地熱資源發電技術特點及發展分析

李強 李霞

（1.中能化綠能科技有限公司 天津 300000；2.中國移動通信集團天津有限公司 天津 300000）

在當前可持續發展的要求下，我國開始不斷探索可再生能源的應用，以有效應對當前能源短缺及資源開采所帶來的環境污染問題。地熱資源在可再生能源中是比較關鍵的組成部分，相對于太陽能和風能等，有著更高的穩定性，可以在發電領域中得到高效應用。但從目前來看，我國地熱資源發電技術較西方發達國家來說依然存在著諸多的不足，基于此，有必要對其展開更加深層次的探究。

1 當前我國地熱資源發電的優勢和局限性

1.1 優勢

強化地熱資源的應用實現發電，其熱源主要是來源于地球的內部，所以不用再對額外的燃料進行添加，這種發電技術可以在原有的基礎上減少發電對于化石燃料的需求量，這樣自然而然便會減少對于相關化石燃料的過度開采，以有放緩解地球的能源壓力。與此同時，地熱資源發電技術的合理應用還能夠盡量降低二氧化碳等溫室氣體的排放量，對于環境質量的提升及可持續發展有著重要意義，能夠有效與我國當前在清潔生產和綠色發展方面的理念和戰略需求相適應。從本質上來看，地熱資源本身便屬于一種低碳清潔能源，其在發電領域中的應用可以實現生態效益、社會效益及經濟效益的綜合提升。

1.2 局限性

盡管在發電領域應用地熱資源有著較多的優勢和價值，但其在不斷發展和探索的過程中依然面臨著一定的局限性。具體表現在：盡管當前我國已經勘探出了多處地熱能源基地，但僅有少數的地熱電站能夠真正投入到發電生產當中，而絕大多數的地熱能源基地都面臨著儲量過少的問題，還有部分基地地熱資源在溫度參數方面難以達到相應的標準要求，所以無法實現長期穩定的熱源提供，這一現象的存在嚴重制約了我國地熱資源在發電領域利用效率的進一步提升。基于此，從當前整體的地熱發電系統來看，未來若想促進其進一步發展，應當加強對于地熱能源溫度闡述及儲量的重視，以高效應對其發展過程中所面臨的各種局限。未來研究人員應當加大力度探索地熱勘探技術，不斷促進其優化升級與更新，進而從技術層面著手助力地熱能源發電的長期平穩發展。除此以外，對于地熱能源流體來說，其中包含著多樣化的化學物質，而其中存在部分腐蝕介質，最典型的便是溶解氧，溶解氧的存在將會在一定程度上造成金屬表面的腐蝕，進而對發電裝置正常的使用年限造成負面影響［1］。

2 地熱資源發電技術的特點及發展情況探究

2.1 特點

2.1.1 干蒸汽發電技術

干蒸汽發電技術是當前比較重要的一種地熱資源發電技術之一，其在應用的過程中主要是憑借地下的高溫干蒸汽，將其引入到相應的裝置當中去，接下來便要將存在于其中的固體雜質有效去除，進而向相應的汽輪發電機組中進行傳輸，其所轉換生成的能量可以在生產中直接投入應用。應用干蒸汽進行發電最突出的特點在于其循環性，在實踐應用中能夠呈現出較強的實用性和高效性。干蒸汽發電技術所使用的發電裝備基本上同常規的火電裝備相類似，但其差異性則體現在：在應用干蒸汽發電技術時，其對于地熱資源參數存在著相對較高的要求，與此同時，其地熱溫度應當能夠控制在15℃以上，并且其低壓也應當能夠符合相關要求，這樣便可以保障存在于地下的干蒸汽能夠順利噴出。當前，該技術廣泛應用于西藏羊八井，在多年發展中取得了諸多成果。

