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地热电站的发电原理?

2021-08-11 17:37:04来源:地热 编辑:创城新能源

地热发电是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把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。地热种类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。地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。一次蒸汽法一次蒸汽法直接利用地下的干饱和(或稍具过热度)蒸汽,或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法二次蒸汽法有两种含义,一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽(一次蒸汽),而是让它通过换热器汽化洁净地热发电水,再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电。第二种含义是,将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽,压力仍高于当地大气压力,和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。地热水中的水,按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的,必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电,利用抽真空装置,使进入扩容器的地下热水减压汽化,产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功,这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大,因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质,地下热水通过换热器加热,使低沸点物质迅速气化,利用所产生气体进入发电机做功,做功后的工质从汽轮机排入凝汽器,并在其中经冷却系统降温,又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”,这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差,如果发电系统的封闭稍有泄漏,工质逸出后很容易发生事故。混合蒸汽法20世纪90年代中期,以色列奥玛特(Ormat)公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一,设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系统,该机组已经在世界一些国家安装运行,效果很好。地热蒸汽发电系统利用地热蒸汽推动汽轮机运转,产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠,是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。双循环发电系统也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质,使工质在流动系统中从地热流体中获得热量,并产生有机质蒸汽,进而推动汽轮机旋转,带动发电机发电。本系统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,不经处理直接送进全流动全流发电系统地热发电力机械中膨胀做功,其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量,但技术上有一定的难度,尚在攻关。干热岩发电系统利用地下干热岩体发电的设想,是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年,他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井,从一口井中将冷水注入到干热岩体,从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽,功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯,但迄今尚无大规模应用。

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入汽轮发电机组发电,但在引入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,当然最好是再回注入地层。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。蒸汽进入汽轮机做功后进入凝汽器,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入地层。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。

标签: 地热能发电机

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