地热水发电.ppt

地热水发电 目录 概述单级地热水发电双级地热水发电两种发电技术对比地热水发电研究现状 概述 随着世界经济的不断增长 能源的消耗也越来越大 化石燃料的大量使用带来了严重的环境污染和生态破坏 资源量也日益减少 开发洁净的可再生能源成了可持续发展的迫切需要 作为替代能源之一的地热能源日益受到人们的重视 地热电站没有燃料运输设备 没有庞大的锅炉设备 没有灰渣和烟气对环境的污染 是比较清洁的能源 地热发电成本较水电 火电都低 概述 概述 地热发电至今已有近百年的历史了 新西兰 菲律宾 美国 日本等国都先后投入到地热发电的大潮中 其中美国地热发电的装机容量居世界首位 在美国 大部分的地热发电机组都集中在盖瑟斯地热电站 盖瑟斯地热电站位于加利福尼亚州旧金山以北约20公里的索诺马地区 1920年在该地区发现温泉群 喷气孔等热显示 1958年投入多个地热井和多台汽轮发电机组 至1985年电站装机容量已达到1361兆瓦 20世纪70年代初 在国家科委的支持下 中国各地涌现出大量地热电站 概述 我国地热资源分布图 概述 开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类 因此 地热发电也分为两大类 地热水发电有单级地热水发电和双级地热水发电两种 单级地热水发电原理 如图所示 来自生产井的热水首先进入闪蒸器 闪蒸器内维持着比地热水饱和压力还要低的压力 使得地热水降压闪蒸并将产生的低压蒸汽送往汽轮机膨胀做功 闪蒸后的水排入回灌井 闪蒸系统比较简单 运行和维护较方便 闪蒸器结构简单 金属消耗量少 造价低 但是同时也存在汽轮机的尺寸较大 易结垢 腐蚀 需要容量大的抽气器维持高真空等缺点 单级地热水发电计算 t1为最佳闪蒸摄氏温度 Th为地热水的热力学温度 K Tc为闪蒸系统冷凝热力学温度 K qm1为闪蒸器闪蒸地热水的质量流量 t h qm为地热水的质量流量 t h hh为状态点h地热水质量焓 kJ kg h1 为状态点1 饱和液质量焓 kJ kg h1 为状态点1 饱和汽质量焓 kJ kg h2为状态点2饱和液质量焓 kJ kg X为厂用电率 oi为汽轮机相对内效率 m为机械效率 g为电机效率 h3为状态点3流体质量焓 kJ kg 双级地热水发电原理 如图所示 当井口地热流体为热水时 热水先进入第1级闪蒸器 产生的蒸汽进入汽轮机的高压部分 从第1级闪蒸器底部出来的热水再进入第2级闪蒸器 产生2次闪蒸蒸汽 进入汽轮机中压部分做功 双级地热水发电计算 Tg为地热水的热力学温度 K Tc为闪蒸系统冷凝热力学温度 K 双级地热水发电计算 qm为地热水质量流量 t h hg为地热水质量焓 kJ kg h1 h2 为状态点1 2 地热水质量焓 kJ kg h1 h2 为状态点1 2 饱和汽质量焓 kJ kg 双级地热水发电计算 h3 h4 h5为状态点3 4 5地热水质量焓 kJ kg hh为状态点h地热水质量焓 kJ kg 两种发电技术对比 两级闪蒸法发电系统 可比单级闪蒸法发电系统增加发电能力15 20 采用闪蒸法的地热电站 基本上是沿用火力发电厂的技术 即将地下热水送入减压设备扩容器 产生低压水蒸汽 导入汽轮机做功 这种电站 设备简单 易于制造 可以采用混合式热交换器 缺点是 设备尺寸大 容易腐蚀结垢 热效率较低 由于是直接以地下热水蒸汽为工质 因而对于地下热水的温度 矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求 地热水发电研究现状 地热水发电研究现状 