地?zé)岚l(fā)電

　　地?zé)岚l(fā)電是地?zé)崂玫淖钪匾绞?。地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來(lái)。目前能夠被地?zé)犭娬纠玫妮d熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。按照載流體類(lèi)型、溫度、壓力和其他特性的不同，可把地?zé)岚l(fā)電的方式劃分為地?zé)嵴羝?、地下熱水、?lián)合循環(huán)和地下熱巖四種發(fā)電方式。

(1)蒸汽型地?zé)岚l(fā)電

　　蒸汽型地?zé)岚l(fā)電主要分為背壓式和凝汽式發(fā)電系統(tǒng)。

（1）背壓式汽輪機(jī)發(fā)電

　　把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以?xún)艋?，?jīng)過(guò)分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后使蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，排汽放空（或送熱用戶）。這是最簡(jiǎn)單的發(fā)電方式，大多用于地?zé)嵴羝胁荒Y(jié)氣體含量很高的場(chǎng)合，或者綜合利用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水。

 
圖1熱蒸汽背壓式發(fā)電原理圖

（2） 凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電

　　蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)部推動(dòng)葉片膨脹做功，帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向外供電。做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，冷卻后再排出，在該系統(tǒng)中，蒸汽在汽輪機(jī)中能膨脹到很低的壓力，所以能做出更多的功。這種系統(tǒng)適用于高溫160℃的地?zé)崽锏陌l(fā)電，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

 
圖2熱蒸汽凝汽式發(fā)電原理圖

(2)熱水型地?zé)岚l(fā)電

　　熱水型地?zé)岚l(fā)電是地?zé)岚l(fā)電的主要方式，目前熱水型地?zé)犭娬居袃煞N循環(huán)系統(tǒng)：

（1）閃蒸法地?zé)岚l(fā)電

　　將地?zé)峋趤?lái)的地?zé)崴人偷介W蒸器中進(jìn)行降壓閃蒸（或稱(chēng)擴(kuò)容）使其產(chǎn)生部分蒸汽，再引入到常規(guī)汽輪機(jī)做功發(fā)電。汽輪機(jī)排出的蒸汽在混合式蒸汽器內(nèi)冷凝成水。送往冷卻塔，分離器中剩下的含鹽水排入環(huán)境或打入地下，或引入作為第二級(jí)低壓閃蒸分離器中，分離出低壓蒸汽引入汽輪機(jī)的中部某一膨脹閥做功。用這種方法產(chǎn)生蒸汽來(lái)發(fā)電就叫做閃蒸法地?zé)岚l(fā)電。

 
圖3閃蒸法地?zé)岚l(fā)電原理圖

　　采用閃蒸法的地?zé)犭娬荆瑹崴疁囟鹊陀?00℃時(shí)，全熱力系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)。這種電站，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于制造，可以采用混合式熱交換器。缺點(diǎn)是，設(shè)備尺寸大，容易腐蝕結(jié)垢，熱效率低。由于系直接以地下熱水蒸汽為工質(zhì)，因而對(duì)于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。

（2）中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電

　　通過(guò)熱交換器利用地下熱水來(lái)加熱某種沸點(diǎn)的工質(zhì)，使之變?yōu)檎羝缓笠源苏羝ネ苿?dòng)汽輪機(jī)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。因此，在此種發(fā)電系統(tǒng)中，采用兩種流體：一種是采用地?zé)崃黧w作為熱源，它在蒸汽發(fā)生器中被冷卻后排入環(huán)境或打入地下；另一種是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為一種工作介質(zhì)（如氟利昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷等），這種工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器內(nèi)由于吸收了地?zé)崴懦龅臒崃慷a(chǎn)生的低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽送入汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。做完功后的蒸汽，由汽輪機(jī)排出并在冷凝器冷凝成液體，然后經(jīng)循環(huán)泵打回蒸汽發(fā)生器在循環(huán)工作。

 
圖4中間介質(zhì)法地?zé)?/span>發(fā)電原理圖

　　這種發(fā)電方法的優(yōu)點(diǎn)是，利用低溫位熱能的熱效率高，設(shè)備緊湊，汽輪機(jī)的尺寸小，易于適應(yīng)化學(xué)成分比較復(fù)雜的地下熱水。缺點(diǎn)是，不像擴(kuò)容法那樣可以方便的使用混合式蒸發(fā)器和冷凝器；大部分低沸點(diǎn)工質(zhì)傳熱性都比水差，采用此方式需有相當(dāng)大的金屬換熱面積；低沸點(diǎn)工質(zhì)價(jià)格較高，來(lái)源欠廣，有些低沸點(diǎn)工質(zhì)還有易燃、易爆、有毒、不穩(wěn)定、對(duì)金屬有腐蝕等特性。

(3)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電

　　聯(lián)合循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)就是把蒸汽發(fā)電和地?zé)崴l(fā)電兩種系統(tǒng)合二為一，這種地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是適用于大于150℃的高溫地?zé)崃黧w發(fā)電，經(jīng)過(guò)一次發(fā)電后的流體，在不低于120℃的工況下，在進(jìn)入雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)行二次做功，重復(fù)利用了地?zé)崃黧w的熱能，既提高了發(fā)電效率又將以往經(jīng)過(guò)一次發(fā)電后的排放尾水進(jìn)行再利用，大大節(jié)約了資源。

