zé)犭娬?/a>,熱水溫度79℃,裝機(jī)容量200kW。

 

從以上資料可以看出:我國的中低溫地?zé)犭娬?/a>基本上是在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代建立的,雖然總裝機(jī)容量1.6MW微不足道,但都是當(dāng)時(shí)科學(xué)工作者因地制宜、自主探索獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)造了利用67℃地?zé)崃黧w的世界最低溫度發(fā)電歷史,沒用進(jìn)口設(shè)備,沒請(qǐng)外國專家,都是大學(xué)老師出圖紙,工廠試生產(chǎn),其技術(shù)是與世界同步的擴(kuò)容閃蒸法和雙工質(zhì)循環(huán)法。但這些小型地?zé)岚l(fā)電站均是試驗(yàn)研究性質(zhì),由于試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)減少、設(shè)備腐蝕等原因,其中5處在20世紀(jì)70年代末就認(rèn)為沒有經(jīng)濟(jì)效益而停止運(yùn)行,僅廣東省豐順縣鄧屋和湖南省寧鄉(xiāng)縣灰湯各300kW均運(yùn)行至2008年,最終因設(shè)備過于老化而停運(yùn)。


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(二)高溫地?zé)崮馨l(fā)電

我國高溫地?zé)崮馨l(fā)電西藏羊八井、朗久、那曲、羊易,云南騰沖,臺(tái)灣的清水、土場。目前僅羊八井地?zé)?/a>電站仍在運(yùn)行,其他電站均運(yùn)行時(shí)間不長,因結(jié)垢等原因停運(yùn)。

 

西藏羊八井地?zé)?/a>電站是我國目前唯一仍在運(yùn)行且效益較好的一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站。1975年發(fā)現(xiàn)的羊八井地?zé)嵴羝?,位于拉薩市西北90公里青藏公路線上,為一面積30平方公里的斷陷盆地,有十多個(gè)地?zé)犸@示區(qū),沸泉組成的熱水湖、大小噴氣孔、熱水泉星羅棋布。羊八井地?zé)?/a>蒸汽田內(nèi)的第一口鉆孔探至地下38~43米深時(shí),蒸汽和熱水混合物從鉆桿外沿噴出,高達(dá)15米以上,井口最大壓力3.1kg/cm2,蒸汽流量10t/h,井下溫度達(dá)到150℃左右。羊八井地?zé)?/a>蒸汽田是我國目前已知的熱儲(chǔ)溫度最高的地?zé)崽?/a>。我國第一座地?zé)嵴羝娬驹?a href="http://xldcn.com/t/西藏羊八井.html" >西藏羊八井于1976年建立,第一臺(tái)1MW試驗(yàn)機(jī)組于1977年發(fā)電成功,此后羊八井地?zé)犭娬?/a>經(jīng)過不斷擴(kuò)容,至1991年陸續(xù)組裝完成了另8臺(tái)3MW機(jī)組,同時(shí)第一臺(tái)1MW試驗(yàn)機(jī)組退役。此后維持裝機(jī)容量24.18MW,每年發(fā)電量1億度左右,在當(dāng)時(shí)拉薩電網(wǎng)中曾承擔(dān)41%的供電負(fù)荷,冬天甚至超過了60%,被譽(yù)為世界屋脊上的一顆明珠。2008年“國家863計(jì)劃”支持在羊八井地?zé)犭娬拘略霭惭b了1MW低溫雙螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組,利用電站排放的80℃廢熱水發(fā)電運(yùn)行,2009年羊八井地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/電站發(fā)電.html" >電站發(fā)電量達(dá)到1.419億度。至今羊八井地?zé)犭娬疽堰\(yùn)行40多年,每年運(yùn)行6000小時(shí)以上,年均發(fā)電量超過1.2 億度。此外羊八井還建有地?zé)釡厥曳N植多種蔬菜,一年四季向拉薩供應(yīng)新鮮蔬菜。目前西藏羊八井地?zé)犭娬究傃b機(jī)容量為25.18 MW。


西藏的地?zé)犭娬具€有羊易地?zé)犭娬荆诠ぷ鳒囟?09℃,裝機(jī)容量30MW;阿里朗久地?zé)犭娬荆?臺(tái)1MW機(jī)組,總裝機(jī)容量2MW;那曲地?zé)犭娬?992年由聯(lián)合國捐贈(zèng)建設(shè),采用美國ORMAT技術(shù),井口工作溫度110℃,裝機(jī)容量1MW,但該地?zé)犭娬?000年停產(chǎn)。


其他高溫地?zé)岚l(fā)電站有云南騰沖地?zé)崽?/a>,井口工作溫度250℃,裝機(jī)容量12MW;臺(tái)灣清水地?zé)犭娬居?977年建立,2臺(tái)1.5MW機(jī)組,裝機(jī)容量3MW;臺(tái)灣土場地?zé)犭娬?983年建成,井口工作溫度173℃,雙工質(zhì),1臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量0.3MW。

 

