地热发电的技术原理及应用

关于地热能源发电技术的思考

摘要

地热是来自地球内部的一种能量资源。地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300℃，天然温泉的温度大多在60 ℃以上，有的甚至高达100 ℃～140 ℃。这说明地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。这种热量渗出地表，于是就有了地热。地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔

关键词

绿色电力 地热发电 清洁能源

一，地热能源的基本介绍

我们国家很早就开始重视新年能源方面的探索了，中国在第十一个五年规划期间实现单位GDP能耗降低20%的目标。“十二五”期间，中国计划将单位GDP能耗再降16%，二氧化碳排放强度降低17%。我们努力的方向是改造原有电厂，建设新能源电厂，其中就包括地热电厂。

地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300 ℃，天然温泉的温度大多在60 ℃以上，有的甚至高达100℃～140 ℃。这说明地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能，地热由此产生。

地球可以看作是平均半径约为6371km的实心球体。它的构造就像是一个半熟的鸡蛋，主要分为三层。地球的外表相当于蛋壳，这部分叫做“地壳”，它的厚度各处很不均一，由几千米到70km不等，其中大陆壳较厚，海洋壳较薄。地壳的下面是“中间层”，相当于鸡蛋白，也叫“地幔”，它主要是由熔融状态的岩浆构成，厚度约为2900km。地壳的内部相当于蛋黄的部分叫做“地核”，地核又分为外地核和内地核。

地球每一层的温度很不相同。从地表以下平均每下降100米，温度就升高3 ℃，在地热异常区，温度随深度增加的更快。中国华北平原某一个钻井钻到1000米时，温度为46.8 ℃；钻到2100米时，温度升高到84.5 ℃。另一钻井，深达5000米，井底温度为180℃。根据各种资料推断，地壳底部和地幔上部的温度约为1100 ℃~1300 ℃，地核约为2000 ℃～5000 ℃。

地热发电的原理技术

地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有载热体把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。

（1）蒸汽型地热发电

蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电，但在引人发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制（参考《资源》栏目有关文章）。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。

（2）热水型地热发电

热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型地热电站有两种循环系统：

a、闪蒸系统。当高压热水从热水井中抽至地面，于压力降低部分热水会沸腾并闪蒸成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注人地层。

b、双循环系统。地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进人汽轮机做功后进人凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。

地热发电的前景是取决于如何开发利用地热储量大的干热岩资源。图3是利用干热岩发电的示意图。其关键技术是能否将深井打人热岩层中。美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫科学试验室正在对这一系统进行远景试验。

1 新能源的开发与利用

地 热 能 的 开 发 与 利 用

院系：电气工程系

班级：10风电2班

姓名：张 鹏 宇

学号：1001100221

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地 热 能 的 开 发 与 利 用

目前是资源短缺的社会，而新的能源渐渐被开发出来，如风能，太阳能，潮汐能等一些新起能源，逐渐成了世界重要的能源，这些新能源不仅可再生，而且环保。

我们人类居住的这个星球，很像是一个巨大的“热水瓶”，外凉内热，而且是越往里温度越高。人们把蕴藏于地球内部的热能称为“地热能”。地球通过火山爆发和温泉外溢等途径，将其内部蕴藏的热能源源不断地输送到地面上来。

地热资源一般包括低温水热系统、地压地热系统、干热岩系统、熔岩系统等。

低温水热系统为蒸汽地热田和热水地热田两种．蒸汽田易于开发，但储量很小，只占地热资源的0.5%，而地热水资源的储量较大，占地热资源的10%左右。其温度范围也很广，从接近于室温到高达390℃。 地压地热系统是指在高压下由深部地层可以提取的含有可溶性甲烷(沼气)的高盐分热水，水温可达l50-250℃左右。

干热岩系统是地层深处具有150-650℃左右温度的热岩层，这里由于渗透性差，不存在流体，所以叫做干热岩。

熔岩系统是指温度为650-1200℃处于塑性状态或完全熔化的熔岩．其埋藏部位最深，据估计约占已探明地热资源的40％。

从世界范围来看，利用温泉洗浴已有数千年历史，但只是在

3 20世纪，地热资源才大规模用来发电、供暖和进行工农业利用，地热开发利用的步伐在20世纪70年代初开始加快。据统计，目前全球有27个国家利用地热发电，总装机容量约10700MWe，利用地热发电所生产的电力达67246GW.h/a，平均利用系数为72%（一年中有72%的时间在工作）；地热直接利用的国家有78个，总设备容量约为50583 MWt，利用热能121696GW.h/a。美国、意大利、日本、冰岛、新西兰、印度、菲律宾等世界上地热资源丰富且开发利用较好的国家，地热在整个国民经济中已起到重要作用。如冰岛全国87%的供暖靠地热，菲律宾电力供应中地热发电已占21%。

地热能的发电原理与应用案例

地热能是一种持续且可再生的能源，它利用地壳内部的热能来产生电力。本文将探讨地热能的发电原理，并通过几个应用案例来展示其广泛的应用领域。

一、地热能的发电原理

地热能发电利用地球内部的热能，可分为两种主要方式：直接使用地热和利用热能来产生蒸汽发电。

直接使用地热：这种方式主要利用地层中储存的高温热水或蒸汽来供暖或进行工业用途。通过准确地选择具有高温热水资源的地区并建造相应的热能捕捉系统，可以实现热能的直接利用。这种方法相对简单且成本较低，因为无需通过发电机转化成电力。

利用热能来产生蒸汽发电：这是一种常见的地热能发电方式。首先，地下的热水或蒸汽通过钻井被提取出来，然后通过换热器将热能传递给水。这样，水被加热转化为蒸汽，蒸汽驱动涡轮机旋转，并将机械能转换为电力。最后，电力通过发电机产生。

二、地热能的应用案例

1. 冰岛的地热能发电

冰岛是一个充满地热能资源的国家。该国利用地热能建立了大规模的地热电厂，为国内供电。例如，霍萨冰川旁的Krafla火山，拥有丰富的地热资源。该地区的地热发电站使用地下蒸汽来驱动涡轮机，产生电力满足当地居民和工业的需求。

2. 地热供暖系统

地热能也被广泛应用于供暖系统中。例如，一些国家和地区的地下水具有较高的温度，可以通过直接循环系统将地热能用于供暖。特别是在冬季，地热供暖系统可以为房屋提供稳定且高效的热能，减少了对化石燃料的依赖。

3. 温泉发电

温泉是一种由地下温泉喷涌而出的天然水资源，直接使用地热能为旅游景区提供动力和电力是一项重要应用案例。例如，日本的地热电站采用了新鲜的淡水和温泉水混合来产生蒸汽，进而通过涡轮机发电。这种系统在促进旅游业的同时，也能为当地社区提供电力。

4. 地热驱动工业过程

地热能还被应用于一些工业领域中，如温室农业和温室汽车生产。通过利用地下热水或蒸汽来调节温室环境，提供适宜的生长条件，农作物的生产效率得到提高。同时，地热能也可用于加热设备和汽车生产线等工业过程，减少能源成本和环境污染。