地?zé)豳Y源是指在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)環(huán)境條件下，地殼內(nèi)能夠科學(xué)、合理地開發(fā)出來的巖石中的熱能量和地?zé)崃黧w中的熱能量及其伴生的有用組分。地?zé)豳Y源因儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定性好、利用系數(shù)高等特點(diǎn)，成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的新能源。地?zé)?/a>資源因其穩(wěn)定可靠、成本低廉、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)逐漸被各國所認(rèn)識(shí)，開發(fā)熱度逐年增加。地?zé)?/a>資源的利用方式主要有地?zé)岚l(fā)電和地?zé)?/a>直接使用。

  伴隨著化石能源和電力成本的波動(dòng)，不斷上升的能源價(jià)格極大地影響了人們的日常生活，全世界都迫切需要開發(fā)新能源來穩(wěn)定不斷緊張的能源形勢(shì)，地?zé)豳Y源提供了一個(gè)非常優(yōu)異的選擇。不同于煤炭及天然氣，地?zé)岚l(fā)電沒有任何隱藏的費(fèi)用，例如土地退化、排放污染等，也不會(huì)對(duì)周圍區(qū)域動(dòng)物和植物的生存環(huán)境造成破壞，更不會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生不良影響。此外，由于地?zé)崮茉?/a>是地區(qū)性自產(chǎn)的，其能夠有效地緩解對(duì)于國外能源的依賴，符合國家能源安全政策。據(jù)2010年世界地?zé)岽髸?huì)統(tǒng)計(jì)，全世界共有78個(gè)國家正在開發(fā)利用地?zé)崮?/a>技術(shù)，27個(gè)國家利用地?zé)?/a>發(fā)電，總裝機(jī)容量為10715MW，年發(fā)電67246GW·h，平均利用系數(shù)72%，美洲和亞洲分別占世界地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量的39.9%和35.1%。地?zé)豳Y源的直接利用發(fā)展很快，全世界78個(gè)國家地?zé)崮?/a>直接利用的設(shè)備總?cè)萘繛?8483MW，年利用熱能117778GW·h，平均利用系數(shù)28%。

 

  1地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展

 

  利用地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/資源.html" >資源發(fā)電至今，已經(jīng)超過一百多年的歷史。1904年在意大利的拉德瑞羅，P.G.Conti國王建立了第一個(gè)能夠利用地?zé)嵴羝a(chǎn)電力設(shè)備。1913年第一座裝機(jī)容量0.25MW的地?zé)犭娬?/a>在意大利建成并運(yùn)行，標(biāo)志著商業(yè)性地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/發(fā)電.html" >發(fā)電的開端。目前世界最大的地?zé)犭娬?/a>是美國的蓋瑟爾斯地?zé)犭娬?/a>，1960年在美國加利福尼亞的蓋瑟爾斯（Geysrs），利用地?zé)岣烧羝a(chǎn)出商業(yè)電能；1967年前蘇聯(lián)在帕拉唐卡（Paratunka）建成第一套雙工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電站，地?zé)崴?/a>溫81℃，雙工質(zhì)采用制冷劑R12；1969年雙工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)地?zé)岚l(fā)電技術(shù)成功用于美國加利福尼亞州；1970年，我國在廣東豐順建成第一座地?zé)犭娬?/a>，機(jī)組功率0.1MW；我國最大運(yùn)行最久的地?zé)犭娬尽?a href="http://www.rijz.cn/t/西藏.html" >西藏羊八井地?zé)?/a>電站發(fā)電成功；2008年6月在法國的蘇爾蘇斯發(fā)世界上第一套增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)地?zé)岚l(fā)電裝置投人商業(yè)運(yùn)行，系統(tǒng)應(yīng)用二級(jí)單工質(zhì)循環(huán)。

 

  現(xiàn)在世界地?zé)岚l(fā)電已經(jīng)取得了較大規(guī)模的發(fā)展，2010年各國地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠正在運(yùn)行主要有24個(gè)，全球電力裝機(jī)容量達(dá)到10715MW，年產(chǎn)生的電量達(dá)到67246GW·h，其中27%采用干蒸汽地?zé)岚l(fā)電，41%采用單工質(zhì)閃蒸方式，20%采用雙工質(zhì)閃蒸方式，1%采用背壓式汽輪機(jī)，11%采用ORC/聯(lián)合循環(huán)/混合方式。其中美國裝機(jī)容量最大（3093MW），然后是菲律賓、印度尼西亞、墨西哥、意大利。

 

