XXXX新能源发电技术6_地热发电技术

,40,*,第六章 地热,发电技术,新能源发电技术,目,录,第,6,章 地热发电技术,6.1,地热能基本知识,6.2,地热发电原理和技术,6.3,地热资源,6.4,世界地热发电,6.5,中国地热发电,6.1,地热能基本知识,6.1.1,地热能概念与储量,(1),地热能概念,地热能：地下的热能，,地球内部的热能,。,地球,实心椭球体，表面积,5.1110,8,km,2,，体积,1.083 10,12,km,3,，,极半径,6357km,。,地壳,：,地球最外面一层,，由土和岩石组成，厚度约,10 -70km,，陆地约,30-40km,，高山下约,60-70km,，海底下约,10km,地幔,：,地球地中间部分,，大部分是熔融状态的岩浆，可以分为上地幔和下地幔两部分，厚度约,2900k m ,主要由硅镁物质组成，温度,1000,度以上。,地核,：,地球中心部分,，温度,2000,度以上，地心温度,5000,度；外核,2900-5100km,，内核,5100km,至地心。,6.1.1,地热能概念与储量,(2),地球内部温度示意图,6.1.1,地热能概念与储量,(3),地热能储量,整个地热能：约,1.25 10,31,J,地球表层,10km,厚的储量约,10,25,J,地球通过,火山爆发、间歇喷泉和温泉等,途径向地面释放地下热能,全世界地热资源总量约为,1.4510,26,J,，相当于,4.98410,15,t,标准煤燃烧放出的热量,地热能的来源目前认为是,地球物质中放射性元素的衰变,。,地下热水和蒸汽主要是,大气降水被热岩体加热所形成,6.1.2,地热能资源的形成,(1),地壳中地热的分布,可变温度带,:,受太阳照射影响，一般,15-20m,，资源少，,常温带,:,温度变化幅度基本为,0,，,一般,20-30m,增温带,:,在常温带以下，随深度增加温度增加，形成,地温梯度,，也叫,地热增温率,地表至,15km,处，地热梯度平均,2-3/km,15-25km,处，地热梯度,1.5 /km,25km,以下，地热梯度,0.8 /km,大地热流值,：单位时间内通过地球表面散失的热量,HFU,地热正常区,：平均热流值,1.41.5,热流单位,地表平均温度梯度约,1.5-3.0 /km,地热异常区,：超过上述的平均值,温泉,：天然露出的地下热水和蒸汽,(,最容易利用的地热资源,),地热田,： 有大量热水和蒸汽的具有重大经济价值的地热异常区的热水田或蒸汽田,6.1.2,地热能资源的类别,(1),蒸汽型资源,地下热能以,过热蒸汽,为主，干蒸汽可以直接进入汽轮机,资源少，地区局限性大,热水型资源,地热能以,热水,为主,储量丰富，高温（,150,）,中温（,90-150),低温（,90 ,）,地压型资源,以,高温高压水,的形式存在于地下,2-3km,沉积盆地中,能量由机械能（压力）、热能（温度）和化学能组成（天然气）,干热岩型资源,：,热岩石,，,提取热岩中的热量技术难度大,岩浆型资源,：,600-1500,的,熔融状和半熔融状岩浆,6.2,地热发电原理和技术,6.2.0,引言,(1),地热能利用主要分为,直接利用,和,地热发电,中低温地热（,15180 ,）能直接利用,直接利用技术要求相对较低，应用广泛，限制是距离不能太远,取暖空调,工业加工,医疗保健,农业温室,水产养殖,畜禽饲养,6.2.1,地热发电原理与分类,(1),地热发电与火力发电基本原理相同，区别是不像火力发电要备有庞大的锅炉，不消耗能源，,所需能源是地热能,地热发电过程,：将地下热能转换为机械能，然后再把机械能转换为电能。,6.2.1,地热发电原理与分类,(1),地热蒸汽发电,(1),背压式汽轮机发电系统：,最简单的地热干蒸汽发电，是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统,工作原理,：首先把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过程。,应用,：这种系统大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活的场合,。,6.2.1,地热发电原理与分类,(1),地热蒸汽发电,(2),凝汽式汽轮机发电系统,:,为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统。,在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。,在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走,。