地熱發電技術的現狀與前景綜述

(河北地質大學 河北 石家莊 050000)

一、地熱資源與地熱發電

(一)地熱資源概述。地熱資源是能夠經濟地被人類所利用的地球內部的地熱能，地熱流體及其有用組分[1]。目前可利用的地熱資源主要包括：天然出露的溫泉、通過熱泵技術開發利用的淺層地熱能，通過人工鉆井直接開采利用的地熱流體以及干熱巖體中的地熱資源。

中國地熱資源分布具有明顯的規律性和地帶性。水熱型地熱資源主要分布于中國的東部地區、東南沿海、川西和滇西等地區[2]。其中，高溫地熱資源主要分布于藏南、滇西等地區，其余地區為中低溫地熱資源。淺層地熱能指地球淺表層數百米內的土壤砂石和地下水中所蘊藏的低溫熱能，其能量來源于太陽輻射和地球梯度增溫，主要采用熱泵系統進行開發利用，是一種可再生能源，與水熱型地熱資源相比，淺層地熱能分布廣泛，在目前經濟技術條件下，廣大寒冷地區、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區均可開發利用。

(二)地熱發電。早在20世紀40年代，意大利的皮也羅·吉諾尼·康蒂王子在拉德雷羅首次把天然的地熱蒸汽用于發電。地熱發電，是利用液壓或爆破碎裂法將水注入到巖層中，產生高溫水蒸氣，然后將蒸汽抽出地面推動渦輪機轉動，從而發電[3]。在這過程中，將一部分未利用的蒸汽或者廢氣經過冷凝器處理還原為水回灌到地下，循環往復。簡而言之，地熱發電實際上就是把地下的熱能轉變為機械能，然后再將機械能轉變為電能的能量轉變過程。針對溫度不同的地熱資源，地熱發電有4種基本發電方式，即直接蒸汽發電法、擴容(閃蒸法)發電法、中間介質(雙循環式)發電法和全流循環式發電法。

二、地熱發電的發展

(一)地熱發電的歷史。地熱發電至今已有近百年的歷史了，新西蘭、菲律賓、美國、日本等國都先后投入到地熱發電的大潮中，其中美國地熱發電的裝機容量居世界首位。在美國，大部分的地熱發電機組都集中在蓋瑟斯地熱電站。蓋瑟斯地熱電站位于加利福尼亞州舊金山以北約20公里的索諾馬地區。1920年在該地區發現溫泉群、噴氣孔等熱顯示，1958年投入多個地熱井和多臺汽輪發電機組，至1985年電站裝機容量已達到1361兆瓦。

20世紀70年代初，我國在江西、廣東等地開發中低溫地熱能,建設了一批地熱示范電站。1977年，我國開始開發中高溫地熱能，并在西藏羊八井建設了第一個中高溫地熱發電示范電站[4]。喜馬拉雅山地帶高溫地熱有255處5800MW。

(二)地熱發電的現狀。數據統計分析表明，地熱能的利用系數是目前已知所有可再生能源中最高的。聯合國世界能源評估報告(WEA)數據顯示：風力發電、光伏發電年運行時間約2500 h，而地熱發電年運行時間能達到近8000 h，是風力發電、光伏發電年運行時間的3～4倍；風力發電機組年利用系數為21%，光伏發電機組年利用系數為14%，而地熱發電機組年利用系數可以高達85%～95%，其利用系數是風力發電的3.4倍、太陽能發電的5.1倍[5]。

迄今運行的地熱電站有5處共27.78MW，中國尚有大量高低溫地熱，尤其是西部地熱急待開發。但截至2016年底，我國地熱發電累計裝機容量僅為27 MW，位居全球第18位，發展緩慢。近年來地熱發電逐漸得到重視，如西藏羊易地熱發電一期機組已安裝完畢，發電工作穩步推進；云南“瑞麗100 MW地熱發電項目”一期4 MW發電機組的第一臺1 MW發電設備在云南省德宏州瑞麗市進行了首次地熱發電試驗，并網成功；西藏古堆地熱發電工作正在積極開展等。相信在不久的將來，我國地熱發電將取得新的突破[6]。

我國地熱發電產業將實施“三步走”發展戰略，即近期以中高溫地熱發電為主、中低溫地熱發電為輔；中期中高溫與中低溫地熱發電并存；遠期干熱巖發電商業運行，地熱發電在全國大范圍推廣。

目前，全世界有120多個國家在開發利用地熱資源，其中比較典型的有美國、日本、新西蘭、菲律賓、印尼等，年利用能量折合365×104t石油當量，并以12%的速度遞增。全球地熱能的潛在資源，約相當于現在全球能源消耗總量的45×104倍，地下熱能的總量約為煤全部燃燒所放出熱量的1.7×108倍。世界能源專家預計，到 2100 年地熱資源的利用將占世界能源總量的30%～80%。因此，地熱資源的開發與應用將具有十分廣闊的前景。

三、地熱發電的前景展望

(一)地熱發電的前景。近年來，國家大力發展可再生能源的政策為中國地熱產業的發展迎來了重大機遇，地熱資源開發利用的第二個春天到來。但是必須看到，當前中國地熱資源開發利用既有優勢和機遇，也有劣勢和挑戰。

優勢主要包括：地熱資源豐富，開發潛力巨大；經濟持續增長，國家節能減排和應對氣候變化的需要，地熱市場需求巨大[7]；地熱能熱源穩定，能源利用系數最高，平均為73%，是太陽能的5.4倍，風能的3.6倍，而且CO2減排效果顯著，地熱是一種現實并具有競爭力的可再生能源。

劣勢主要包括：全國地熱勘查程度較低，探明的地熱儲量規模小、品質差，特別是已探明大型高溫地熱田少，不足以支撐地熱發電等規模化開發利用等直接利用為主，地熱發電比重偏低；核心技術體系有待進一步完善，砂巖經濟回灌、中低溫地熱發電等技術有待突破；環保意識淡薄，地熱尾水大部分直接排放，造成環境污染；與太陽能、風能等其他清潔能源相比，對地熱的政策支持力度還有很大差距；地熱資源管理缺位，在國家層面，還沒有正式制訂出臺有針對性的地熱開發法律法規和行業發展規劃；還沒有開展干熱巖開發利用相關研究。

(二)地熱發電的建議。地熱能是一種可再生能源，對于地熱發電項目，相關部門需按照可再生能源電價的相關要求，對地熱發電上網電價給予補貼。對于地熱能供暖制冷的項目，運行電價參照居民用電價格執行；實行分檔計量的，按最低檔價格計費。

地熱發電要取得跨越式發展，有以下幾點意見供參考：

(1)研發低溫低成本地熱發電技術，目前我國深層地熱水溫度多數達不到經濟發電的要求，需要研發低溫條件下具備經濟效益的發電技術；

(2)突破高溫熱巖發電關鍵技術，高溫熱巖儲藏著巨大的熱能，應加大技術創新，提取高溫熱巖內部的能量進行利用；

(3)進行多產業能源的綜合利用，不同溫度的地熱能應用范圍不同，因此應結合多產業對其的不同要求設計出合理的梯級綜合利用流程，以達到能量利用最大化。