三、地?zé)岚l(fā)電大有可為

目前國際上評(píng)價(jià)一個(gè)國家地?zé)岚l(fā)展的程度,往往是以這個(gè)國家地?zé)岚l(fā)電的產(chǎn)出作為判斷根據(jù)。因?yàn)榈責(zé)岚l(fā)電要求比較高的技術(shù),地?zé)岚l(fā)電能產(chǎn)生二次能源,為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。根據(jù)國際地?zé)釁f(xié)會(huì)(IGA)的統(tǒng)計(jì),至2015年全球有34個(gè)國家建有地?zé)犭娬?,總裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到18500MW,地?zé)岚l(fā)電10年內(nèi)增長率為13.4%。同時(shí)預(yù)測利用現(xiàn)有技術(shù),世界地?zé)岚l(fā)電潛力至2050年裝機(jī)容量可望達(dá)到70GW;若采用新的技術(shù)(增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)EGS),則裝機(jī)容量可以翻一翻(140吉瓦)。若用地?zé)岚l(fā)電替代燃煤發(fā)電,至2050年將可減少二氧化碳排放每年10億噸,若替代天然氣發(fā)電則可每年減少5億噸。

 

我國地?zé)岚l(fā)電探索起步不算晚,但近30年來發(fā)展緩慢,在世界各國中處于較為落后的局面,地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量世界排名第15位,年發(fā)電量排在世界第14位。從地?zé)岚l(fā)電基礎(chǔ)理論和設(shè)備裝配角度看,我國利用技術(shù)水平已相當(dāng)成熟。從資源儲(chǔ)量角度分析:全國已發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)3200多處,其中具備高溫地?zé)?/a>發(fā)電潛力有255處,預(yù)計(jì)可獲發(fā)電裝機(jī)5800MW;干熱巖蘊(yùn)藏熱能量巨大,我國大陸3000米至10000米深處干熱巖資源總計(jì)為2.5×1025J,相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,是我國目前年度能源消耗總量的26萬倍;中低溫地?zé)豳Y源豐富,在東南沿海、華北等地具有很好的中低溫地?zé)岚l(fā)電前景,目前開發(fā)利用量不到資源保有量的千分之一,總體資源保證程度相當(dāng)好。

 

我國境內(nèi)的環(huán)太平洋地?zé)釒?/a>和地中?!柴R拉雅(滇藏)地?zé)釒?/a>蘊(yùn)藏有豐富的高溫地?zé)豳Y源。我國擁有150℃以上高溫溫泉區(qū)近百處,主要集中分布在西藏南部、滇西地?zé)釒?/a>和臺(tái)灣地?zé)釒?/a>。西藏有沸泉44個(gè),根據(jù)地球化學(xué)溫標(biāo)推算高溫水熱對(duì)流系統(tǒng)有61個(gè),估計(jì)發(fā)電潛力可達(dá)1930.11MWe30a。羊八井地?zé)嵴羝飪?nèi)的ZK4001地?zé)峋?/a>,井口工作壓力15×105Pa,工作溫度200℃,汽水總量302t/h,其中蒸汽流量37t/h,單井發(fā)電潛力即可達(dá)到12.58MW。羊易地?zé)崽?/a>具有30MW裝機(jī)的建站條件,遠(yuǎn)景發(fā)電潛力可達(dá)50MW。高溫地?zé)?/a>蒸汽首先用于發(fā)電,地?zé)犭姀S發(fā)電尾水向城市建筑供暖,可實(shí)現(xiàn)高溫地?zé)岚l(fā)電—尾水供暖梯級(jí)利用,達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的雙贏,無論從資源角度、還是從市場方面,有著廣闊的前景。西藏有高溫地?zé)?/a>蒸汽發(fā)電成功經(jīng)驗(yàn),地?zé)豳Y源豐富但開發(fā)利用程度較低,進(jìn)一步開發(fā)羊八井深部熱能,可提高羊八井地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/電站發(fā)電.html" >電站發(fā)電能力。加大加快青藏路沿線地?zé)豳Y源開發(fā)力度,以現(xiàn)有地?zé)犭娬緸榛A(chǔ),建立高溫地?zé)衢_發(fā)利用示范基地,以此帶動(dòng)云南、福建、臺(tái)灣等地區(qū)的高溫地?zé)衢_發(fā)利用。

 

改進(jìn)中低溫(100℃以下) 地?zé)岚l(fā)電技術(shù),使經(jīng)濟(jì)上更具競爭力。轉(zhuǎn)變“中低溫地?zé)岚l(fā)電在技術(shù)上可行、但經(jīng)濟(jì)上不可行”的歷史偏見和認(rèn)知誤區(qū)。太陽能光伏發(fā)電10萬元裝機(jī)1kW,年運(yùn)行2000小時(shí);而中低溫地?zé)岚l(fā)電1萬元裝機(jī)1kW,可實(shí)現(xiàn)年運(yùn)行6000小時(shí)以上,優(yōu)勢(shì)顯而易見。經(jīng)濟(jì)性要從長遠(yuǎn)的角度看,不能只從單一的經(jīng)濟(jì)利益來評(píng)價(jià)地?zé)岚l(fā)電,還應(yīng)認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)的是無碳的二次能源,包括能源結(jié)構(gòu)的改善、環(huán)境效益等。