,6.2.1,地热发电原理与分类,(1),地下热水发电,闪蒸地热发电系统,：直接用地热蒸汽进入汽轮机,热水降压沸腾迅速变成蒸汽,(,扩容法,),两级闪蒸法发电和全流法发电,双循环地热发电,：加热低沸点工质，又叫热交换法地热发电,通过热交换器利用地下热水加热某种低沸点的工质，变成蒸汽推动汽轮发电机组发电。由于有两种工质，也称为双循环地热发电系统,单级双循环,两级双循环,6.2.2,地热发电资源的勘探和开采,(1),地热勘探,地热电站地建设容量主要取决于,地热田地起源条件以及冷却水源的条件,地热资源勘探内容,载热流体类型,地热田热力参数,地热水输出计算参数,地热发电防腐蚀数据,地热发电工程施工数据,勘探方法,地球物理方法,地球化学方法,6.2.2,地热发电资源的勘探和开采,(2),地热开采,地热开采：,通过钻探打成地热井，取出地热。其中主要有钻孔直径和套管（表层、中间、生产、尾管）,自流井,通过钻探打成的热水能从地下向上喷出的井,非自流井,热水压力小，热水不能自动流出的井,需要加泵房,中高温地热井,温度在,100,以上的井，热储备物质成分复杂,需安装汽水分离，安全装置等,6.2.3,地热发电系统设计与建设,(1),地热发电设备,汽轮发电机发电功率的计算,P,=,D,H,，单位,W,D,-,工质的蒸汽流量，,kg/h;,H,-,汽轮机进出口工质的焓差，,kJ/kg;,-,汽轮发电机组的效率，一般取值,0.50.7,机组容量选择,一般不宜过大,单机容量大，要求供气井数多,单位热耗，汽耗大，投资大,主厂房投资大,效率低，只有,10%15%,有余热和腐蚀性，对装置要求高,汽轮机进口初压,：,根据进口压力和产量间的特性关系及汽耗与气压间的关系进行技术经济计算确定,6.2.3,地热发电系统的设计与建设,(2),凝汽器,：混合式凝汽器，布置有气压式和低位式两种,抽气器,：采用抗二氧化碳和硫化物腐蚀的材料，有射水和射气两种抽气器,冷却水源及冷却水塔选择,冷却水一般为地表水，水量一般为热水量,3-5,倍,一般最好靠近自然河流、湖泊、山泉、海水等,冷却水塔要考虑防腐蚀,地热流体输送,要考虑流体化学性质、温度、压力等,饱和蒸汽速度可以 达,30-60m/s,设置碎石等固体分离器,输送热水要保持压力避免沸腾,还有一种气体固体两相输送,6.2.3,地热发电系统设计与建设,(3),低沸点工质选择,工质用来转换携带热能,一般低沸点工质有,氯乙烷 （,C,2,H,5,Cl,）,正丁烷（,n-C,4,H,10,）,异丁烷（,i +C,4,H,10,）,氟利昂和其它碳氢化合物,选择工质一般考虑,发电性能好,传热性能好,压力适中,来源丰富，价格较低,化学稳定性好,6.2.3,地热发电系统设计与建设,(4),地热电站防腐蚀,主要腐蚀物,：氧、氢离子、氯离子、 硫化氢、氨和硫酸盐等,防腐蚀措施,采用耐腐蚀金属和非金属材料,密封隔绝空气,安装热交换器，地热水不直接进入利用系统,加防腐材料,加局部防腐措施,6.2.3,地热发电系统设计与建设,(5),地热电站防结垢,垢主要分为,碳酸盐垢、硫酸盐垢、硅 酸盐垢和氧化铁垢等,防止结垢方法,化学处理法,：加入酸性溶液或化学药物,增加阀门,：防止,CO,2,逸出，避免,CaCO,3,等沉淀出来,物理方法除垢,：磁法除垢,根据热力学计算控制出口压力,地热电站回灌技术,回灌热水弥补地下水位下降,6.2.3,地热发电系统设计与建设,(6),地热电站尾水综合利用,尾水,60-70,度，可以继续利用,工业加热、提取有用化学元素，农业利用等,地热电站对环境的影响,二氧化硫和二氧化碳排放比燃煤火力发电站低,注意甲烷、氢、氮、氨等有害气体的处理,电站排出大量废热水可能造成的热污染,大量开采地下热水可能引起地变形、地面沉降和诱发地震等危害,6.2.3,地热发电系统设计与建设,(7),地热电站运行,启动和停机,温度压力低，启动和停机所需时间比火力发电厂短,运行中应注意的主要事项,背压的异常变化：凝汽器压力不要上升,最佳蒸发工况：蒸汽蒸发状况,系统 的密 封性：扩容法在真空下运行，中间介质法低沸点工质易燃易爆有轻度毒性,腐蚀和结垢,6.3,地热资源,6.3.1,概述,(1),地热资源,地热资源：在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中和热流体中的热能量及其有用伴生成分。,目前可以开采地下,5000m,左右,0-2000m,：属于,经济型,地热资源,2000-5000m,：属于,亚经济型,地热资源,地热资源类型,:,蒸汽、热水,、地压、干热岩、岩浆，前两项为主要开发利用资源,地下热水形成,深循环型 ：大气降水渗入地下加热膨胀到地表,特殊热源型：地壳岩层断裂、挤压、 折曲等地下岩浆涌上地表附近,6.3.1,概述,(2),地热田类型,热水田,热能储在地下热水中 ，温度,60-120,，多数为深循环热水，可直接用于供暖和工农业生产，也可用于减压扩容法地热发电系统,蒸汽田,储水层上有透水性差的覆盖岩层时，热水长时间受热成为有压力的蒸汽和热水的热储。