地热发电的原理与技术

地热发电的原理与技术

师鹏张洋

（冀东油田供电公司河北省唐山市063200）

摘要：本文对地热发电技术的原理与技术进行了分析与讨论，希望对有关工作者有所帮助。

关键词：地热发电；技术；原理

引言

虽然我国是能源大国，但是人均能源占有量非常低，由此我们需要开展资源节约型、环境友好型社会建设，缓解化石能源短缺对我国造成的诸多压力，所以近些年，更多的人开始重视地热能等一些可清洁再生能源的运用于发展。地热能作为一种可再生能源，在地热电站中不包含运输燃料的设备以及体积较大的熔炉燃烧设备，更没有灰渣排放或引风系统，不会有烟气对周围环境产生污染，算是一种较为清洁的优秀能源，并且其发电效率也非常高，发电成本也比原先火电或水电发电的要低很多，因此该技术在我国有着较为广阔的发展空间。

1.地热能

现阶段我们对地热能的理解，就是来自于地球较为深层的热能，这种热能是在地球熔融岩浆以及其他放射性物质衰变而引发的，它是一种可再生能。通过地下水深处的循环，可以将更深处的岩浆带入到地壳，并且将这些岩浆的热量逐渐带入到近表层。地热能集中最多的地方就是发生火山地震较为平凡的火山地震带上，也就是通常我们所说的板块交界处，这里板块活动较为活跃。总的来说地热能属于一种清洁能源，它不仅对周围环境没有污染，并且地热能本身就属于地球自身的一种形态与变化，并且在实际工作的过程中，我们通过控制热量采集的速度，还能够用其自身的补充速度达到一种平衡状态，从而实现可再生。

随着世界化石能源数量的不断降低，以及化石能源在运用过程中对地球生态环境的污染与破坏等问题的出现，使得人们的环保意识更强，越来越重视清洁能源与可再生能源的开发与利用。

目前地热资源主要被分为两种类型，即热水型与蒸汽型。所以与之相对应得发电方式也主要有两种，及热水发电与蒸汽发电。现阶段在实际工作的过程中，采用最多的还是利用地热饱和蒸汽进行发电，而在地热包和中期发电中，也有着地磁蒸汽法与二次蒸汽法来个那种不同的方法。

地热发电的原理设计上就是能源之间的相互转换，将热能转换为机械能，之后再将机械能转换为电能的一个过程。地热能之所以在我国比较适用，主要是由于我国有着较多的地热资源，而地热资源的类型大多为低温地热，其分布地区主要在华北、苏北、四川以及西藏等地。而有利于进行发电的高温地热资源则主要分布在川、藏等地。

2.地热发电原理与技术

其实我们常说的地热发电其原理就在于各种能量之间的相互转换，首先我们将地下热能通过一些方式来使其变为机械能，之后再将这种机械能进行转换成为电能，这其中与火力发电的基本原理是相同的，但是他们两种发电方式不同的地方就在于，地热发电不需要火力发电那样有巨大的锅炉，当然也不需要消耗燃料达到升温加热的效果，它通过地热能就能有很好的温度来确保发电效果。在实际工作的过程中，根据地热资源种类的不同以及所采取的地热发电技术方案的不同，我们可以将地热发电主要分为以下四种方式，即地下热水、联合循环、地热蒸汽以及地下热岩。

2.1地下热水发电技术

在我们常用的地下热水发电技术中，包含着两种发电方式，即闪蒸地热发电与中间介质法地热发电，以下我们就对这两种方法进行分别探讨。

2.1.1闪蒸地热发电

这种发电方式额工作原理就是将地热水引入到地热井口位置，再将其送到闪蒸器中进行降压闪蒸加工，从而使其产生一部分的蒸汽，之后将这一部分蒸汽收集到常规汽轮机中进行发电。汽轮机所排出的蒸汽能够在混合式凝汽器中逐渐降温冷凝，形成水，随后将这部分水送入到冷却塔中。而工作完成后，我们需要将分离器中所剩下的一些含盐水排入到周围环境之中亦或者直接打入地下，或者进行循环利用使其作为第二级低压闪蒸器中进行再次分离，分离出来的低压蒸汽被送入到汽轮机中做功。利用蒸汽以及上述方法进行发电的就被叫做闪蒸法地热发电，在工作的过程中，闪蒸法地热发电还可以分为全流法以及单级或多级闪蒸法等等。

