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地热发电系统是如何组成的?

关于地热发电技术地热发电是指利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似,也是根据能量转换原理,首先把地热能转换为机械能,再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是利用天然的地热水蒸气,或由地热水加热的低沸点工质蒸汽,驱动汽轮机做功,将热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。

地热资源我国地热资源类型分为浅层地热资源,水热型地热资源和干热岩资源。但目前只有水热型地热资源能用于商业发电,水热型地热资源又分为:干蒸汽、湿蒸汽和地热水。由于地热资源性质不同,其发电方法也不同,目前有背压发电、凝汽发电、闪蒸发电、双工质发电、全流发电。

下面我们根据不同的发电方法,来具体讲解一下地热发电系统的组成:

1. 背压发电

适用于压力和温度较高的干蒸汽田,将地热蒸汽引入蒸汽净化器滤去除杂质后,然后将纯净蒸汽再引入汽轮机中膨胀做功,最后将乏汽直接排入大气。这种发电方式最简单,投资费用低,其缺点是发电效率低。

主要组成有蒸汽净化器、汽轮发电机组等装置。

2. 凝汽发电

采用将地热蒸汽引入蒸汽净化器滤去除杂质后,然后将纯净蒸汽再引入汽轮机中膨胀做功,最后排汽进入凝汽器冷却成水。其显著提高了电站的发电效率,但同时也额外增加了用电。

主要组成有蒸汽净化器、汽轮电机组、冷凝器等装置。

3. 闪蒸发电

将地热井口来的地热水,先送到闪蒸汽中进行降压闪蒸(或称扩容)使其产生部分蒸汽,再将蒸汽引到汽轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成凝结水,送往冷却塔进行冷却。该系统设备简单、易于制造,可以采用混合式热交换器。缺点在于设备尺寸大,容易腐蚀结垢,热效率低。

主要组成有闪蒸器、汽轮发电机组、冷凝器、冷却塔、凝结水泵等装置。

4. 双工质发电

利用地下热水来加热某种低沸点的工质,通过热交换器使低沸点工质变为蒸汽,然后将蒸汽引入汽轮机,推动汽轮机做功,最终将机械能转换为电能。做功完成后的蒸汽,由汽轮机排出,并在凝汽器中冷却成液体,然后经循环泵打回蒸汽发生器再循环工作。优点在于利用低品位热能的效率较高,设备紧凑,汽轮机的尺寸小,易于适应化学成分比较复杂的地下热水。缺点在于不像闪蒸发电那样可以方便地使用混合式蒸发器和冷凝器,相比水介质来说双工质系统需要相当大的金属换热面积。

主要组成有蒸发器、预热器、汽轮发电机组、冷凝器、工质泵等装置。

5. 全流发电

将地热井口的全部流体,包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等,不经处理直接送进一台特殊设计的膨胀机做功,使其一边膨胀一边做功,最后以汽体的形式从膨胀机的排汽口排出。主要组成有净化器、全流膨胀机发电机组、冷凝器等装置。

6. 地热和光热耦合发电

针对地热源参数不高、地热发电潜力不足的项目开发的地热太阳能联合发电系统。采用水为中间介质,能够避免发电系统侧设备结垢问题,一定程度上解决了闪蒸系统的汽轮机排汽湿度大进而危害设备安全性的问题。

主要组成有蒸发器、预热器、加热器等装置。

总结地热能作为一种可再生能源,在我国的发电、供暖、工农业和医疗等领域的发展潜力巨大,对其合理的开发利用会带来良好的经济效益、环境效益、社会效益。也可为我国经济转型、节能减排和能源结构调整增加新的活力,是一项惠及民生的产业。

参考:[1]胡斌,王愚. 浅谈地热发电技术[J]. 东方电气评论,2019(33)

[2]赵国明. 地热能利用现状及发展前景[J]. 煤气与热力,2019(04)

地热发电实际上是用蒸汽动力发电。通过打井找到正在上喷的天然热水流。由于水是从1~4公里的地下深处上来的,所以水是处在高压下。一眼底部直径25厘米的井每小时可生产20~80万公斤的地热水与蒸汽。由于水温的不同,5~10眼井产出的蒸汽可使一个发电装置生产出55兆瓦的电。  这种发电装置有两类:汽轮机发电和二元发电装置。在汽轮机发电中,为了供给一台汽轮发电机蒸汽,抽出的地热水(带压)在称为闪蒸罐容器的表面释放出来,一部分水(约占35%,取决于它的温度)闪蒸(沸腾)为蒸汽,进入汽轮发动机进而带动一台发电机。涡轮的排气用传统冷却塔冷却。闪蒸罐内剩余的水在沸腾阶段之后又注入热库边缘的地下,它有助于维持热库的压力并补充对流的水热系统。  在二元发电装置中,不是将热水闪蒸为蒸汽,而是送至一台热交换器,用以加热工作介质,后者通常是有机化合物,如异丁烷或异戊烷。工作介质被气化,用气化后的蒸汽驱动涡轮发动机,进而带动发电机。在离开涡轮后工作介质冷凝为液体,流回热交换器再次被气化。地热流体通过喷射井又回到地下,这一点与汽轮发电机中的情况很相似。由于在二元地热发电装置中所用的工作介质是在比水低的温度下蒸发的,所以它的发电效率比汽轮发电机高。  这两类发电装置各有其优点。汽轮发电机制造和运行都不太贵,但为了在高效率下操作,它要求水温在180~200℃以上。二元发电装置制造和运行费用较高,但它可用100℃或更低温的水发电。目前世界上多数正在运行的地热发电装置属于汽轮机型,但二元发电装置越来越普及。

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作者: Anita

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