《可再生能源發(fā)電技術(shù)》 課件 第6章 地?zé)岚l(fā)電

新能源及其發(fā)電技術(shù)2第6章地?zé)岚l(fā)電6.1地?zé)豳Y源和分類6.2地?zé)岚l(fā)電技術(shù)6.3地?zé)崮芾玫闹萍s因素35.1

地?zé)崮苜Y源和分類地?zé)崮苁莵碜缘厍蛏钐幍臒崮?/p>

地球的內(nèi)部是地個(gè)高溫、高壓的世界，是一個(gè)巨大的熱庫，蘊(yùn)藏著無比巨大的熱能。4地?zé)豳Y源地?zé)豳Y源是指地殼表層以下5000米深度內(nèi)，15℃以上巖石和熱流體所含的總熱量。全世界的地?zé)豳Y源達(dá)1.26×1027J，相當(dāng)于4.6×1016t標(biāo)準(zhǔn)煤，超過了當(dāng)今世界技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平可采煤儲(chǔ)量含熱量的7萬倍。5地?zé)豳Y源的分類：按照地?zé)豳Y源的溫度不同，通常把熱儲(chǔ)溫度大于150℃的稱為高溫地?zé)豳Y源，小于150℃而大于90℃的稱為中溫地?zé)豳Y源，小于90℃的稱為低溫地?zé)豳Y源。

高溫地?zé)豳Y源位于地質(zhì)活動(dòng)帶內(nèi)，常表現(xiàn)為地震、活火山、熱泉、噴泉和噴氣等現(xiàn)象。地質(zhì)學(xué)上常把地?zé)豳Y源分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和巖漿型等五類。6地?zé)豳Y源的分類蒸汽型：以溫度較高的飽和蒸汽或過熱蒸汽形式存在的地下儲(chǔ)熱，干蒸汽可直接進(jìn)入汽輪機(jī)，是理想的地?zé)豳Y源。資源少，地區(qū)局限性大。熱水型：以熱水形式存在的地?zé)崽?，資源分布廣，儲(chǔ)量豐富，占10％。高溫級(jí)≥150℃中溫級(jí)90～150℃低溫級(jí)＜90℃7地?zé)豳Y源的分類地壓型：以高壓高鹽分熱水的形式儲(chǔ)存于地表以下2～3km的深部沉積盆地中。地壓水除了高壓、高溫的特點(diǎn)外，還溶有大量碳?xì)浠衔铮ㄈ缂淄椋?，可同時(shí)得到壓力能、熱能、化學(xué)能，溫度＞150℃。占20％干熱巖型：沒有水或蒸汽的熱巖石（150～600℃），占30％。巖漿型：溫度高達(dá)600～1500℃的巖漿，多埋在鉆探比較困難的地層中。占40％8中國的地?zé)豳Y源環(huán)球性的地?zé)釒е饕协h(huán)太平洋地?zé)釒?、地中海－喜馬拉雅地?zé)釒?、大西洋中脊地?zé)釒Ш图t海－亞丁灣－東非裂谷地?zé)釒У人膫€(gè)。能用于發(fā)電的高溫地?zé)豳Y源主要分布在西藏、滇西和臺(tái)灣地區(qū)，其他省區(qū)均為中低溫地?zé)豳Y源。全國盆地型中低溫地?zé)崮?，相?dāng)于2500億t標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。主要分布在松遼盆地、華北盆地、江漢盆地、渭河盆地、太原盆地、臨汾盆地、運(yùn)城盆地等眾多的山間盆地以及東南沿海的福建、廣東、贛南、湘南等地。9中國的地?zé)豳Y源2009年至2011年，國土資源部對(duì)城市淺層地溫能、沉積盆地和山地地?zé)豳Y源、3000米至10000米的干熱巖資源潛力進(jìn)行了重新評(píng)價(jià)。我國淺層地溫能資源量相當(dāng)于95億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，每年淺層地溫能可利用資源量相當(dāng)于3.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。每年可利用的常規(guī)地?zé)豳Y源總量相當(dāng)于6.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，每年可減少CO2排放13億噸。中國大陸3000米至10000米深處干熱巖資源總計(jì)相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是中國目前年度能源消耗總量的26萬倍。2011年，中國地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為27.3MW，而中國的風(fēng)機(jī)裝機(jī)量累計(jì)達(dá)62GW。10地?zé)岚l(fā)電的原理 地?zé)岚l(fā)電主要利用水熱資源?？煞譃楦烧羝?、濕蒸汽田和熱水地?zé)崽铩?.2地?zé)岚l(fā)電技術(shù)1-地?zé)嵴羝?-地?zé)嵴羝?-汽輪機(jī)；4-發(fā)電機(jī)11地?zé)岚l(fā)電類型地?zé)嵴羝l(fā)電地下熱水發(fā)電全流發(fā)電干熱巖發(fā)電1、直接利用地下熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作這時(shí)井口流體為汽水混合物。經(jīng)凈化后的濕蒸汽進(jìn)入汽水分離器，分離出的蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)口膨脹做功。12地?zé)嵴羝l(fā)電：適用于高溫蒸汽地田。分背壓式汽輪機(jī)發(fā)電和凝氣式汽輪機(jī)發(fā)電兩種系統(tǒng)。