 
圖5聯(lián)合循環(huán)法發(fā)電原理圖

　　該系統(tǒng)從生產(chǎn)井到發(fā)電，再到最后回灌到熱儲(chǔ)，整個(gè)過(guò)程都是在全封閉系統(tǒng)中運(yùn)行的，因此即使是礦化程度很高的熱鹵水也可以用來(lái)發(fā)電，不存在對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)，由于是全封閉的系統(tǒng)，在地?zé)犭娬疽矝](méi)有刺鼻的硫化氫味道，因而是100%的環(huán)保型地?zé)嵯到y(tǒng)。這種地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行100%的地?zé)崴毓?，從而延長(zhǎng)了地?zé)崽锏氖褂脡勖?/p>

(4)利用地下熱巖石發(fā)電

（1）熱干巖發(fā)電

　　與那些只從火山活動(dòng)頻繁地區(qū)的溫泉中提取熱能的方法相比，熱干巖過(guò)程法不受地理限值，可以在任何地方進(jìn)行熱能開(kāi)采。首先將水通過(guò)壓力泵壓入地下4到6KM深處，在此處巖石層的溫度大約在200℃左右。水在高溫巖石層被加熱后通過(guò)管道加壓被取到地面并輸入各熱交換器中。熱交換器推動(dòng)汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化成電能。而推動(dòng)汽輪機(jī)工作的熱水劑冷卻后再重新輸入地下供循環(huán)水使用。這種地?zé)岚l(fā)電機(jī)成本與其它再生能源的發(fā)電成本相比是有競(jìng)爭(zhēng)力的，而且這種方法在發(fā)電過(guò)程中不產(chǎn)生廢水、廢氣等污染，所以它是未來(lái)的新能源。

 
圖6熱干巖發(fā)電應(yīng)用原理圖

（2）巖漿發(fā)電

　　在現(xiàn)在的地?zé)岚l(fā)電中，地?zé)醿?chǔ)層中的熱源是地下深部的熔融巖漿。所謂沿江發(fā)電就是把井鉆至巖漿，直接獲取那里的熱量。這一方式在技術(shù)上是否可行，是否能把井鉆至高溫巖漿，人們一直在研究中。到目前為止，夏威夷進(jìn)行了鉆井研究，想用噴水式鉆頭把井鉆到巖漿溫度為1020~1170℃的巖漿中，并深入巖漿29m，可就是此也只是淺地表的個(gè)別情況，如果真正鉆到地下幾千米才鉆到巖漿，采用現(xiàn)有的技術(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的。另外，從巖漿中提取熱量，只是進(jìn)行了理論研究。

　　目前主要有三個(gè)重大技術(shù)難題阻礙地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展，即地?zé)崽锏幕毓?、腐蝕和結(jié)垢。

(01)回灌

　　地?zé)崴泻写罅康挠卸疚镔|(zhì)，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響。地?zé)峄毓嗍前呀?jīng)過(guò)利用的地?zé)崃黧w或其他水源，通過(guò)地?zé)峄毓嗑匦伦⒒責(zé)醿?chǔ)層段的方法?；毓嗖粌H可以很好地解決地?zé)釓U水問(wèn)題，還可以改善或回恢復(fù)熱儲(chǔ)的產(chǎn)熱能力，保持熱儲(chǔ)的流體壓力，維持地?zé)崽锏拈_(kāi)采條件。但回灌技術(shù)要求復(fù)雜，且成本高，至今未能大范圍推廣使用，如果不能有效解決回灌問(wèn)題，將會(huì)影響地?zé)犭娬镜牧㈨?xiàng)和發(fā)展。因此，地?zé)峄毓嗍秦酱鉀Q的關(guān)鍵問(wèn)題。

(02)腐蝕

　　地?zé)崃黧w中含有很多化學(xué)物質(zhì)，其中主要的腐蝕介質(zhì)有溶解氧、H+、CI-、H2S、等，再加上流體的溫度、流速、壓力等因素的影響，地?zé)崃黧w對(duì)各金屬表面都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，直接影響設(shè)備的使用壽命。地?zé)犭娬靖g嚴(yán)重的部位多集中在負(fù)壓系統(tǒng)，其次是汽封片、冷油器、閥門(mén)等。腐蝕速度最快的是射水泵葉輪、軸套和密封圈。

(03)結(jié)垢

　　由于地?zé)崴Y源中礦物質(zhì)含量比較高，在抽到地面做功的過(guò)程中，溫度和壓力會(huì)發(fā)生很大的變化，進(jìn)而影響到各種礦物質(zhì)的溶解度，結(jié)果導(dǎo)致礦物質(zhì)從水中析出產(chǎn)生沉淀結(jié)垢。如在井管內(nèi)結(jié)垢，會(huì)影響到地?zé)崃黧w的采量，加大管道內(nèi)的流動(dòng)阻力進(jìn)而增加能耗；如換熱表面結(jié)垢，則會(huì)增加傳熱阻力；垢層不完整處還會(huì)造成垢下腐蝕。