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1、地热发电技术及其关键影响因素2、华北油田公司第五采油厂应急抢险站 河北任丘 052360摘要：为了促进我国地热发电大规模开发，本文收集了我国地热资源的数据， 总结了地热资源的特点以及我国地热能开发的相关指导原则和现状，总结了几种 典型的地热发电技术，争论和总结了影响地热发电关键因素，从而实现地热发电 利用。关键词：地热发电；发电技术；有机朗肯循环随着碳中和目标的设定，化石能源的消费比例估量将大幅下降，可再生能源 的份额也将大幅增加。地热能是一种清洁、可再生、低碳的能源，具有持续稳定、对气象季节影响小、利用率高、储存量大、使用本钱低等优点，具有宽阔的应用 前景，将在将来的电力系统中发挥重要作用。
2、中国地热资源丰富，占世界地热储 量的 7.9%。有效利用地热资源对于削减化石能源消耗和实现碳中和至关重要。一、地热资源及其分类地热资源是在现有的技术、经济和地质条件下，从地壳中科学合理地开发出的岩石和地热流体的热能。地热是一种长期地质作用形成的矿产资源，集热能、矿物原料和水于一体。地热资源可分为以下几个类型。1. 地热蒸汽资源。它是一个受高温蒸汽掌握的地下热液系统，地质条件不同， 储量小。地表深度通常约为 1.5 km。2. 地热热水型资源。它是一个地下热流体对流系统，主要由水产生。它是由地热区的水形成的，从储热岩中猎取能量，包括热水和湿蒸汽。这些资源分布广泛，储量丰富，是重要的争论课题。3.
3、 地热地压型资源。为 2km/3km 深度，它以高压水的形式存在，并溶解大量碳氢化合物。在开发过程中，可以同时产生加压、热能和化学能。4. 地热干热岩资源。在地壳深处，岩石的温度很高，可以积聚大量热能。干热岩地热资源主要指地表以下约 10 公里处的枯燥无水热岩石。这些资源格外可观，将成为将来的主要进展方向。5. 地热岩浆型资源。它是一种巨大的能量，存在于深部地层中，处于完全熔融或半熔融状态。二、典型地热发电技术1. 水蒸气朗肯循环。也称为干蒸汽发电，其流程如图 1 所示。图 1 简洁水蒸气朗肯循环示意地热井中的高温蒸汽首先通过颗粒过滤器经过，然后进入汽轮机膨胀驱动发电机；膨胀的蒸汽通过冷凝器冷
4、凝成液体，然后倒入地下完成循环。水蒸气朗肯循环技术成熟，系统简洁，低本钱投资，但对地热田的需求很高。这仅适用于干蒸汽含量高的地热能，不适用于低容量情景，也适用于窄范围情景。2. 闪蒸循环。又称扩容式发电，主要是通过闪蒸器或扩容器，使地热流体在两相压力快速降低到饱和蒸汽以下对应的温度，并在短时间内将其转化为蒸汽。此过程通常称为扩容。然后蒸汽进入汽轮机膨胀，驱动发电机发电；由冷凝器和冷却器冷却，然后注回地面。快速循环具有简洁、牢靠、本钱低、维护便利等优点，其缺点是体积大、易结垢、易腐蚀、闪蒸能耗高、发电回收效率低。它只适用于干岩的蒸汽和耐热地热能，不适用于热型地热。3. 有机朗肯循环。是一种在低沸
5、点有机液体上运行的地热发电技术。它具有简洁、敏捷、稳定和牢靠、使用寿命长、对热源温度要求低、安装容量范围广从 1 kW 到 10 MW等优点。地热流体通过蒸发器将热量传递给有机液体，并将其注入地下；有机液体吸取热量，在高压下将其转化为蒸汽，然后将其注入膨胀机以驱动发电机。膨胀后，废气进入冷凝器，在工作泵加压后转化为冷却液，进 入蒸发器连续吸取热量并完成循环。基于朗肯循环原理，利用有机流体沸点特性， 在低温蒸汽压力甚至高于临界压力下获得 ORC 系统，在中低温下产生地热发电。4. 卡林那循环。是一种以氨为工质的地热发电技术。地热流体通过蒸发器将热量传递给氨溶液。高温溶液进入分别器，分为氨和贫氨溶
