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储能科学与技术

地热发电: 蕴藏丰富 前景广阔

2019-12-14 15:21| 发布者: admin| 查看: 119| 评论: 0

摘要: 作为可再生能源的一员,地热能资源丰富。我国藏滇地热带有高温地热资源分布,可用于地热蒸汽发电;中低温地下热水直接利用的能量居世界第一,其中的温度较高者,可以先发电,再将排水作综合利用。我国已开始干热岩地 ...

  作为可再生能源的一员,地热能资源丰富。我国藏滇地热带有高温地热资源分布,可用于地热蒸汽发电;中低温地下热水直接利用的能量居世界第一,其中的温度较高者,可以先发电,再将排水作综合利用。我国已开始干热岩地热资源发电领域的研究。

湿蒸汽发电原理图。

地热能利用

地球是一个巨大的热库,地热能是地球内部包含的热能,也称为地热。地热能包括地壳板块碰撞以及放射性元素衰变所释放的能量。可利用的地热资源集中在地热异常区,构成地热田。

对于地热资源来说,深度在0~200米的地热资源是浅层地热能,主要用于供暖和制冷,最近20年来,北美、西欧国家的浅层地热能利用发展比较快,中国的发展后来居上;深度在200米~3000米的地热资源是常规地热能,也称为水热型地热能;深度在3000米~10000米的地热资源是干热岩。

根据国土资源部中国地质调查局2015年调查评价结果,全国336个地级以上城市浅层地热能年可开采资源量折合7亿吨标准煤;全国水热型地热资源量折合1.25万亿吨标准煤,年可开采资源量折合19亿吨标准煤;埋深在3000~10000米的干热岩资源量折合856万亿吨标准煤。

地热能利用可分为地热发电和直接利用。我国中低温地热资源的直接热利用一直居世界第一位。据2015年世界地热大会的统计,中国地热直接利用的设备容量占世界总设备容量的25.4%,地热直接利用的年利用热能占世界总利用热能的29.7%。

地热发电

地热能是最连续、稳定的可再生能源,地热井可以连续不断地喷出(或泵出)热流体。地热发电不受天气、昼夜、季节影响,能够连续稳定输出电能。地热发电只在检修过程中暂停,平均一年可利用6000小时以上,最高已达8280小时。但是,地热资源分布受地质条件制约,资源分布不均,地热资源勘查历时较长,钻井风险大,地热发电初投资较高。

地热发电利用率是光伏发电的5.2倍、风力发电的3.5倍。

地热资源储存在地下,长期开采会造成资源亏损和热储压力降低。尤其是高温地热田,高压蒸汽和热水的大流量开采,远大于地下资源的天然补给量,其影响更为明显。为了减缓热储压力的降低速率和保护环境,在地热资源开采的同时应实施地热回灌,将经过利用后剩余的乏汽和尾水回灌到地下热储层中,这是保障地热资源可持续开发的必要措施。

地热发电分为地热干蒸汽发电、地热湿蒸汽发电、地热双工质发电、地热全流发电、干热岩发电。世界大功率地热发电主要是地热干蒸汽发电和地热湿蒸汽发电。地热干蒸汽发电系统简单,经济性高。干热岩发电利用干热岩地热资源,通过热交换产生热水和蒸汽,再驱动汽轮发电机组发电。

干热岩是地热能中最具开发潜力的一种可再生清洁能源,是21世纪人类的前瞻性能源,是继光伏、风电之后又一个全球追逐的新能源热点。

目前,探索干热岩发电的有8个国家,包括美国、英国、法国、德国、瑞士、日本、瑞典、澳大利亚。美国规划到2050年,实现干热岩发电装机容量1亿千瓦。中国、印度、韩国等也已开始干热岩地热资源研究。

中国地热发电

截至2015年,世界地热发电装机容量为12635兆瓦;截至2018年为14600兆瓦。地热发电装机容量排名前5位的国家依次为:美国、印度尼西亚、菲律宾、土耳其、新西兰。土耳其是近15年来增长最快的国家,2019年,土耳其地热装机容量将达到1595兆瓦,保持世界第4位。

20世纪70年代初,世界面临第一次石油危机,各国普遍重视新能源的开发,中国开始开发地热能。中国地热发电从1970年开始起步。1970年广东丰顺建成第一座地热试验电站,机组功率为0.03万千瓦,随后,在河北后郝窑、湖南灰汤等地建立了7个中低温地热发电站。这些中低温地热资源发电系统、设备主要是对废旧的小发电机组进行改造,又自行设计了地热管路系统,仅供当地使用,没有连接地区电网。截至目前,广东丰顺地热电站仍在运行,其他电站陆续关停。

当时,江西省宜春县(现为市)温塘使用67℃温泉水发电(双工质发电),容量为50千瓦,是世界最低温度地热发电。1977年,西藏羊八井高温地热发电试验机组试验发电成功。

我国西藏和云南地热带有高温地热资源分布,可用于地热蒸汽发电;中低温地下热水直接利用的能量居世界第一,其中的温度较高者,可以先发电,再将排水进行综合利用。

截至目前,中国地热发电站包括:西藏羊八井,容量为26.18兆瓦;广东丰顺,容量为0.3兆瓦;云南瑞丽,容量为1.2兆瓦;河北献县,容量为0.28兆瓦;四川康定,容量为0.2兆瓦;西藏羊易,容量为16兆瓦。在运地热电站共6个,容量共44.16兆瓦。

羊八井地热电站

【延伸阅读】


地热资源是西藏蕴藏的瑰宝。羊八井地热电站位于中国西藏自治区拉萨市西北90公里,海拔4300米,被誉为世界屋脊上的一颗明珠。电站使用羊八井地热田125℃~160℃中高温湿蒸汽,进行地热湿蒸汽发电。目前,羊八井地热电站装机容量为26.18兆瓦。

70年代中期,我国开始在西藏研究高温地热的蒸汽发电,开始在羊八井进行地热田勘探,并同步进行地热电站的设计和筹建。随着第一批高温地热井的钻成,井口喷出两相(蒸汽和热水)地热流体,1977年,1兆瓦的羊八井高温地热发电试验机组试验发电成功。至1991年,羊八井地热电站陆续完成8台机组安装。

1981年,在1兆瓦试验机组的基础上,工作人员研制了3兆瓦地热试验发电机组,将单级扩容系统改为两级扩容系统,效率得到大幅提升,开创了低参数两级扩容系统的先例。此项技术于1987年荣获国家科技进步一等奖。

上世纪90年代初,羊八井地热电站夏季发电量占到拉萨电网的50%,冬季达到60%,为拉萨市社会发展作出了重要贡献。截至目前,羊八井地热电站累计发电33.77亿千瓦时,减排二氧化碳约338万吨。

【链接】

《新能源技术丛书 地热利用技术》一书,为国家科学技术学术著作出版基金资助项目。

本书内容丰富。书中包含的专业技术涉及地热资源勘探、高温地热发电、中低温地热直接利用、浅层地热能利用和干热岩开发,此外,还介绍了世界上正在试验的前沿开发技术。

版面内容来源于《地热能开发利用“十三五”规划》、科技部《中国地热能利用技术及应用》《地热利用技术》《中国电力百科全书》(新能源发电卷)、《中外能源》、国网西藏电力有限公司等,王杏芸、王建君对本文有贡献。 特别感谢:郑克棪


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