背壓式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的地?zé)嵴羝l(fā)電方式。把干蒸汽從蒸汽井中引出，凈化后送入汽輪機(jī)做功，由蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。蒸汽做功后可直接排空，或者送熱用戶用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)將做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，冷卻后再排出。在該系統(tǒng)中，蒸汽在汽輪機(jī)中能膨脹到很低的壓力，所以能做出更多的功。機(jī)組輸出功率和發(fā)電效率得到提升。背壓式汽輪發(fā)電系統(tǒng)凝氣式汽輪發(fā)電系統(tǒng)132、利用地下熱水發(fā)電——閃蒸地?zé)岚l(fā)電：擴(kuò)容降壓的原理從地?zé)崴挟a(chǎn)生蒸汽。分單級(jí)閃蒸發(fā)電和兩級(jí)閃蒸發(fā)電兩種系統(tǒng)。

閃蒸地?zé)岚l(fā)電基于擴(kuò)容降壓的原理從地?zé)崴挟a(chǎn)生蒸汽。水的汽化溫度與壓力有關(guān)，在1個(gè)絕對(duì)大氣壓下水的氣化溫度是100℃，如果在0.3個(gè)絕對(duì)大氣壓下水的汽化溫度是68.7℃。通過降低壓力而使熱水沸騰變?yōu)檎羝?，以推?dòng)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電。單級(jí)閃蒸發(fā)電兩級(jí)閃蒸發(fā)電14

若熱水溫度低于100℃時(shí)，全熱力系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)。缺點(diǎn)：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汽為工質(zhì)，因而對(duì)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。15——中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電：利用地下熱水間接加熱某些低沸點(diǎn)物質(zhì)來推動(dòng)汽輪機(jī)做功的發(fā)電方式。常用低沸點(diǎn)工質(zhì)：氟里昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷缺點(diǎn)：工質(zhì)價(jià)格貴、易燃、易爆、有毒等利用中間介質(zhì)發(fā)電方法，既可以用100℃以上的地下熱水（汽），也可以用100℃以下的地下熱水。16單級(jí)中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電173、全流地?zé)岚l(fā)電 全流地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)是把地?zé)峋诘娜苛黧w，包括蒸汽、熱水、不凝氣體及化學(xué)物質(zhì)等，不經(jīng)處理直接送進(jìn)全流動(dòng)力機(jī)械中膨脹做功，而后排放或收集到凝氣器中，這樣可以充分利用地?zé)崃黧w的全部能量。該系統(tǒng)由螺桿膨脹器、汽輪發(fā)電機(jī)組和冷凝器等部分組成。它的單位凈輸出功率可比單級(jí)閃蒸法和兩級(jí)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。183、全流地?zé)岚l(fā)電

圖6-7全流地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)示意圖1－高壓氣室2、3、4－嚙合螺旋轉(zhuǎn)子5－排出口6－全流膨脹器7－汽輪發(fā)電機(jī)組8－凝汽器9－熱水排放19 4、干熱巖發(fā)電 從地面豎進(jìn)鉆到干熱巖體，形成一口注射井，并在適當(dāng)部位加壓，使加壓點(diǎn)周圍產(chǎn)生寬幾毫米、長(zhǎng)幾百米的裂縫，再向其中注水，水吸收熱量長(zhǎng)溫到200-300度。在裂縫另一端打一口噴汽井，熱水會(huì)伴隨蒸汽噴出，用于發(fā)電。20利用干熱巖發(fā)電

21中國潛力地區(qū): 在環(huán)太平洋區(qū)域，包括臺(tái)灣、福建、廣東一帶有一定的潛力，有巖體的資源存在。青藏高原在隆升過程中形成了若干的南北向拉開的裂谷帶，其中有很多淺層的巖漿侵入，也是非常巨大的。22干熱巖發(fā)電技術(shù)難點(diǎn) 技術(shù)方面，目前干熱巖最大的特點(diǎn)就是有溫度沒有水，怎么樣把水加進(jìn)去，然后把水采出來，這是需要解決的技術(shù)問題。其中最大的問題就是地層深度系數(shù)怎么樣搞，怎么樣把水加進(jìn)去，再采出來，國際上正在研究。我們國家最大的問題就是如何研制耐受300度以上或者400度以上溫度的鉆井材料。23地?zé)犭娬窘榻B西藏羊八井地?zé)犭娬?/p>

