肯尼亞分布式井口地熱電站風耗分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——肯尼亞分布式井口地熱電站風耗分析報告顯示，當前可再生利用的淡水總量是210億立方米，人均年用水量約為650立方米，肯尼亞國內(nèi)的安全用水量約占總用水量的57%，低于全球年人均年用水總量少于1000立方米，已經(jīng)被列為缺水國家。

隨著肯尼亞蓄水區(qū)進一步受到污染、全球變暖、落后的耕作方式、環(huán)境退化和人口增長等的嚴重破壞，對以水電裝機為主的肯尼亞電力造成嚴重影響。

截止2023年，肯尼亞全國裝機容量約為1672MW，其中水電裝機容量約為820MW，根據(jù)肯尼亞電力照明有限公司公布的數(shù)據(jù)顯示，從2023年到2023年，肯尼亞電力需求峰值增加到1334MW，以大約8%遞增，因此一旦出現(xiàn)干旱等缺水現(xiàn)象就會引起發(fā)電量嚴重不足。

為了解決水力發(fā)電的不足，肯尼亞政府目前大力推進開發(fā)地熱資源，肯尼亞位于東非大裂谷，地熱資源十分豐富，地熱發(fā)電潛力估計為10000MW，目標在近幾年將地熱發(fā)電能力由現(xiàn)在的255MW提高到約600MW。然而隨著肯尼亞地熱電站開發(fā)大規(guī)模的開展，環(huán)境問題尤為突出，其中地熱電站開發(fā)中對水資源的消耗等問題越來越引起人們的重視。

2地熱電站的風耗[1][2]

典型地熱電站熱力系統(tǒng)由八大部分組成：地熱蒸汽集輸及放空系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、回灌水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、調(diào)理保安潤滑油系統(tǒng)。其中地熱電站的用水主要為機組啟動時循環(huán)冷卻系統(tǒng)的注水，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的耗水量進行科學控制，循環(huán)使用，大大儉約水資源。

地熱電站中主要水循環(huán)過程由以下幾部分組成：

首先，循環(huán)冷卻水和熱力系統(tǒng)中的冷凝器中的濕蒸汽換熱，然后溫度較高的循環(huán)水流到冷卻水塔頂部，通過安裝在塔頂?shù)牟妓鬟M入冷卻水塔，經(jīng)過布水器均勻噴淋在塔內(nèi)填料上，依靠重力穿過填料流向塔底，同時安裝在塔頂?shù)娘L機從塔底側(cè)面抽進塔外的冷空氣自下而上與被冷卻的熱循環(huán)水在塔內(nèi)填料中逆向接觸進行熱量交換，冷卻后的循環(huán)水進入塔底通過管線回到循環(huán)水池。

在上述循環(huán)過程中，冷卻塔外冷空氣是低濕度的，進塔前空氣中的水蒸汽含量較少，在冷卻塔運行過程中，空氣和水經(jīng)過冷卻塔填料層時，空氣和水充分接觸混合，冷空氣中水的分壓達到了當時溫度所對應的飽和壓力，進入冷卻塔的冷空氣變成為了飽和熱濕空氣，分布在冷卻水塔內(nèi)布水器上部空間，在冷卻水塔風扇的作用下，飽和的熱濕空氣在塔內(nèi)逐漸上升，越向塔外靠近，與塔外的冷空氣接觸越多，濕空氣溫度逐漸下降，并逐步呈過飽和狀態(tài)，開始凝結(jié)成水霧，形成小水滴，至塔頂處時濕空氣溫度基本接近大氣溫度，水蒸汽凝結(jié)達到最大程度，就會形成霧汽團甚至是小水滴，上升過程中遇到凝結(jié)核以后，形成的小水滴會凝結(jié)形成大水滴。

在冷卻水塔冷卻過程中塔內(nèi)排出的濕熱空氣所攜帶的水分一部分是混合于空氣中的水蒸汽，稱為蒸發(fā)損失；一部分是隨氣流帶出來的水滴，稱為風吹損失。這兩部分的總損失量是十分大的，假使損失的這部分水能回收起來并利用，這對儉約生產(chǎn)成本、設備和環(huán)境保護都有積極的作用。

3肯尼亞奧卡瑞井口電站風耗實例分析[3][4]

肯尼亞唯一商業(yè)開發(fā)的奧卡瑞地熱田，平均海拔高度約為2000米，全年降雨量分布受熱帶輻合帶運動的影響，形成了雙峰降雨分布模式，長歷時降雨出現(xiàn)于3月、4月和5月，短歷時降雨出現(xiàn)于10月、11月，年平均降雨量為714mm。

目前該地熱田中的地熱電廠水源取自附近Naivasha湖，湖泊周邊區(qū)域年蒸發(fā)量約為1700mm，采用管道輸送的方式將湖水供給地熱電站?？夏醽唺W卡瑞典型的井口電站，位于奧卡瑞（Olkaria）地熱田東北區(qū)，預裝機容量12MW，熱機部分電站安裝4臺3MW純凝式地熱汽輪發(fā)電機組，單元制運行。

該電站的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用開式流程，濃縮倍數(shù)按大于等于5，為電站的混合式凝汽器和一些輔助設備提供冷卻水。冷卻水進入混合式凝汽器與蒸汽凝結(jié)水混合，經(jīng)凝結(jié)水泵加壓進入冷卻塔冷卻。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)同時設有循環(huán)水泵為發(fā)電機空冷器、冷油器、真空泵等輔助設備供給冷卻水。在凝汽器中蒸汽不斷地被凝結(jié)成水，凝結(jié)水與冷卻水一同進入冷卻塔水池，作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。

地熱電站中各裝置冷卻水用水量見下表1，表2和表3分別給出了循環(huán)冷卻水設計參數(shù)及冷卻塔揮發(fā)水量參數(shù)。

根據(jù)資料顯示，奧卡瑞地區(qū)的常年平均溫度在25℃左右，根據(jù)計算和測量該井口電站每小時揮發(fā)到空氣中的蒸汽就達96噸左右，地熱電站長期運行會浪費大量的淡水資源，盡管由于地熱蒸汽在發(fā)電做功后凝結(jié)成水補充了一部分損失，但是隨著地下蒸汽的大規(guī)模開采需要地面進行回灌補充，否則難以保證地熱田能長期提供高品質(zhì)的蒸汽，因此降低電站循環(huán)水的風耗是不容忽視的。

4結(jié)語

綜上所述，盡管地熱能是一種清潔能源，但是開發(fā)利用過程中引起的水資源消耗問題是急需解決的問題，必需采取各種有效的技術(shù)措施來消除。

首先應重視冷卻塔的日常維護工作，由于若冷卻塔的冷卻效果較差會引起冷卻塔的出水溫度上升