地热发电原理

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。

地热能及地热发电技术概述

摘要 文章主要介绍了地热资源及其分类，地热发电的原理，并对发展地热发电中需要解决的关键问题进行了简要的分析，最后对我国地热发电的发展前景做了一下展望。

关键词 地热资源；类别；发电原理；关键问题；发展前景

随着人类对资源的过度开采，煤，石油等化石能源在几十年或一百多年后将被消耗殆尽；另一方面，这些能源的燃烧所造成的环境污染也日益凸显，严重威胁着人类社会的可持续发展。因此，开发可再生新能源已成为当前社会不容忽视的必由之路。我国地处欧亚板块，有着丰富的地热资源，太平洋地热带和地中海——喜马拉雅地热带经过我国版图。因此，开发地热能对解决我国能源短缺有着重大意义，具有美好的发展前景。

1地热资源及其分类

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，能够从地壳中科学、合理的开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组成。地热能是通过漫长的地质作用而形成的集热、矿、水为一体的矿产资源。地热资源按它在地下的储存形式可分为五大类：蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。

1）蒸汽型地热资源：指以温度较高的蒸汽为主的地下对流水热系统，这类地热资源由于需要特殊的地质条件才能形成，因此储量较少。一般蕴藏在1.5 km左右的地表深度。

2）热水型地热资源：指地下以水为主的对流水热系统，是存在于地热区的水从周围储热岩体中获得能量形成的，包括喷出地面的热水和湿蒸汽。这类资源分布广泛，储量丰富，是当前重点研究对象。

3）地压型地热资源：蕴藏深度为2km~3 km，以高压水形式存在，溶解大量碳氢化合物，开发时可同时得到压力能，热能，化学能。

4）干热岩型地热资源：在地壳深处，岩石具有很高的温度，储存大量得热能，干热岩型地热资源主要指地表下10km左右深处的干燥无水的热岩石。这类资源十分丰富，是未来开发的重点。

5）岩浆型地热资源：指蕴藏在地层深处的呈完全熔融状态或半熔融状态的岩浆中所具有的巨大能量。

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%。