6、液。富含氨的蒸汽进入膨胀机，驱动发电机。贫氨溶液在工质出口加热溶液泵；膨胀氨蒸汽与耗尽的氨溶液混合，然后在电容器中冷凝，然后由工作泵重加压以完成循环。Kalina 循环承受可变吸热和散热。使用热源和冷却液可以很好地调整温度。理论发电效果较高，但由于氨溶液的特别性、系统简单性和掌握困难，组件和系统的密封要求高。5. 全流发电系统。是一种地热发电技术，将地热井的全部流体蒸汽、水、 不凝气体等直接输送至全流膨胀机进展膨胀。其流量与蒸汽朗肯循环相像，但 省略了过滤装置，使用全流量膨胀机代替蒸汽轮机。从理论上讲，全流量发电系 统可以将地热流体直接扩展到放电状态，使发电系统更加高效和简洁。然而，全 流量膨
7、胀机必需使用耐腐蚀、耐磨材料，并具有实现两相膨胀的力量，因此工艺 设计格外困难。全流发电系统主要应用于高温蒸汽地热和干岩地热，而非热液地 热。与蒸汽朗肯循环相比，全流量发电系统可以应用于干旱程度较低的蒸汽地热。就相对闪变周期而言，全电流发电系统避开了闪变过程中的能量损失。全功率发 电系统的概念提出较早，但其争论和应用相对滞后。近年来，只有有用的地热发 电厂。例如，ORC 系统通常与闪电周期一起使用。雷电后的液态地热流体可作为ORC 系统的热源流体，以实现更高的发电效率。三、关键影响因素1. 地热温度。地热温度越高，发电就越简洁。地热流体在每一流体中的能量越高，其效率越高。以 R1234ze(E
8、)为例，争论了温度对系统净功率和净发电效率的影响，优化了 ORC 系统蒸发压力和水轮机进口温度。计算模型和系统限制当热水温度从 80 上升到 150时，单位地热净耗水量从 5.2 增加到 50.9 kW，并渐渐增加。系统的净效率将从 7.8 提高到 11.5%，但增长将放缓。在不同的运行条件和不同的循环模式下，系统的净功耗不同，但质量改善趋势大致一样。2. 地热流量。流量越大，地热发电规模越大，单位系统投资本钱越小，经济效益越高。随着热水流量的增加，ORC 系统将大大削减。在 150时，地热流量从 5 增加到 20 kg/s，在 DPP 系统中，地热流量从 14.6 年增加到 8.2 年。该系
9、统热效率的显著提高，从发电和利用的角度增加了地热能的开发潜力，大流量地热资源的开发具有重要意义。3. 气候环境。当地的气候条件，包括环境温度和丰富的水资源，也是地热开发的重要因素。环境温度影响电力系统冷源温度，环境温度越低，冷热源温差越大，发电效率越高。水资源的丰富程度不仅打算了地热能的适宜性，也打算了地热发电机组冷却方式的选择。水资源丰富的地区可以使用水冷，但空气冷却只能在水资源缺乏的地区使用。冷却水可到达较低的冷凝温度，有利于提高能效和经济效益。风冷具有良好的节水性能，适用于冬季极低的温度。它应用广泛，但冷凝温度高，降低了生产效率和经济效益。4. 地质条件。地质条件包括地形地貌、成藏深度、
10、简单地质构造、孔隙、地热水等主要介绍了地层平面、湿度高、地质稳定性好、完井密度高、对再生场敏感性高。高温地热能主要分布在西南山区，是制约我国地热能进展的主要障碍之一。我国地热资源丰富，分布广泛，地热能稳定、清洁、低碳，大规模开发有助于实现碳中和目标。本文阐述了地热资源的特点、相关指导原则以及我国地热能的进呈现状。参考文献：1郑平.中国地热发电开觉察状与前景J.中外能源，2023，14(2)：45-48. 3郑吉山.中国高温地热勘查开发四川省甘孜藏族自治州高温地热资源专题研讨会论文集M.北京：地质出版社，2023.4 郑颖.我国地热发电进展历程及思考J.电力决策与舆情参考， 2023(27/28)：12-17.5 董棪山.德国地热发电法规、推广、补贴和本钱M.干热岩发电技术理论与实践.北京：地质出版社，2023：63-78.