近年来世界地热发电发展迅速 全球地热发电装机容量从2000年的8594MW 增加到2014年的12594MW 亚太地区与北美地区地热发电装机容量居主导地位 分别为4 5GW和3 4GW 美洲地热发电市场以美国 墨西哥和尼加拉瓜为主 亚太地区的地热发电市场主要有印尼 日本 菲律宾和新西兰 地热发电仍以普通型干蒸汽方式与闪蒸方式为主 最近10年利用中 低温地热能的双工质方式发电发展较快 地热水发电研究现状 美国拥有全球最多的地热资源 估计地热储量约为30000MW 地热能开发规模最大 地热发电居世界第一 美国不少地热发电企业采用双工质发电方式 近10年来 美国科学家倡导研发了增强型地热系统技术 其第一个商业增强型地热系统 EGS 项目已成功并网供电 据估计 EGS将使美国100 500GW的潜在地热资源获得利用 北欧冰岛是全球地热开发的楷模 约1 3的电力来自地热发电 地热在一次能源中占54 菲律宾是发达的地热发电国家 地热发电量仅次于美国 约占国内总发电量的20 印尼的活火山数和地热潜能居世界第二位 2014年印尼地热发电装机容量居世界第三 目前地热发电量占印尼全国总用量的3 印尼的地热储量约为29000MW 占全球总量的40 肯尼亚地热发电开发以惊人的速度向前推进 2014年装机容量达到590MW 肯尼亚的地热发电量占总用电量的49 地热水发电研究现状 地热水发电研究现状 目前 有三个重大技术难题阻碍了地热发电的发展 这三个技术难题是 地热田的回灌 腐蚀和结垢 地热水发电研究现状 地热水中含有大量的有毒矿物质 例如我国羊八井的地热水中含有硫 汞 砷 氟等多种有害元素 地热发电后大量的热排水直接排放掉的话 会对环境产生恶劣影响 对地热储回灌可行性评价要考虑以下几个重要方面 最优地点的选择 钻井和井孔运行费用与其它排放方法费用之比较 某一速率回灌所要求的压力 以及回灌量随时间的衰减等运行方面的问题 地热水发电研究现状 地热流体中含有许多化学物质 其中主要的腐蚀介质有 溶解氧 O2 H Cl H2S CO2 NH3和SO42 再加上流体的温度 流速 压力等因素的影响 地热流体对各金属表面都会产生不同程度的影响 直接影响设备的使用寿命 常见的防腐措施如下 使用耐腐蚀的材料 采用不锈钢材质的设备及部件 但这种措施往往成本较高 对主要腐蚀部件的金属表面涂敷防腐涂料 但涂层一旦划破 会加速金属材料的腐蚀 采取相应的密封措施 防止空气中的氧进入系统 针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐措施 例如选材时应尽量避免异种金属相互接触 以避免电偶腐蚀 地热水发电研究现状 地热水资源中矿物质含量比较高 在抽到地面做功的过程中 温度和压力均发生很大的变化 影响到各种矿物质的溶解度 必然导致矿物质从水中析出产生沉淀结垢 常用的防止或清除结垢的措施有 用HCl和HF等溶解水垢 为了防止酸液对管材的腐蚀必须加入缓蚀剂 采用间接利用地热水的方式 在生产井的出水与机组的循环水之间加一个钛板换热器 可以有效防止做功部件腐蚀和结垢 但造价很高 采用深水泵或潜水泵输送井中的流体 使其在系统中保持足够的压力 在流体上升过程和输送过程中不发生气化现象 从而防止碳酸钙沉积 选择合适的材料涂衬在管壁内 防止管壁上的结垢 参考文献 1 骆超 马伟斌 单级和两级地热发电系统能量转换分析 J 科技导报 2014 32 14 35 41 2 罗承先 世界地热发电开发新动向 J 中外能源 2016 21 05 21 28 3 王永真 杨柳 张超 蒋勃 张靖 刘宇炫 赵军