地熱資源是指在當前技術經濟和地質環境條件下，地殼內能夠科學、合理地開發出來的巖石中的熱能量和地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分。地熱資源因儲量大、分布廣、清潔環保、穩定性好、利用系數高等特點，成為具有競爭力的新能源。地熱資源因其穩定可靠、成本低廉、清潔環保等優點逐漸被各國所認識，開發熱度逐年增加。地熱資源的利用方式主要有地熱發電和地熱直接使用。

 

  伴隨著化石能源和電力成本的波動，不斷上升的能源價格極大地影響了人們的日常生活，全世界都迫切需要開發新能源來穩定不斷緊張的能源形勢，地熱資源提供了一個非常優異的選擇。不同于煤炭及天然氣，地熱發電沒有任何隱藏的費用，例如土地退化、排放污染等，也不會對周圍區域動物和植物的生存環境造成破壞，更不會對人類健康產生不良影響。此外，由于地熱能源是地區性自產的，其能夠有效地緩解對于國外能源的依賴，符合國家能源安全政策。據2010年世界地熱大會統計，全世界共有78個國家正在開發利用地熱能技術，27個國家利用地熱發電，總裝機容量為10715MW，年發電67246GW·h，平均利用系數72%，美洲和亞洲分別占世界地熱發電總裝機容量的39.9%和35.1%。地熱資源的直接利用發展很快，全世界78個國家地熱能直接利用的設備總容量為48483MW，年利用熱能117778GW·h，平均利用系數28%。

 

  1地熱發電的發展

 

  利用地熱資源發電至今，已經超過一百多年的歷史。1904年在意大利的拉德瑞羅，P.G.Conti國王建立了第一個能夠利用地熱蒸汽生產電力設備。1913年第一座裝機容量0.25MW的地熱電站在意大利建成并運行，標志著商業性地熱發電的開端。目前世界最大的地熱電站是美國的蓋瑟爾斯地熱電站，1960年在美國加利福尼亞的蓋瑟爾斯（Geysrs），利用地熱干蒸汽生產出商業電能；1967年前蘇聯在帕拉唐卡（Paratunka）建成第一套雙工質有機朗肯循環發電站，地熱水溫81℃，雙工質采用制冷劑R12；1969年雙工質有機朗肯循環地熱發電技術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熱電站，機組功率0.1MW；我國最大運行最久的地熱電站—西藏羊八井地熱電站發電成功；2008年6月在法國的蘇爾蘇斯發世界上第一套增強地熱系統地熱發電裝置投人商業運行，系統應用二級單工質循環。

 

  現在世界地熱發電已經取得了較大規模的發展，2010年各國地熱發電廠正在運行主要有24個，全球電力裝機容量達到10715MW，年產生的電量達到67246GW·h，其中27%采用干蒸汽地熱發電，41%采用單工質閃蒸方式，20%采用雙工質閃蒸方式，1%采用背壓式汽輪機，11%采用ORC/聯合循環/混合方式。其中美國裝機容量最大（3093MW），然后是菲律賓、印度尼西亞、墨西哥、意大利。

 

  我國從20世紀70年代開始，除西藏自治區以外，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、遼寧熊岳等地建立了地熱試驗機組，目前全國地熱發電總裝機容量為29.17MW，規模最大的是西藏羊八井地熱電站，裝機容量為25.18MW。但是，自1992到2001的10年中，幾乎沒有增加1個千瓦裝機，西藏那曲1MW機組雖在1993年建成，但屬聯合國開發計劃署的無償援助。相反很多發展中國家諸如菲律賓、印度尼西亞、哥斯達黎加等國近10年地熱發電發展很快，裝機容量已經大大地超過了我國，中國地熱發電停滯不前，主要原因有一下幾個方面。

 

  (1)地熱資源熱源差異：目前在我國尚未勘探到與淺成年輕的酸性侵人體有關的地熱系統。相反世界各國進行商業性地熱發電的熱源，幾乎均與淺成年輕酸性侵人體有關，而且均屬具有高孔隙率、高滲透率的地質環境中的水熱系統。時至今日，我國大陸已探明的高溫地熱田中，均不屬于這類地熱系統。

 

  (2)地熱資源地域分布局限性：地熱能最大特點之一就是其出露位置受控于區域地質構造，資源分布具有地域性。我國大陸惟一的藏滇高溫地熱帶主要分布在藏南、川西和滇西，上述地區均屬地勢高、人煙稀少、經濟相對落后的偏遠高原及山區，這一地區同時也是我國水力資源富集區，相比之下當前的地熱電不但未能顯示出與水電相竟爭的優勢，反而逐步被以水電為主的大電網夜蓋。

 

  (3)地熱資源勘探風險性：通過目前我國高溫地熱鉆井的揭示，高溫熱儲與地質構造密切相關。除羊八井淺層熱儲具有層狀分布特征外，西藏羊八井北區、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(基巖裂隙或破碎帶)，這類熱儲的勘查難度大、風險高、成井率低。

 

  (4)體制問題：地熱不同于其他新能源，在開發前期需要投人大量資金用于勘探。從1986年以后，國家取消了這項勘探投資，風險全部由開發單位承擔。與此同時，國家也未即時出臺以市場機制為基礎的激勵政策，缺少保障資金合理開發和有效利用的法規以及綜合規劃和相關部門間的協調機制。

 