适合于发电,地热水和天然蒸汽杂质,硫酸盐、盐酸、硅酸等,二氧化碳、硫化氢等气体,泥沙等固体杂质,6.3.2,世界地热资源,(1),总体地热资源,总储量,：约,1.45,10,31,J,世界板块构造学说，刚性岩石圈下分布着软流圈,世界地热资源分布在地壳板块活动带,4,个地热带,环太平洋地热带,：包括美国、墨西哥、新西兰、菲律宾、中国东南部及日本等国的大型地热田,大西洋洋中脊型地热带,：位于美洲、欧亚、非洲等板块的边界,红海亚丁湾东非裂谷型地热带,：位于阿拉伯和非洲板块的边界,地中海喜马拉雅山缝合线型地热带,：位于欧亚板块与非洲、印度洋等大陆板块碰撞的结合带,6.3.2,中国地热资源,(2),中国已发现的地热点,3200,多处，打成的地热井已经有,2000,多眼,高温地热资源,可用于地热发电,255,处，总发电潜力,5800MW,主要分布在西藏、滇西和台湾,中低温地热资源,现（近）代火山型,：台湾和云南,岩浆型,：西藏南部，板块碰撞,断裂型,：板块断裂形成，在辽东、山东、山西、陕西及福建、广东等地,断陷、凹陷盆地型,：板块内部巨型断裂及凹陷盆地，如在华北盆地、松辽盆地、江汉盆地等,6.3.2,中国地热资源,(,),中国地热资源分布,藏滇地热带,台湾地热带,东南沿海地热带,鲁皖鄂断裂地热带,川滇青新地热带,祁吕弧形地热带,松辽及其它地热带,6.4,世界地热发电,6.4.0,概述,(1),地热发电简史,1904,年，意大利拉德瑞罗建立地热蒸汽试验电站,1913,年，拉德瑞罗地热蒸汽试验电站正式投运,1958,年，新西兰地热水电站建立,20,世纪,70,年代以来,由于能源危机，地热装机迅速增长,1990,年，世界地热装机,5827MW,1997,年，世界地热装机,7950MW,1998,年，世界地热装机,8239MW,1998,年世界地热发电装机,第,1,位：美国,2850MW,第,2,位：菲律宾,1848MW,第,3,位：意大利,769MW,6.4.1,美国、菲律宾、冰岛,(1),美国,装机容量最大,有供暖、降温功能,科学技术先进,有政策鼓励,菲律宾,政府大力支持，降低石油进口依赖,2005,年新增发电装机,18%,为地热发电,冰岛,一次能源,48%,为地热能源,地热发电占总发电量,6,6.4.2,哥斯达黎加、萨尔瓦多和日本,(1),哥斯达黎加,地热电站,60MW,年发电量,447GWh,分别占全国,6%,和,9,萨尔瓦多,地热发电占全国的,14%,以上,最高达到过,43.6%,日本,1997,年装机,530MW,，占全国装机的,0.2%,正在进行一系列开发试验项目,6.4.2,世界地热发电技术的新发展,干热岩地热开发,美国提出,在没有水或蒸汽的热岩石里，采用人工钻探和注水的方法，人为造出一个与天然水热系统相似的地下储热系统,1973,年美国开始着手干热岩开发的初步试验,至今，美国仍在进行工业性试验,6.5,中国地热发电,6.5.1,中国地热利用简史,(1),中国历史上地热利用,古代温泉利用,1926,年，发表,中国温泉分布和地质构造关系,新中国地热利用,建国后进行地热勘探、研究、试验开发等,20,世纪,50,年代，主要医疗和洗浴,20,世纪,60,年代，工业生产,20,世纪,70,年代，作为新能源发电，工业农业采暖灌溉养殖等,1998,年装机容量,32MW ,占世界,13,位,地热直接利用,2443MW,6.5.2,中国地热发电现状,(1),中国地热发电简况,20,世纪,70,年代开始地热发电，,1985,年后进入商业应用高温地热发电,功率,50-300kW,地热水温度,61-92,高温地热电站,主要在西藏地区，装机容量,27.18MW,，其中羊八井电站,25.18MW,，朗久地热电站,1MW,，那曲地热电站,1MW,羊八井地热电站占拉萨电网电量,40,，地热水,145,，,40,多眼地热井，采用扩容法,6.5.2,中国地热发电现状,(2),6.5.2,中国地热发电现状,(3),6.5.3,中国地热发电未来,(1),中国地热发电能力,地热勘探技术和评价方法,勘探设计施工能力,可以建设,30MW,规模商业化能力，单机容量,10MW,，施工,5000m,深度,中国地热发电未来,发展西藏、滇西、川西地区地热资源，预计,2020,年地热发电装机容量达,400585MW,成本接近小水电,中国新能源与可再生能源（,1999,白皮书）作出规划,