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曾梅香:我国地热发电现状与展望
作者:    发布于:2020-08-06 08:45    文字:【】【】【

地热能是蕴藏在地球内部的一种潜力巨大的可再生动力,实践上包含两类介质;一种是岩体热资源;另一种是水(矿)热资源。地热使用能够分为地热发电和地热直接使用两大类。经过几十年几代人的尽力,现在,惯例地热也便是水热型地热的直接开发使用,我国已处于世界先进水平,使用的地热能总量居世界前列。相对而言,地热发电近30年来开展缓慢,中低温地热发电阻滞,高温地热发电装机容量很小,干热岩资源发电尚属空白。本文对我国地热发电的前史、现状作扼要介绍,并对开发远景进行剖析。


一、地热发电技能


要让地热发电,首要要将热能转化成动能,然后将动能再改变成电能。用于发电的地热资源,首要有三种,即水热资源、地压资源、干热岩资源。现在只要水热资源用于商业发电,其他还处于实验阶段。作为地下热能的载热体能够是蒸汽或是热水,因而地热发电分为地热蒸汽发电和地下热水发电两大类。地热蒸汽发电最为简略,由于地热蒸汽既是载热体又是工质。地下热水发电须先汽水别离,水要排掉,使蒸汽进入汽轮机做功,这种体系叫闪蒸体系(减压扩容体系);或使用地下热水来加热某种低沸点工质,进入汽轮机做功,这种体系称双流体体系(低沸点双工质体系);还有一种全流体系,将汽水混合物直接送入一个胀大机做功,发生机械功带动发电机发电。现在实践使用的地热能发电技能首要有扩容闪蒸法、双工质法、螺杆胀大动力机组。


二、我国地热发电前史与现状


(一)中低温地热流体发电


20世纪70年代,我国先后在广东、江西、湖南、广西、山东、辽宁、河北等地共建成7处、使用100℃以下中低温地热流体发电的小型地热实验电站:


1970年广东丰顺县邓屋,使用92℃地下热流体选用闪蒸法发电实验成功,其时的地质部部长李四光先生还发去了贺电。初次发电装机容量为86kW。1978年选用双工质法的第二台实验机组发电量为200kW。1984年第三台300kW机组投入出产。其间1号机组、2号机组完结实验不久后都停运了,3号机组(300kW,水温92℃,闪蒸)一直运转至2008年因设备老化、腐蚀等问题停运。


1971年在江西宜春县树立的温汤地热实验发电站(2台机拼装机容量100kW),是世界上量体裁衣使用中低温地热水发电的典范。温汤热水温度只要67℃,规划为一套双循环地热发电实验装置,工质选用氯乙烷。由于氯乙烷的沸点只要12.5℃,当67℃的热水流入蒸发器,加热器内的低沸点工质氯乙烷当即汽化,蒸汽压力当即升高,主汽门一开,蒸汽就推进汽轮发电机组发电。厂用电只需一台7kW工质泵,就能得到50kW的净电。这是全世界地热水温度最低的一座小型地热实验电站(美国阿拉斯加Chena电站记载的世界上中低温地热发电下限为74℃),整个电站的厂用电也是最少的,十分成功,这一效果还取得了1978年全国科学大会奖。


湖南宁乡县灰汤地热实验电站也是一个比较成功的电站,1975年建成,使用98℃的温泉,年装机容量为300kW,电站由省电力体体系一管理,设备的制作和保护正规,正常运转30多年后到2008年终因设备老化停运。


河北怀来县后郝窑,使用85℃的地热流体树立发电站,也是选用双循环发电体系,工质为氯乙烷,装机容量为200kW。


辽宁营口市熊岳地热实验电站,热水温度84℃,选用正丁烷作为双循环发电体系的工质,装机容量为200 kW。


山东招远县汤东泉地热电站,热水温度98℃,装机容量为300kW。


广西象州市热水村地热电站,热水温度79℃,装机容量200kW。


从以上材料能够看出:我国的中低温地热电站基本上是在方案经济时代树立的,尽管总装机容量1.6MW微乎其微,但都是其时科学工作者量体裁衣、自主探究取得的名贵经历,发明了使用67℃地热流体的世界最低温度发电前史,没用进口设备,没请外国专家,都是大学老师出图纸,工厂试出产,其技能是与世界同步的扩容闪蒸法和双工质循环法。但这些小型地热发电站均是实验研讨性质,由于实验经费削减、设备腐蚀等原因,其间5处在20世纪70年代末就以为没有经济效益而中止运转,仅广东省丰顺县邓屋和湖南省宁乡县灰汤各300kW均运转至2008年,终究因设备过于老化而停运。


