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地?zé)豳Y源開發(fā)利用

中國地?zé)豳Y源按其屬性可分為幾類？

  ①高溫（〉150℃）對流型地?zé)豳Y源，這類資源主要分布在西藏、騰沖現(xiàn)代火山區(qū)及臺灣，前二者屬地中海地?zé)釒?/a>中的東延部分，而臺灣位居環(huán)太平洋地?zé)釒?/a>中。
  ②中溫（90-150℃）、低溫（〈90℃）對流型地?zé)豳Y源，主要分布在沿海一帶如廣東、福建、海南等省區(qū)；
 
 
  中國最著名的地?zé)岚l(fā)電在西藏羊八井鎮(zhèn)。羊八井地?zé)?/a>位于拉薩市西北90公里的當(dāng)雄縣境內(nèi)，據(jù)介紹，這里有規(guī)模宏大的噴泉與間歇噴泉、溫泉、熱泉、沸泉、熱水湖等，地?zé)崽?/a>面積達(dá)17.1平方公里，是我國目前已探明的最大高溫地?zé)?/a>濕蒸汽田，這里的地?zé)崴疁囟?/a>保持在47℃左右，是我國大陸開發(fā)的第一個(gè)濕蒸汽田，也是世界上海拔最高的地?zé)岚l(fā)電站。過去，這里只是一塊綠草如茵的牧場，從地下汩汩冒出的熱水奔流不息、熱汽日夜蒸騰。
 
  1975年，西藏第三地質(zhì)大隊(duì)用巖心鉆在羊八井打出了我國第一口濕蒸汽井，第二年我國大陸第一臺兆瓦級地?zé)岚l(fā)電機(jī)組在這里成功發(fā)電。
 
  位于藏北羊井草原深處的羊八井地?zé)?/a>電廠，是我國目前最大的地?zé)嵩囼?yàn)基地，也是當(dāng)今世界唯一利用中溫淺層熱儲資源進(jìn)行工業(yè)性發(fā)電的電廠，同時(shí)，羊八井地?zé)犭姀S還是藏中電網(wǎng)的骨干電源之一，年發(fā)電量在拉薩電網(wǎng)中占45％。 國內(nèi)對于地?zé)岬睦矛F(xiàn)狀 已投產(chǎn)運(yùn)行的地?zé)犭娬?/a>  我國最早的地?zé)岚l(fā)電是在廣東省豐順縣鄧屋， 利用92度地下熱水發(fā)電成功。當(dāng)時(shí)首次試驗(yàn)成功是86kW，后來又逐漸完善到300千瓦裝機(jī)容量，一直運(yùn)行到2008年。上世紀(jì)70年代，世界第一次石油危機(jī)爆發(fā)。當(dāng)時(shí)我國建起了7個(gè)中低溫地?zé)岚l(fā)電廠，除上面談到的，還有湖南省寧鄉(xiāng)縣灰湯300千瓦, 河北省懷來縣后郝窯200千瓦, 山東省招遠(yuǎn)縣湯東泉300千瓦, 遼寧省蓋縣熊岳200千瓦, 廣西壯族自治區(qū)象州市熱水村200千瓦和江西省宜春縣溫湯100千瓦。其中溫度最低的為67度的江西宜春縣溫湯，裝機(jī)容量為100千瓦。但是由于當(dāng)時(shí)的歷史時(shí)代，沒有在國際上發(fā)表論文，因此缺失了文獻(xiàn)記載。2006年美國才在阿拉斯加州建成了74度溫泉地?zé)岚l(fā)電200千瓦，但因?yàn)榘l(fā)表了論文，最終被稱為是“世界最低溫度發(fā)電”。這7座電廠中有5座于上世紀(jì)70年代末就陸續(xù)關(guān)停了，后兩座也于上世紀(jì)90年代初關(guān)閉。其原因主要是因?yàn)檫@類地?zé)岚l(fā)電在技術(shù)上可行，但在當(dāng)時(shí)的歷史條件下經(jīng)濟(jì)上不可行，不具備商業(yè)性。
 