 

另外,大量的礦山企業(yè)、燃煤電站和諸多油田廢棄油井所排放的高于80℃以上的廢水,采用雙流體系統(tǒng)發(fā)電,可以物盡其才廢物利用。尤其是油氣田伴生的中低溫地?zé)豳Y源總量非常巨大,綜合開發(fā)利用將給我國地?zé)岚l(fā)電帶來新的機(jī)遇。油田區(qū)注水采油,使許多油田含水率已達(dá)90%,實(shí)際上是“水田”。地?zé)岚l(fā)電成本高在于鑿井費(fèi)用,利用油氣田已有井孔,可大量節(jié)省打井費(fèi)用,減少60%投資。油氣田綜合開發(fā)利用地?zé)豳Y源發(fā)電成本增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)的1/4或1/5。已有統(tǒng)計(jì)預(yù)算:僅是我國任丘油田可供發(fā)電的中低溫(90~150℃)地?zé)豳Y源就可建2000MW以上的地?zé)犭娬尽S蜌馓飬^(qū)開發(fā)地?zé)豳Y源,可以產(chǎn)生油—熱—電聯(lián)產(chǎn)井綜合效益,將是今后地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。


我國地?zé)岚l(fā)電技術(shù)歷史和現(xiàn)狀-干熱巖發(fā)電-地?zé)岚l(fā)電投資-地大熱能

 

向深部干熱巖進(jìn)軍干熱巖資源量占全部地?zé)豳Y源的98%,潛力無比巨大。地殼中干熱巖所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全球所有石油、天然氣煤炭所蘊(yùn)藏能量的30倍,是一種可再生能源,可以說取之不盡、用之不竭,是地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域新的突破點(diǎn)。目前,全球眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家對(duì)干熱巖的發(fā)電研究方興未艾。世界上第一個(gè)商用增強(qiáng)型地?zé)岚l(fā)電廠已經(jīng)在德國建成,2007 年投入運(yùn)行每年可發(fā)電2200 千瓦時(shí)。建造一個(gè)干熱巖發(fā)電廠一般需要5年時(shí)間,其使用壽命一般在15~20年左右。我國增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)的具體目標(biāo)是:初步將2020年作為技術(shù)成熟期,2035年形成規(guī)模開發(fā),2050年將地?zé)岚l(fā)電的目標(biāo)設(shè)定為全國總裝機(jī)容量的5%~10%,這是非常高的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),地?zé)峤缭谂Α?/p>


科考認(rèn)為西藏南部上地殼中的熔融層是尋找增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的有利地區(qū),羊八井深部和云南騰沖熱海熱田的發(fā)電潛力可達(dá)到100GWe。2007~2008年中、澳簽訂合作協(xié)議共同承擔(dān)“中國工程地?zé)嵯到y(tǒng)資源潛力的研究”項(xiàng)目,兩國科學(xué)家多次在云南、廣東、福建、江蘇等地考察,選擇福建漳州和江蘇北部為前景區(qū)。


2010年國土資源部啟動(dòng)“我國干熱巖勘查關(guān)鍵技術(shù)研究”。2012年科技部863項(xiàng)目啟動(dòng)“干熱巖熱能開發(fā)綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究”。高溫巖體地?zé)豳Y源豐富、地?zé)崽荻雀叩?a href="http://xldcn.com/t/青海.html" >青海共和盆地作為我國干熱巖優(yōu)先開發(fā)地區(qū),投入了深部地球物理勘探,實(shí)施了干熱巖科學(xué)鉆探,2017年8月位于青海省共和縣的GR1井實(shí)施固井一次成功,井深3705米探獲236℃優(yōu)質(zhì)干熱巖,成為國內(nèi)溫度最高的干熱巖井。


2019年自然資源部中國地質(zhì)局正式印發(fā)《青海共和盆地干熱巖勘查與試驗(yàn)性開發(fā)科技攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案(2018~2025)》,明確總體目標(biāo):通過協(xié)同攻關(guān),最終突破干熱巖勘查開發(fā)重大技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)干熱巖勘探開發(fā)重大儀器國產(chǎn)化,建立中國首個(gè)可復(fù)制推廣的經(jīng)濟(jì)型、規(guī)?;蔁釒r開發(fā)示范工程。一旦試驗(yàn)成功并廣泛推廣應(yīng)用,則又是地?zé)岚l(fā)電的一個(gè)歷史里程碑。

 

最后,國家給予政策財(cái)政支持。相比風(fēng)能太陽能等其他可再生能源,地?zé)岚l(fā)電具有很高的利用效率。據(jù)《聯(lián)合國世界能源評(píng)價(jià)報(bào)告》(2007),地?zé)岚l(fā)電的利用效率高達(dá)72%~76%,是風(fēng)能的3~4倍、太陽能的4~5倍。增加我國地?zé)岚l(fā)電的裝機(jī)容量,既可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,又可以在減排的國際談判中爭取話語權(quán)。建議參照其他可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,給予地?zé)岚l(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼,鼓勵(lì)和吸引更多企業(yè)和資金投入到地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目中來。