通常情况下，如果地热电站采用闪蒸法进行电能的声场，那么当热水温度小于沸点温度的情况下，全热力系统就会在负压状态下进行工作。这种地热电站的设备相对来说比较简单，制造方便，也可以采用混合式热交换器等等，而这种方式发电的缺点就在于设备尺寸的大小不宜把控，常常会出现尺寸过大的问题，并且在运转之后，很容易产生结垢或腐蚀现象，从而大大影响了热效率。

2.1.2中间介质法地热发电

这种方法的工作原理就是运用热交换器来对地下热水进行加工，使其达到低沸点，随后成为水蒸气，在利用这些水蒸汽作为推动力，推动汽轮转动从而带动发电机进行发电。当我们采用这种方法进行发电的过程中，应选用两种流体，第一就是地热流体，这种流体能够冷却再蒸汽发生器中，随后被打入地下或排入到周围环境之中；第二种就是采用低沸点工质流体为介质，比如说正丁烷、异丁烷等等，在实际工作的过程中，这种介质能够不断吸收地热水所放出的热量使其逐渐气化，从而产生一些沸点较低的工质蒸汽并被送入到专用设备中进行发电。使用后的蒸汽会有汽轮机排除，并在冷凝器中形成液体进行循环利用。

这种方法的优点就是能够充分利用地热能本身的热量，提升发电效率，降低热水消耗，而相对的也会有设备相对复杂，投资较多的缺陷。

2.2联合循环发电技术

这种技术的原理就是将地热发电与蒸汽发电两种方式进行有效结合，适用于温度高于150℃的高温地热流体发电，当流体通过第一次发电之后，温度还能保持在120℃以上的话，使其在进入双工质发电系统进行二次发电，这样不仅仅提升了发电效率，更能最大限度上的实现再利用，在创造效益的同时保障资源节约。

2.3地热蒸汽发电技术

该技术主要有两种方式，即凝汽式汽轮机发电以及背压式汽轮机发电。

2.3.1凝气式汽轮机发电

采用该方法进行发电能够有效提升地热电站机组的发电功率，将做功后的蒸汽排入到混合式凝汽器中再排出，使得争气能够在汽轮机中得到极低的压力，提升做功效率。

2.3.2背压式汽轮机发电

这种方法额工作原理就是先将蒸汽井中的干蒸气引出来，再对其进行净化，之后利用蒸汽来推动汽轮发电机组进行工作。这种方式是地热发电中最为简单的，更加适用于地热蒸汽中不凝结气体含量较高的地区等等。

2.4地下热岩发电技术

该技术也是主要有两种方式，即岩浆发电法及热干岩过程法。

2.4.1岩浆发电

在现阶段的地热发电技术中，地热储层中的热源为地下深部的熔融岩浆。而这种方式就是利用井钻至岩浆位置，之后直接从那里获取热量。这种方法从理论上来说是可行的，但是实际的操作方法有关人员也在不断的研究之中，毕竟从地表到岩浆的距离有几千米之隔，现有技术很难实现。

2.4.2热干岩过程法

这种方法在实际工作的过程中所受到的地理条件限制相对较少，基本可以在任何地方进行热能开采工作。该技术首先利用压力泵将水送入地下约4~6km的地方，该部位岩石的温度大概在200℃左右，水通过这些岩石的过程中被逐渐加热后，再利用管道被输入到热交换器中，随后热交换器又不断推动汽轮发电机进行工作，产生电能。同时水分经过冷却之后还能够循环利用，及提升了工作效率也利于成本节约，使得这种方法有着很强的市场竞争力。而且该方法基本上可以做到零污染。

3.结束语

随着资源压力的逐渐提升，地热资源也受到了更多人的重视，地热发电总量也在逐年提升。因此有关人员应在不断完善原有地热发电技术的基础之上，逐渐探索新的地热发电技术，造福社会、造福于人，为我国建设与发展做出更大贡献。

参考文献：

[1]裴海平.地热资源开发利用的现状、存在问题及对策-以安阳为例[J].中国科技信息.2011（22）.

[2]孙冰.我国深层地热资源的认识与勘探方法建议[J].中国煤田地质.2010（S1）.