  高溫地?zé)嵴羝l(fā)電卻為我國西藏經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)。上世紀(jì)70年代中期開始在西藏羊八井進(jìn)行地?zé)崽?/a>勘探，同時(shí)地?zé)犭姀S的設(shè)計(jì)和籌建同步進(jìn)行。1977年國慶節(jié)前夕，1000千瓦的高溫地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)機(jī)組發(fā)電成功。截至1991年，陸續(xù)完成8臺機(jī)組安裝，使羊八井地?zé)?/a>電廠達(dá)到25.1兆瓦的總裝機(jī)容量。至今, 羊八井地?zé)?/a>電廠每年運(yùn)行6000小時(shí)以上, 年發(fā)電在1.2億千瓦時(shí)以上。目前羊八井地?zé)犭娬?/a>已開發(fā)的主要是淺層資源，而儲藏于地表1400米以下的“大儲量、高品質(zhì)”的地?zé)豳Y源尚未開發(fā)，這部分深層地?zé)?/a>的總裝機(jī)容量保守估計(jì)至少為3萬千瓦。羊八井地?zé)犭娬?/a>未來開發(fā)潛力巨大。 展望  一個(gè)典型的地?zé)犭娬卷?xiàng)目的成本預(yù)算大致可劃分為：勘探占5%，評估占1%,許可證占1%,地?zé)峋?/a>占23% ,地?zé)崃黧w采集系統(tǒng)占7% ,電站占57% ,輸配電占4%. 其中,電站和地?zé)峋?/a>部分的成本占到了總成本的80% ,所以這兩方面的工程技術(shù)是發(fā)展的重點(diǎn)。
 
  我國是世界上利用地?zé)岵膳?/a>的大國,多年來在熱儲工程和地?zé)峋?/a>方面取得了長足發(fā)展。我國各地幾乎都有地?zé)峋?/a>,地?zé)峋淖畲笊疃纫堰_(dá)到4000米。但是,多年來我國地?zé)崮馨l(fā)電卻基本上處于停滯狀態(tài)。雖然羊八井地?zé)犭娬驹?a href="http://xldcn.com/t/地?zé)崃黧w.html" >地?zé)崃黧w采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閃蒸蒸汽熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、回灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電站運(yùn)行和管理等方面積累了一定經(jīng)驗(yàn),但羊八井地?zé)犭娬驹O(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)嚴(yán)重老化,一些重要設(shè)備如汽水分離器和過濾器等還沒有投入應(yīng)用,非常缺乏先進(jìn)的地?zé)岚l(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)和成套設(shè)備的集成技術(shù)。相比較而言,地?zé)岚l(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造和集成技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地?zé)崮馨l(fā)電的其他技術(shù)。
 
  因此,近期地?zé)崮?/a>發(fā)電優(yōu)先發(fā)展的方向應(yīng)是提高地?zé)岚l(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平和集成技術(shù)水平。我國完全具備盡快發(fā)展地?zé)岚l(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)和集成技術(shù)的條件和基礎(chǔ)。地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/電站發(fā)電.html" >電站發(fā)電設(shè)備與常規(guī)電站發(fā)電設(shè)備基本類似,比如地?zé)崞啓C(jī)與火電機(jī)組低壓缸的濕蒸汽部分相似。但需認(rèn)識到：應(yīng)當(dāng)牢牢抓住地?zé)崮?/a>發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn),如腐蝕、結(jié)垢等方面進(jìn)行深入的研究,才能開發(fā)出適用于地熱能發(fā)電的高性能設(shè)備。對于利用中間介質(zhì)系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備,則需要有更多的投入。
 
  近幾年，有研究人員嘗試著將不同的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行整合，較為可行的為中科院廣州能源所提出的“閃蒸—雙工質(zhì)循環(huán)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要是將閃蒸器的排污出水回流入傳統(tǒng)雙工質(zhì)的蒸發(fā)器內(nèi)，進(jìn)行熱量進(jìn)行回收。同時(shí)在傳統(tǒng)雙介質(zhì)系統(tǒng)的蒸發(fā)器前段加入一個(gè)預(yù)熱器，從而提高工作介質(zhì)工況，達(dá)到充分利用地?zé)豳Y源的目的。
 
  此外，在大力發(fā)展單純地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目的同時(shí)，發(fā)展電熱聯(lián)產(chǎn)事業(yè)是大有可為的。從全球范圍來看, 地?zé)犭娬径际桥c旅游事業(yè)緊密聯(lián)系在一起的，中國西藏自治區(qū)的羊八井地?zé)犭娬揪捅欢?a href="http://xldcn.com/t/旅游.html" >旅游勝地。將地?zé)犴?xiàng)目參觀、溫泉、旅游度假相結(jié)合，也是一個(gè)綠色低碳的創(chuàng)收點(diǎn)。
 