位于拉薩西北91.8km的當(dāng)雄縣境內(nèi)。海拔4300m，南北兩側(cè)的山峰均在海拔5500～6000m。1977年羊八井地?zé)崽锝ㄆ鸬谝慌_(tái)1000kW的地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，1981年、1982年和1985年分別建起3000kW的發(fā)電機(jī)組，電站總裝機(jī)容量已達(dá)10MW。

羊八井地?zé)岚l(fā)電采用二級(jí)擴(kuò)容循環(huán)和混壓式氣輪機(jī)，熱水進(jìn)口溫度145℃。24西藏羊八井地?zé)犭娬?/p>

25地?zé)犭娬窘榻B湖南寧鄉(xiāng)灰湯地?zé)犭娬? 1972年籌建，1975年9月底建成。采用閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)功率300kW，由一口560m深的地?zé)峋崴疁?1℃。

該電站排出的水溫為68℃，日排出量為100t左右。排出的熱水，一部分送往0．5畝農(nóng)業(yè)溫室，每年大約節(jié)省煤炭1400t；另一部分送往規(guī)模較大的省總工會(huì)療養(yǎng)院使用，同時(shí)還供澡堂、衛(wèi)生院、商店及附近居民以熱水。此外，電站的冷卻水排出后，尚可自流灌溉農(nóng)田800余畝。從投資情況來看，該電站不包括鉆井費(fèi)和試驗(yàn)研究費(fèi)在內(nèi)，全部投資為1460元／kw。26地?zé)犭娬窘榻B美國蓋瑟斯地?zé)犭娬?/p>

蓋瑟斯地?zé)崽锸悄壳八澜缱畲蟮牡責(zé)崽?，位于美國加州舊金山北面約120公里處，面積超過140平方公、里，儲(chǔ)集層蒸汽溫度最高達(dá)280℃。1988年，該地?zé)崽镫姀S的總裝機(jī)容量達(dá)到202.3萬千瓦，真正稱得上世界第一。27地?zé)崮芾玫闹萍s因素地?zé)峄毓?/p>

把經(jīng)過利用的地?zé)崃黧w或其他水源通過地?zé)峄毓嗑匦伦⒒責(zé)醿?chǔ)層段的方法，回灌可以很好解決地?zé)釓U水問題，還可以改善或恢復(fù)熱儲(chǔ)的產(chǎn)熱能力，保持熱儲(chǔ)的流體壓力，維持地?zé)崽锏拈_采條件。

技術(shù)要求復(fù)雜，成本高

地?zé)峄毓啻嬖诘膯栴}與水質(zhì)和井的滲透率有關(guān)28地?zé)崽锏母g

地?zé)崃黧w中含有許多化學(xué)物質(zhì)，其中主要的腐蝕介質(zhì)有：溶解氧Q2、H+、Cl-、H：S、CO2、NH3和SO2。，再加上流體的溫度、流速、壓力等因素的影響，地?zé)崃黧w對(duì)各金屬表面都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，直接影響設(shè)備的使用壽命。常見的防腐措施：

①使用耐腐蝕的材料，采用不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備及部件，但這種措施往往成本較高；29防腐措施

②對(duì)主要腐蝕部件的金屬表面涂敷防腐涂料，但涂層一旦劃破，會(huì)加速金屬材料的腐蝕。

③采取相應(yīng)的密封措施，防止空氣中的氧進(jìn)入系統(tǒng)。④針對(duì)不同類型的局部腐蝕采取相應(yīng)的防腐措施，例如選材時(shí)應(yīng)盡量避免異種金屬相互接觸，以避免電偶腐蝕。30地?zé)崽锏慕Y(jié)垢

地?zé)崴Y源中礦物質(zhì)含量比較高，在抽到地面做功的過程中，溫度和壓力均發(fā)生很大的變化，影響到各種礦物質(zhì)的溶解度，必然導(dǎo)致礦物質(zhì)從水中析出產(chǎn)生沉淀結(jié)垢。在井管內(nèi)結(jié)垢會(huì)影響地?zé)崃黧w的采量，加大管道內(nèi)的流動(dòng)阻力進(jìn)而增加能耗；如換熱表面結(jié)垢則會(huì)增加傳熱阻力；垢層不完整處還會(huì)造成垢下腐蝕。31防結(jié)垢措施

①用HCl和HF等溶解水垢，為了防止酸液對(duì)管材的腐蝕必須加入緩蝕劑；

②采用問接利用地?zé)崴姆绞剑谏a(chǎn)井的出水與機(jī)組的循環(huán)水之間加一個(gè)鈦板換熱器，可以有效防止做功部件腐蝕和結(jié)垢，但造價(jià)很高；

③采用深水泵或潛水泵輸送井中的流體，使其在系統(tǒng)中保持足夠的壓力，在流體上升過程和輸送過程中不發(fā)生氣化現(xiàn)象，從而防止碳酸鈣沉積；

④選擇合適的材料涂襯在管壁內(nèi)，防止管壁上的結(jié)垢。32環(huán)境影響

地?zé)崴泻写罅康挠卸镜V物質(zhì)，例如我國