  我國從20世紀(jì)70年代開始，除西藏自治區(qū)以外，先后在廣東鄧屋、湖南灰湯、河北后郝窯、江西宜春、廣西象州、山東招遠(yuǎn)、遼寧熊岳等地建立了地?zé)嵩囼?yàn)機(jī)組，目前全國地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量為29.17MW，規(guī)模最大的是西藏羊八井地?zé)?/a>電站，裝機(jī)容量為25.18MW。但是，自1992到2001的10年中，幾乎沒有增加1個(gè)千瓦裝機(jī)，西藏那曲1MW機(jī)組雖在1993年建成，但屬聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署的無償援助。相反很多發(fā)展中國家諸如菲律賓、印度尼西亞、哥斯達(dá)黎加等國近10年地?zé)岚l(fā)電發(fā)展很快，裝機(jī)容量已經(jīng)大大地超過了我國，中國地?zé)?/a>發(fā)電停滯不前，主要原因有一下幾個(gè)方面。

  (1)地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/資源.html" >資源熱源差異：目前在我國尚未勘探到與淺成年輕的酸性侵人體有關(guān)的地?zé)嵯到y(tǒng)。相反世界各國進(jìn)行商業(yè)性地?zé)岚l(fā)電的熱源，幾乎均與淺成年輕酸性侵人體有關(guān)，而且均屬具有高孔隙率、高滲透率的地質(zhì)環(huán)境中的水熱系統(tǒng)。時(shí)至今日，我國大陸已探明的高溫地?zé)?/a>田中，均不屬于這類地?zé)嵯到y(tǒng)。

 

  (2)地?zé)豳Y源地域分布局限性：地?zé)崮?/a>最大特點(diǎn)之一就是其出露位置受控于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，資源分布具有地域性。我國大陸惟一的藏滇高溫地?zé)?/a>帶主要分布在藏南、川西和滇西，上述地區(qū)均屬地勢(shì)高、人煙稀少、經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的偏遠(yuǎn)高原及山區(qū)，這一地區(qū)同時(shí)也是我國水力資源富集區(qū)，相比之下當(dāng)前的地?zé)犭姴坏茨茱@示出與水電相竟?fàn)幍膬?yōu)勢(shì)，反而逐步被以水電為主的大電網(wǎng)夜蓋。

 

  (3)地?zé)豳Y源勘探風(fēng)險(xiǎn)性：通過目前我國高溫地?zé)徙@井的揭示，高溫熱儲(chǔ)與地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。除羊八井淺層熱儲(chǔ)具有層狀分布特征外，西藏羊八井北區(qū)、羊易、獅泉河以及云南騰沖、洱源等地的鉆井資料顯示均為垂向熱儲(chǔ)(基巖裂隙或破碎帶)，這類熱儲(chǔ)的勘查難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、成井率低。

 

  (4)體制問題：地?zé)岵煌谄渌?a href="http://www.rijz.cn/t/新能源.html" >新能源，在開發(fā)前期需要投人大量資金用于勘探。從1986年以后，國家取消了這項(xiàng)勘探投資，風(fēng)險(xiǎn)全部由開發(fā)單位承擔(dān)。與此同時(shí)，國家也未即時(shí)出臺(tái)以市場(chǎng)機(jī)制為基礎(chǔ)的激勵(lì)政策，缺少保障資金合理開發(fā)和有效利用的法規(guī)以及綜合規(guī)劃和相關(guān)部門間的協(xié)調(diào)機(jī)制。

 

  2007年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國地?zé)崮芾?/a>總量居世界首位，達(dá)12604.6MW，但是發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為29.17MW。結(jié)合我國國家新能源發(fā)電的政策方向，大力開展利用地?zé)崮馨l(fā)電是目前極有潛力的發(fā)展方向。

  2地?zé)岚l(fā)電原理及技術(shù)

 

  2.1地?zé)岚l(fā)電原理

 

  地?zé)岚l(fā)電的過程就是把地下熱能首先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，原理和火力發(fā)電的基本原理是一樣的。但地?zé)岚l(fā)電不像火力發(fā)電那樣需要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源是地?zé)崮?/a>。根據(jù)可利用地?zé)豳Y源的特點(diǎn)以及采用技術(shù)方案的不同，主要有干蒸汽發(fā)電技術(shù)、地下熱水發(fā)電技術(shù)、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、干熱巖地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等。

 

  2.2地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

 

  2.2.1干蒸汽發(fā)電技術(shù)

 