  按照地?zé)豳Y源儲存形式，可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和熔巖型5大類。根據(jù)其溫度不同劃分為高、中、低溫地?zé)?，但劃分方式略有不同。一般認(rèn)為小于90度的為低溫、90-160度為中溫、大于160度為高溫。在我國，多數(shù)時(shí)候?qū)⒊^150度的地?zé)豳Y源成為高溫地?zé)?/a>，低于150度的為低溫地?zé)帷?/div>
 
  地?zé)岚l(fā)電原理及技術(shù)
 
  根據(jù)可利用地?zé)豳Y源的特點(diǎn)以及采用技術(shù)方案的不同，地?zé)岚l(fā)電主要分為地?zé)嵴羝?a href="http://xldcn.com/t/地下熱水.html" >地下熱水、聯(lián)合循環(huán)和地下熱巖4種方式。蒸汽發(fā)電法、擴(kuò)容（閃蒸法）發(fā)電法、中間介質(zhì)（雙循環(huán)式）發(fā)電法和全流循環(huán)式發(fā)電法。
 
  地?zé)嵴羝l(fā)電
 
  工作原理: 把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質(zhì)， 然后使蒸汽做功發(fā)電。
 
  凝汽式發(fā)電   做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器， 冷卻后再排出。適用于高溫( 160度以上)地?zé)崽?/a>的發(fā)電。
  閃蒸系統(tǒng)地?zé)岚l(fā)電  用100℃以下的地下熱水發(fā)電，是如何把地下熱水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麃碜龉Φ哪?？水的沸點(diǎn)和氣壓有關(guān)，在101.325kPa下，水在100℃沸騰。如果氣壓降低，水的沸點(diǎn)也相應(yīng)地降低。 5O.663kPa時(shí)，水的沸點(diǎn)降到81℃；20.265kPa時(shí)，水的沸點(diǎn)為60℃;而在3.04kPa時(shí)，水在24℃就沸騰。
 
  根據(jù)水的沸點(diǎn)和壓力之間的這種關(guān)系，我們就可以把100℃以下的地下熱水送入一個(gè)密閉的容器中抽氣降壓，使溫度不太高的地下熱水因氣壓降低而沸騰，變成蒸汽。由于熱水降壓蒸發(fā)的速度很快，是一種閃急蒸發(fā)過程，同時(shí)熱水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽時(shí)它的體積要迅速擴(kuò)大，所以這個(gè)容器就叫做 “閃蒸器”或“擴(kuò)容器”。這種方法叫做“閃蒸法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”或“擴(kuò)容法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”。它又可以分為單級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)、兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)和全流法發(fā)電系統(tǒng)等。
 
  兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)，可比單級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)增加發(fā)電能力15～20％；全流法發(fā)電系統(tǒng)，可比單級閃蒸法和兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)的單位凈輸出功率，分別提高60％和30％左右。采用閃蒸法的地?zé)犭娬?，基本上是沿用火?a href="http://xldcn.com/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠的技術(shù)，即將地下熱水送人減壓設(shè)備——擴(kuò)容器，產(chǎn)生低壓水蒸氣，導(dǎo)人汽輪機(jī)做功。在熱水溫度低于 100℃時(shí)，全熱力系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)。這種電站，設(shè)備簡單，易于制造，可以采用混合式熱交換器。缺點(diǎn)是，設(shè)備尺寸大，容易腐蝕結(jié)垢， 熱效率較低。由于系直接以地下熱水蒸氣為工質(zhì)，因而對于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。
 
  中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電（雙循環(huán)）。
 
  通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)的工質(zhì)，使之變?yōu)檎魵猓缓笠源苏羝ネ苿?dòng)氣輪機(jī)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。因此，在這種發(fā)電系統(tǒng)中，采用兩種流體：一種是采用地熱流體作熱源；另一種是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為一種工作介質(zhì)來完成將地下熱水的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。所謂雙流系統(tǒng)地?zé)岚l(fā)電即是由此而得名的。常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂-11、氟利昂-12等。在常壓下，水的沸點(diǎn)為100℃，而低沸點(diǎn)的工質(zhì)在常壓下的沸點(diǎn)要比水的沸點(diǎn)低得多。
 