  2007年底的統計數據表明，我國地熱能利用總量居世界首位，達12604.6MW，但是發電裝機容量僅為29.17MW。結合我國國家新能源發電的政策方向，大力開展利用地熱能發電是目前極有潛力的發展方向。

  2地熱發電原理及技術

 

  2.1地熱發電原理

 

  地熱發電的過程就是把地下熱能首先轉變為機械能，然后再把機械能轉變為電能的過程，原理和火力發電的基本原理是一樣的。但地熱發電不像火力發電那樣需要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源是地熱能。根據可利用地熱資源的特點以及采用技術方案的不同，主要有干蒸汽發電技術、地下熱水發電技術、聯合循環發電技術、干熱巖地熱發電技術等。

 

  2.2地熱發電技術

 

  2.2.1干蒸汽發電技術

 

  干蒸汽發電系統工藝簡單，技術成熟，安全可靠，是高溫地熱田發電的主要形式。目前以干蒸汽發電技術為主的電廠在印度尼西亞，裝機容量為6x3MW，采用青島汽輪機廠一生產的地熱發電機組。另外我國西藏羊八井電站的2號機機組就是采用干蒸汽發電技術，進汽壓力0.56MPa，進汽溫度160℃，機組功率3MW。干蒸汽發電技術主要分為背壓式汽輪機發電技術和凝汽式汽輪機發電技術。

 

  背壓式汽輪機發電技術是把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經過分離器分離出所含的固體雜質，然后使蒸汽推動汽輪發電機組發電，排汽放空或者送熱給用戶。大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農業生產和生活用水。

 

  凝汽式汽輪機發電技術為了提高地熱電站的機組輸出功率和發電效率，做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，冷卻后再排出。在該系統中，蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，所以能做出更多的功，該系統結構簡單，適用于高溫(160℃以上)地熱田的發電。2.2.2地下熱水發電技術閃蒸地熱發電是將地熱井口引來的地熱水，先送到閃蒸器中進行降壓閃蒸，使其產生部分蒸汽，再引到常規汽輪機做功發電。汽輪機排出的蒸汽在混合式凝汽器內冷凝成水，送往冷卻塔。分離器中剩下的含鹽水排入環境或打入地下，或引入作為第二級低壓閃蒸分離器中，分離出低壓蒸汽引入汽輪機的中部某一級膨脹做功。它又可以分為單級閃蒸法、兩級閃蒸法和全流法等。采用閃蒸法的地熱電站，熱水溫度低于100℃時，全熱力系統處于負壓狀態。這種電站設備簡單，易于制造，可以采用混合式熱交換器。缺點是設備尺寸大，容易腐蝕結垢，熱效率較低。由于是直接以地下熱水蒸汽為工質，因而對于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。

 

  中間介質法地熱發電是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點的工質，使之變為蒸汽，然后以此蒸汽推動氣輪機并帶動發電機發電。在這種發電系統中采用2種流體，一種是以地熱流體作熱源，它在蒸汽發生器中被冷卻后排入環境或打入地下；另一種是以低沸點工質流體作為工作介質（如氟里昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷等）。這種工質在蒸汽發生器內由于吸收了地熱水放出的熱量而汽化，產生的低沸點工質蒸汽送入汽輪機發電機組發電。做完功后的蒸汽，由汽輪機排出，并在冷凝器中冷凝成液體，然后經循環泵打回蒸汽發生器再循環工作。

 

  美國曾于1970年在阿拉斯加州的荒林地區采用74℃的溫泉水進行發電。這一系統的優點是采用低沸點工質作為熱能載體，可以充分利用地熱水的熱能進行發電，使得地熱資源得到充分利用，但是增加了發電系統的復雜性，也增加了投資和運行成本，而且低沸點工質多數屬易燃易爆品，工質的儲存和安全使用也是發電過程中需要重點關注的內容。2.2.3聯合循環發電技術聯合循環地熱發電系統就是把蒸汽發電和地熱水發電2種系統合二為一，它最大的優點就是適用于高于150℃的高溫地熱流體發電，經過一次發電后的流體，在不低于120℃的工況下，再進入雙工質發電系統，進行二次做功，充分利用了地熱流體的熱能，既提高了發電效率，又將經過一次發電后的排放尾水進行再利用，大大節約了資源。該機組目前已經在一些國家安裝運行，經濟效益和環境效益都很好。

 

  該系統從生產井到發電，再到最后回灌到熱儲，整個過程都是在全封閉系統中運行的，因此，即使是礦化程度很高的熱鹵水也可以用來發電，且不存在對環境的污染。同時，由于系統是全封閉的，即使在地熱電站中也沒有刺鼻的硫化氫味道，因而是100%的環保型地熱系統。這種地熱發電系統采用100%的地熱水回灌，從而延長了地熱田的使用壽命。土耳其Kizildere地熱電站采用聯合循環技術進行試驗機組研究，最大功率達到18.238kW，循環效率達到38.58%，聯合循環發電系統性能穩定。2.2.4干熱巖地熱發電技術干熱巖是指埋藏于地面1km以下、溫度大于200℃、內部不存在流體或僅有少量地下流體的巖體。干熱巖地熱發電技術就是開發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動并與周邊的巖石發生熱交換，產生高溫高壓超臨界水或水蒸氣混合物，然后從生產井提取高溫蒸汽，用于地熱發電。首座使用干熱巖技術發電的商用地熱發電站于2011年在瑞士城市巴塞爾建成，該電站能為周邊的5000個家庭提供30000kW熱能和3000kW電能。