  干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，安全可靠，是高溫地?zé)崽?/a>發(fā)電的主要形式。目前以干蒸汽發(fā)電技術(shù)為主的電廠在印度尼西亞，裝機(jī)容量為6x3MW，采用青島汽輪機(jī)廠一生產(chǎn)的地?zé)岚l(fā)電機(jī)組。另外我國西藏羊八井電站的2號(hào)機(jī)機(jī)組就是采用干蒸汽發(fā)電技術(shù)，進(jìn)汽壓力0.56MPa，進(jìn)汽溫度160℃，機(jī)組功率3MW。干蒸汽發(fā)電技術(shù)主要分為背壓式汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)和凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)。

 

  背壓式汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)是把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過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，排汽放空或者送熱給用戶。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。

 

  凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)為了提高地?zé)犭娬镜臋C(jī)組輸出功率和發(fā)電效率，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，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于高溫(160℃以上)地?zé)崽?/a>的發(fā)電。2.2.2地下熱水發(fā)電技術(shù)閃蒸地?zé)岚l(fā)電是將地?zé)峋?/a>口引來的地?zé)崴?/a>，先送到閃蒸器中進(jìn)行降壓閃蒸，使其產(chǎn)生部分蒸汽，再引到常規(guī)汽輪機(jī)做功發(fā)電。汽輪機(jī)排出的蒸汽在混合式凝汽器內(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)的中部某一級(jí)膨脹做功。它又可以分為單級(jí)閃蒸法、兩級(jí)閃蒸法和全流法等。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，熱效率較低。由于是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。

 

  中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)的工質(zhì)，使之變?yōu)檎羝缓笠源苏羝苿?dòng)氣輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在這種發(fā)電系統(tǒng)中采用2種流體，一種是以地?zé)崃黧w作熱源，它在蒸汽發(fā)生器中被冷卻后排入環(huán)境或打入地下；另一種是以低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為工作介質(zhì)（如氟里昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷等）。這種工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器內(nèi)由于吸收了地?zé)崴?/a>放出的熱量而汽化，產(chǎn)生的低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽送入汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。做完功后的蒸汽，由汽輪機(jī)排出，并在冷凝器中冷凝成液體，然后經(jīng)循環(huán)泵打回蒸汽發(fā)生器再循環(huán)工作。

  美國曾于1970年在阿拉斯加州的荒林地區(qū)采用74℃的溫泉水進(jìn)行發(fā)電。這一系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)作為熱能載體，可以充分利用地?zé)崴?/a>的熱能進(jìn)行發(fā)電，使得地?zé)豳Y源得到充分利用，但是增加了發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性，也增加了投資和運(yùn)行成本，而且低沸點(diǎn)工質(zhì)多數(shù)屬易燃易爆品，工質(zhì)的儲(chǔ)存和安全使用也是發(fā)電過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。2.2.3聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)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2種系統(tǒng)合二為一，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是適用于高于150℃的高溫地熱流體發(fā)電，經(jīng)過一次發(fā)電后的流體，在不低于120℃的工況下，再進(jìn)入雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)行二次做功，充分利用了地熱流體的熱能，既提高了發(fā)電效率，又將經(jīng)過一次發(fā)電后的排放尾水進(jìn)行再利用，大大節(jié)約了資源。該機(jī)組目前已經(jīng)在一些國家安裝運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都很好。

 

  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發(fā)電，且不存在對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)，由于系統(tǒng)是全封閉的，即使在地?zé)犭娬局幸矝]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)采用100%的地?zé)崴毓?/a>，從而延長(zhǎng)了地?zé)崽?/a>的使用壽命。土耳其Kizildere地?zé)犭娬静捎寐?lián)合循環(huán)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)組研究，最大功率達(dá)到18.238kW，循環(huán)效率達(dá)到38.58%，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)性能穩(wěn)定。2.2.4干熱巖地?zé)岚l(fā)電技術(shù)干熱巖是指埋藏于地面1km以下、溫度大于200℃、內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的巖體。干熱巖地?zé)岚l(fā)電技術(shù)就是開發(fā)利用干熱巖來抽取地下熱能，其原理是從地表由注入井往干熱巖中注入溫度較低的水，注入的水沿著裂隙運(yùn)動(dòng)并與周邊的巖石發(fā)生熱交換，產(chǎn)生高溫高壓超臨界水或水蒸氣混合物，然后從生產(chǎn)井提取高溫蒸汽，用于地?zé)岚l(fā)電。首座使用干熱巖技術(shù)發(fā)電的商用地?zé)岚l(fā)電站于2011年在瑞士城市巴塞爾建成，該電站能為周邊的5000個(gè)家庭提供30000kW熱能和3000kW電能。