  例如，氯乙烷在常壓下的沸點(diǎn)為12.4℃，正丁烷為-0.5℃，異丁烷為-11.7℃，氟利昂-11為24℃，氟利昂-12為-29.8℃。這些低沸點(diǎn)工質(zhì)的沸點(diǎn)與壓力之間存在著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。例如，異丁烷在425.565kPa時(shí)沸點(diǎn)為32℃，在911.925kPa時(shí)為60.9℃；氯乙烷在101.25kPa時(shí)為12.4℃,16 2．12kPa時(shí)為25℃，354.638kPa時(shí)為50℃，445．83kPa時(shí)為60℃。根據(jù)低沸點(diǎn)工質(zhì)的這種特點(diǎn)，我們就可以用100℃以下的地下熱水加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)，使它產(chǎn)生具有較高壓力的蒸氣來推動(dòng)汽輪機(jī)做功。這些蒸氣在冷凝器中凝結(jié)后，用泵把低沸點(diǎn)工質(zhì)重新打回?zé)峤粨Q器，以循環(huán)使用。這種發(fā)電方法的優(yōu)點(diǎn)是，利用低溫位熱能的熱效率較高，設(shè)備緊湊，汽輪機(jī)的尺寸小，易于適應(yīng)化學(xué)成分比較復(fù)雜的地下熱水。
 
  缺點(diǎn)是，不象擴(kuò)容法那樣可以方便地使用混合式蒸發(fā)器和冷凝器；大部分低沸點(diǎn)工質(zhì)傳熱性都比水差，采用此方式需有相當(dāng)大的金屬換熱面積；低沸點(diǎn)工質(zhì)價(jià)格較高，來源欠廣，有些低沸點(diǎn)工質(zhì)還有易燃、易爆、有毒、不穩(wěn)定、對金屬有腐蝕等特性。  此種系統(tǒng)又可分為單級雙流地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)、兩級雙流地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)和閃蒸與雙流兩級串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)等。單級雙流發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電后的熱排水還有很高的溫度，可達(dá)50～60℃。兩級雙流地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，就是利用排水中的熱量再次發(fā)電的系統(tǒng)。采用兩級利用方案，各級蒸發(fā)器中的蒸發(fā)壓力要綜合考慮，選擇最佳數(shù)值。如果這些數(shù)值選擇合理，那么在地下熱水的水量和溫度一定的情況下，一般可提高發(fā)電量20％左右。這一系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，能更充分地利用地 下熱水的熱量，降低電的熱水消耗率；缺點(diǎn)是，增加了設(shè)備的投資和運(yùn)行的復(fù)雜性。
 
  聯(lián)合循環(huán)發(fā)電  聯(lián)合循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)就是把蒸汽發(fā)電和地?zé)崴?/a>發(fā)電2種系統(tǒng)合二為一，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是適用于高于150度的高溫地熱流體發(fā)電，經(jīng)過一次發(fā)電后的流體，在不低于120 的工況下，再進(jìn)入雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)行二次做功，充分利用了地?zé)崃黧w的熱能，既提高了發(fā)電效率，又將經(jīng)過一次發(fā)電后的排放尾水進(jìn)行再利用，大大節(jié)約了資源。該系統(tǒng)從生產(chǎn)井到發(fā)電，再到最后回灌到熱儲，整個(gè)過程都是在全封閉系統(tǒng)中運(yùn)行的，因此，即使是礦化程度很高的熱鹵水也可以用來發(fā)電，且不存在對環(huán)境的污染。同時(shí)，由于系統(tǒng)是全封閉的，即使在地?zé)犭娬局幸矝]有刺鼻的硫化氫味道，因而是100% 的環(huán)保型地?zé)嵯到y(tǒng)。這種地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)采用100%的地?zé)崴毓?/a>，從而延長了地?zé)崽?/a>的使用壽命。
  熱干巖過程法不受地理?xiàng)l件限制，可以在任何地方進(jìn)行熱能開采。首先將水通過壓力泵壓入地下4~ 6 km 深處，此處巖石層的溫度大約在200度左右。水在高溫巖石層被加熱后，通過管道加壓被提取到地面并輸入到熱交換器中，熱交換器推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化成電能。同時(shí)做完功后的熱水經(jīng)冷卻后可重新輸入地下供循環(huán)使用。這種地?zé)岚l(fā)電的成本與其他再生能源的發(fā)電成本相比是有競爭力的，而且這種方法在發(fā)電過程中不產(chǎn)生廢水、廢氣等污染，所以它是一種未來的新能源。
 
  巖漿發(fā)電。
 
  所謂巖漿發(fā)電就是把井鉆到巖漿處，直接獲取那里的熱量。這一方式在技術(shù)上是否可行，是否能把井鉆至高溫巖漿處，人們一直在研究中。如果真正鉆到地下幾千米才能鉆到巖漿， 采用現(xiàn)有技術(shù)也是很難實(shí)現(xiàn)的。另外， 對從巖漿中提取熱量，目前也只是進(jìn)行了理論上的研究。