(二)高温地热能发电


我国高温地热能发电有西藏的羊八井、朗久、那曲、羊易,云南腾冲,台湾的清水、土场。现在仅羊八井地热电站仍在运转,其他电站均运转时刻不长,因结垢等原因停运。


西藏羊八井地热电站是我国现在仅有仍在运转且效益较好的一个地热发电站。1975年发现的羊八井地热蒸汽田,坐落拉萨市西北90公里青藏公路线上,为一面积30平方公里的断陷盆地,有十多个地热显现区,沸泉组成的热水湖、巨细喷气孔、热水泉漫山遍野。羊八井地热蒸汽田内的榜首口钻孔探至地下38~43米深时,蒸汽和热水混合物从钻杆外沿喷出,高达15米以上,井口最大压力3.1kg/cm2,蒸汽流量10t/h,井下温度到达150℃左右。羊八井地热蒸汽田是我国现在已知的热储温度最高的地热田。我国榜首座地热蒸汽电站在西藏羊八井于1976年树立,榜首台1MW实验机组于1977年发电成功,尔后羊八井地热电站经过不断扩容,至1991年连续拼装完结了另8台3MW机组,一起榜首台1MW实验机组退役。尔后保持装机容量24.18MW,每年发电量1亿度左右,在其时拉萨电网中曾承当41%的供电负荷,冬季乃至超越了60%,被誉为世界屋脊上的一颗明珠。2008年“国家863方案”支撑在羊八井地热电站新增安装了1MW低温双螺杆胀大发电机组,使用电站排放的80℃废热水发电运转,2009年羊八井地热电站发电量到达1.419亿度。至今羊八井地热电站已运转40多年,每年运转6000小时以上,年均发电量超越1.2 亿度。此外羊八井还建有地热温室栽培多种蔬菜,一年四季向拉萨供给新鲜蔬菜。现在西藏羊八井地热电站总装机容量为25.18 MW。


西藏的地热电站还有羊易地热电站,井口工作温度209℃,装机容量30MW;阿里朗久地热电站,2台1MW机组,总装机容量2MW;那曲地热电站1992年由联合国捐献制作,选用美国ORMAT技能,井口工作温度110℃,装机容量1MW,但该地热电站2000年停产。


其他高温地热发电站有云南腾冲地热田,井口工作温度250℃,装机容量12MW;台湾清水地热电站于1977年树立,2台1.5MW机组,装机容量3MW;台湾土场所热电站1983年建成,井口工作温度173℃,双工质,1台机拼装机容量0.3MW。


三、地热发电大有可为


现在世界上点评一个国家地热开展的程度,往往是以这个国家地热发电的产出作为判别依据。由于地热发电要求比较高的技能,地热发电能发生二次动力,为国家的经济开展供给动力。依据世界地热协会(IGA)的计算,至2015年全球有34个国家建有地热电站,总装机总容量到达18500MW,地热发电10年内增长率为13.4%。一起猜测使用现有技能,世界地热发电潜力至2050年装机容量可望到达70GW;若选用新的技能(增强型地热体系EGS),则装机容量能够翻一翻(140吉瓦)。若用地热发电代替燃煤发电,至2050年将可削减二氧化碳排放每年10亿吨,若代替天然气发电则可每年削减5亿吨。


我国地热发电探究起步不算晚,但近30年来开展缓慢,在世界各国中处于较为落后的局势,地热发电装机容量世界排名第15位,年发电量排在世界第14位。从地热发电根底理论和设备安装视点看,我国使用技能水平已适当老练。从资源储量视点剖析:全国已发现地热门3200多处,其间具有高温地热发电潜力有255处,估量可获发电装机5800MW;干热岩蕴藏热能量巨大,我国大陆3000米至10000米深处干热岩资源总计为2.5×1025J,适当于860万亿吨标准煤,是我国现在年度动力消耗总量的26万倍;中低温地热资源丰厚,在东南滨海、华北等地具有很好的中低温地热发电远景,现在开发使用量不到资源保有量的千分之一,整体资源确保程度适当好。


当今世界,动力是一个国家的经济命脉。比照我国未来40年地热资源路线图(表1),要完成2020年高温地热发电和干热岩发电装机容量到达75MW的方针还须尽力,但经过科学工作者的一起奋战,远景仍是能够等待的。