2.1.2 卡琳娜循環發電技術

除了干蒸汽發電技術以外，卡琳娜循環發電技術也是比較科學的一種利用地熱資源實現發電的技術，其同常規朗肯循環相比有著一定的不同之處，屬于新的熱力循環。其在應用的過程中主要是將水和氨混合起來作為工質，該類混合工質在沸點方面有著一定的變化特點，混合工質中氨和水比例的不同將會造成其沸點變化，若是熱源參數出現變化，那么工作人員為了獲得最好的循環效果，則需要立足于實際情況，對氨和水的比例采取良好的調整措施。從本質上來看，工質的升溫曲線大體上同熱源降溫曲線相接近，能夠起到減少傳熱溫差的作用，進而在原有的基礎上降低系統在傳熱過程中的熵增，最終達到助力循環效率提升的效果。這一特點的存在在極大程度上提升了卡琳娜循環發電技術的應用價值，并進一步擴大了其在中低溫地熱發電方面的應用范圍。結合當前其在工業化中應用的實際情況來看，其在實際應用過程中的循環效率相對于常規的朗肯循環來說要高出20%～50%。當去除地熱水中的固體雜質之后，便可以進入到換熱器當中，向氨與水的混合物進行熱能的有效傳遞，當氨和水混合物在完成吸熱工作之后，便會蒸發汽化，當實現氣液分離之后，則會向汽輪發電機中送入蒸汽進行膨脹做功，液體則會同完成冷凝之后的工質進行換熱，最終向凝汽器中實現自流。工質在完成做工之后便會進入到冷凝器中實現凝結，然后通過循環泵送入到換熱器當中，在卡琳娜循環發電技術應用的過程中，將會通過無固定沸點工質的運用展開循環發電，這會使得其換熱溫差得到一定的減小。與此同時，溫度不會對工質的熱容量造成影響，此舉提升了其循環的效率，并且在極大程度上提高了對于地熱水能量的利用效率。但因為其所使用的循環工質是液態氮，所以其對系統存在著相對較高的密封性要求，而且，針對工質所采取的應用和儲存措施難免會對環境產生負面影響，所以在建設電站階段應當加大科學有效的環評工作的落實力度。

2.1.3 擴容式發電技術

從目前來看，我國所探明的地熱資源絕大多數都屬于中高溫地熱資源，其主要是應用在地熱發電領域中，上述地熱資源中所產生的基本上都屬于是汽水混合物，其中所包含的蒸汽量相對較少，所以擴容式發電技術的應用有著更強的應用價值。針對擴容式發電技術而言，在將井下存在一定壓力的熱水或者是汽水混合物引入到地面上之后，將會先進入到一級擴容器當中，而存在于地熱水中的蒸汽和第一級減壓所形成的蒸汽會進入到汽輪機中進行做功，剩下的地熱水則會逐漸進入到二級擴容器當中，受到減壓作用的影響，相對于地熱水溫度所具有的飽和壓力來說，二級擴容器的壓力相對來說比較小，還有部分地熱水則會直接產生汽化現象，進而以蒸汽的形式存在，接下來再將其引入大汽輪機中對其進行做功。由此可見，擴容式蒸汽發電技術應用的原理便在于通過對于減壓方法的應用產生蒸汽，進而達到發電的目的。該技術的應用主要包括兩種方式，分別為一級擴容和二級擴容。與干蒸汽發電技術相比，擴容式發電技術的發電主要是應用地熱水或者是汽水混合物，所以其在循環效率方面相對較低。但該技術所使用的設備則沒有過高的要求，并且制造起來比較簡便，能夠實現高效的運行、維護。因為其在實施的過程中涉及減壓，所以存在著較高的地熱水礦化度的要求，與此同時，還需要加強對于不凝結氣體含量的有效控制，反之便會造成其出現一定的腐蝕及結垢等問題［2］。

2.2 地熱發電發展

地熱資源作為一種天然能源，是全世界范圍內廣泛重視的資源。美國、意大利等國家早在20世紀便意識到了地熱能源的重要性并對其進行開發和利用。而冰島更是在生產生活中實現了對于地熱能源的全面應用。我國在地熱能源方面所進行研究和開發起步較晚，但也逐步建立了多個工作小組，現如今，我國已經有了西藏羊八井這一主要發電站（如圖1所示），其有著我國最大的裝機容量規模，具體高達26.34MW。相關調查研究表明，對能源結構采取相應的優化措施對于我國經濟的可持續發展起到一定的推動作用，所以國家在后續發展過程中推出了一系列相關科研項目，旨在充分發揮出地熱資源的應用優勢，助力社會整體的循環發展。

圖1 西藏羊八井地熱電站

2.2.1 國際發展情況

在當前所探討的可再生能源中，人們往往將更多的關注點放在了太陽能上，這使得地熱能并沒有得到足夠的重視，但其作為地球給予人類的重要資源之一，將會成為未來能源領域的關鍵內容。從實際情況來看，風能和太陽能本身有著較高的不穩定性，但地熱能在作為一種可再生能源的同時，有著更高的可靠性，所以其在未來不斷發展的過程中能夠有效代替核能、天然氣及煤炭等能源。除此以外，地熱能本身還有著較強的清潔性，其不僅有著極為豐富的存儲量，而且在應用的過程中不會生成大量的溫室氣體，不會嚴重影響地球的環境。在美國現階段的能源組成中，地熱能的應用有著0.5%的占比，結合相關調查研究表明，美國每年會在當前的地熱系統中開展對于3000MW熱能的采集工作，而其開采的地熱資源則基本上在10 萬MW左右。有關專家表明，若是能夠進一步擴大在地熱能源開發應用方面的投入，未來地熱能勢必能夠達到同風能和太陽能相匹配的地位。

地熱能在產業化發展的過程中依然面臨著來自多方面的限制，其中，最主要的便是資金和技術。從實際情況來看，地熱產業本質上其實是一種資本密集型行業，與其他可再生能源一樣，其投資往往要經歷一段較長的時間才能夠得到回報，所以通常情況下來說，其很難獲得更多的商業投資。為了支撐可再生能源的進一步發展，一般是要依靠來自政府的支持，具體包括政府補貼及稅收減免等優惠政策，這樣便能夠促使投資者更加對于地熱項目的投資力度。從技術角度來看，針對地熱能的開發，應當注重保障開采點勘測的準確性，并科學實現對于地熱蘊藏量的精準預測，因為一次鉆探大多存在相對較高的成本，所以針對地熱項目的投資建設而言，準確找到相應的開采點有著至關重要的作用。地熱產業需要在現有的基礎上積極開展對于各種常規能源勘測設備的引進工作，以便于精確定位開采點，為后續工作的開展奠定堅實的基礎。當前全世界范圍內，諸多國家及地區均在開展對于地熱能的研究，至今為止，已經有超過40個國家和地區在其未來整體戰略規劃中實現了對于發展地熱能產業的融入［3］。

2.2.2 我國發展情況

我國現在所勘探的地熱資源基本上都屬于是低溫地熱資源，具體分布在西藏、四川及蘇北等地區，而在西藏、云南、臺灣等部分地區則分布著少量的能夠支撐發電的高溫地熱資源，相關調查研究表明，在喜馬拉雅山地帶總共存在著255 處，而當前實際運行的地熱電站總共包括5 處。當前，我國存在著諸多的高低溫地熱仍未得到進一步開發，特別是在西部。我國西藏羊八井鎮是比較重要的一個地熱發電站，地熱電站的具體位置處在當雄縣之內，同拉薩市之間有著90km的距離，結合相關調查研究能夠明確，在該地區廣泛分布著大量的熱水湖、溫泉、噴泉及沸泉等，并且其在規模上都呈現出比較大的特點，其地熱田的面積總共為17.1km2，也是目前為止我國最發現的規模最大的高溫地熱濕蒸汽田。此處的地熱水溫度能夠始終保持在47℃左右，這不僅是我國所開發的首個濕蒸汽田，同時，還是全世界范圍內海拔最高的地熱電站。此處過去僅僅是一個牧場，地下熱水極為豐富，1975年，我國第一口濕蒸汽井產生，次年地熱發電機組在此處正式發電。羊八井迪熱電廠地處在藏北羊井草原的深處，其目前為止是我國規模最大的地熱試驗基地，同時，還是世界范圍內比較典型的工業性發電廠之一，對于藏中電網的增長運行有著重要意義，在整體的拉薩電網年發電量中，其發電量有著45%左右的占比［4-7］。

3 結語

綜上所述，強化應用地熱資源發電技術能夠為發電領域注入一股全新的活力，不僅能夠提升經濟效益，還可以減少電力產業發展過程中所帶來的環境問題，可以充分滿足可持續發展的要求，對于我國整體的可持續發展有著積極的促進作用。