表1 我国地热资源中长期战略方针主张








首要,我国境内的环太平洋地热带和地中海—喜马拉雅(滇藏)地热带蕴藏有丰厚的高温地热资源。我国具有150℃以上高温温泉区近百处,首要会集散布在西藏南部、滇西地热带和台湾地热带。西藏有沸泉44个,依据地球化学温标计算高温水热对流体系有61个,估量发电潜力可达1930.11MWe30a。羊八井地热蒸汽田内的ZK4001地热井,井口工作压力15×105Pa,工作温度200℃,汽水总量302t/h,其间蒸汽流量37t/h,单井发电潜力即可到达12.58MW。羊易地热田具有30MW装机的建站条件,远景发电潜力可达50MW。高温地热蒸汽首要用于发电,地热电厂发电尾水向城市建筑物供暖,可完成高温地热发电—尾水供暖的梯级使用,到达经济、环境效益的双赢,不管从资源视点、仍是从商场方面,有着宽广的远景。西藏有高温地热蒸汽发电成功经历,地热资源丰厚但开发使用程度较低,进一步开发羊八井深部热能,可进步羊八井地热电站发电能力。加大加速青藏路沿线地热资源开发力度,以现有地热电站为根底,树立高温地热开发使用演示基地,以此带动云南、福建、台湾等区域的高温地热开发使用。


其次,改进中低温(100℃以下) 地热发电技能,使经济上更具竞争力。改变“中低温地热发电在技能上可行、但经济上不可行”的前史成见和认知误区。太阳能光伏发电10万元装机1kW,年运转2000小时;而中低温地热发电1万元装机1kW,可完成年运转6000小时以上,优势清楚明了。经济性要从久远的视点看,不能只从单一的经济利益来点评地热发电,还应认识到出产的是无碳的二次动力,包含动力结构的改进、环境效益等。


别的,很多的矿山企业、燃煤电站和许多油田抛弃油井所排放的高于80℃以上的废水,选用双流体体系发电,能够物尽其才废物使用。尤其是油气田伴生的中低温地热资源总量十分巨大,归纳开发使用将给我国地热发电带来新的机会。油田区灌水采油,使许多油田含水率已达90%,实践上是“水田”。地热发电本钱高在于凿井费用,使用油气田已有井孔,可很多节约打井费用,削减60%出资。油气田归纳开发使用地热资源,发电本钱是增强地热体系(EGS)的1/4或1/5。已有计算预算:仅是我国任丘油田可供发电的中低温(90~150℃)地热资源就可建2000MW以上的地热电站。油气田区开发地热资源,能够发生油—热—电联产井归纳效益,将是往后地热工业开展的一个方向。


第四,向深部干热岩进军。干热岩资源量占悉数地热资源的98%,潜力无比巨大。地壳中干热岩所包含的能量适当于全球一切石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍,是一种可再生动力,能够说取之不尽、用之不竭,是地热发电范畴新的打破点。现在,全球很多经济发达国家对干热岩的发电研讨方兴未已。世界上榜首个商用增强型地热发电厂已经在德国建成,2007 年投入运转每年可发电2200 千瓦时。制作一个干热岩发电厂一般需求5年时刻,其使用寿命一般在15~20年左右。我国增强型地热体系(EGS)的详细方针是:开始将2020年作为技能老练期,2035年构成规划开发,2050年将地热发电的方针设定为全国总装机容量的5%~10%,这是十分高的方针。为完成这一方针,地热界在尽力。科考以为西藏南部上地壳中的熔融层是寻觅增强型地热体系的有利区域,羊八井深部和云南腾冲热海热田的发电潜力可到达100GWe。2007~2008年中、澳签定协作协议一起承当“我国工程地热体系资源潜力的研讨”项目,两国科学家屡次在云南、广东、福建、江苏等地调查,挑选福建漳州和江苏北部为远景区。2010年国土资源部发动“我国干热岩勘查要害技能研讨”。2012年科技部863项目发动“干热岩热能开发与归纳使用要害技能研讨”。高温岩体地热资源丰厚、地热梯度高的青海共和盆地作为我国干热岩优先开发区域,投入了深部地球物理勘探,施行了干热岩科学钻探,2017年8月坐落青海省共和县的GR1井施行固井一次成功,井深3705米探获236℃优质干热岩,成为国内温度最高的干热岩井。2019年天然资源部我国地质局正式印发《青海共和盆地干热岩勘查与实验性开发科技攻坚战施行方案(2018~2025)》,清晰整体方针:经过协同攻关,终究打破干热岩勘查开发严重技能难题,完成干热岩勘探开发严重仪器国产化,树立我国首个可仿制推行的经济型、规划化干热岩开发演示工程。一旦实验成功并广泛推行使用,则又是地热发电的一个前史里程碑。


最终,国家给予方针和财务支撑。比较风能、太阳能等其他可再生动力,地热发电具有很高的使用功率。据《联合国世界动力点评陈述》(2007),地热发电的使用功率高达72%~76%,是风能的3~4倍、太阳能的4~5倍。添加我国地热发电的装机容量,既能够促进经济开展,又能够在减排的世界商洽中争夺话语权。主张参照其他可再生动力工业开展方针,给予地热发电上网电价补助,鼓舞和招引更多企业和资金投入到地热发电项目中来。


原文首发于《电力决议计划与舆情参阅》2020年7月17日第27、28期


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