地?zé)豳Y源發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展分析

李強(qiáng) 李霞

（1.中能化綠能科技有限公司 天津 300000；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)天津有限公司 天津 300000）

在當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求下，我國(guó)開(kāi)始不斷探索可再生能源的應(yīng)用，以有效應(yīng)對(duì)當(dāng)前能源短缺及資源開(kāi)采所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。地?zé)豳Y源在可再生能源中是比較關(guān)鍵的組成部分，相對(duì)于太陽(yáng)能和風(fēng)能等，有著更高的穩(wěn)定性，可以在發(fā)電領(lǐng)域中得到高效應(yīng)用。但從目前來(lái)看，我國(guó)地?zé)豳Y源發(fā)電技術(shù)較西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)依然存在著諸多的不足，基于此，有必要對(duì)其展開(kāi)更加深層次的探究。

1 當(dāng)前我國(guó)地?zé)豳Y源發(fā)電的優(yōu)勢(shì)和局限性

1.1 優(yōu)勢(shì)

強(qiáng)化地?zé)豳Y源的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)發(fā)電，其熱源主要是來(lái)源于地球的內(nèi)部，所以不用再對(duì)額外的燃料進(jìn)行添加，這種發(fā)電技術(shù)可以在原有的基礎(chǔ)上減少發(fā)電對(duì)于化石燃料的需求量，這樣自然而然便會(huì)減少對(duì)于相關(guān)化石燃料的過(guò)度開(kāi)采，以有放緩解地球的能源壓力。與此同時(shí)，地?zé)豳Y源發(fā)電技術(shù)的合理應(yīng)用還能夠盡量降低二氧化碳等溫室氣體的排放量，對(duì)于環(huán)境質(zhì)量的提升及可持續(xù)發(fā)展有著重要意義，能夠有效與我國(guó)當(dāng)前在清潔生產(chǎn)和綠色發(fā)展方面的理念和戰(zhàn)略需求相適應(yīng)。從本質(zhì)上來(lái)看，地?zé)豳Y源本身便屬于一種低碳清潔能源，其在發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益的綜合提升。

1.2 局限性

盡管在發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用地?zé)豳Y源有著較多的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，但其在不斷發(fā)展和探索的過(guò)程中依然面臨著一定的局限性。具體表現(xiàn)在：盡管當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)勘探出了多處地?zé)崮茉椿?，但僅有少數(shù)的地?zé)犭娬灸軌蛘嬲度氲桨l(fā)電生產(chǎn)當(dāng)中，而絕大多數(shù)的地?zé)崮茉椿囟济媾R著儲(chǔ)量過(guò)少的問(wèn)題，還有部分基地地?zé)豳Y源在溫度參數(shù)方面難以達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的熱源提供，這一現(xiàn)象的存在嚴(yán)重制約了我國(guó)地?zé)豳Y源在發(fā)電領(lǐng)域利用效率的進(jìn)一步提升?；诖?，從當(dāng)前整體的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)來(lái)看，未來(lái)若想促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)于地?zé)崮茉礈囟汝U述及儲(chǔ)量的重視，以高效應(yīng)對(duì)其發(fā)展過(guò)程中所面臨的各種局限。未來(lái)研究人員應(yīng)當(dāng)加大力度探索地?zé)峥碧郊夹g(shù)，不斷促進(jìn)其優(yōu)化升級(jí)與更新，進(jìn)而從技術(shù)層面著手助力地?zé)崮茉窗l(fā)電的長(zhǎng)期平穩(wěn)發(fā)展。除此以外，對(duì)于地?zé)崮茉戳黧w來(lái)說(shuō)，其中包含著多樣化的化學(xué)物質(zhì)，而其中存在部分腐蝕介質(zhì)，最典型的便是溶解氧，溶解氧的存在將會(huì)在一定程度上造成金屬表面的腐蝕，進(jìn)而對(duì)發(fā)電裝置正常的使用年限造成負(fù)面影響［1］。

2 地?zé)豳Y源發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展情況探究

2.1 特點(diǎn)

2.1.1 干蒸汽發(fā)電技術(shù)

干蒸汽發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前比較重要的一種地?zé)豳Y源發(fā)電技術(shù)之一，其在應(yīng)用的過(guò)程中主要是憑借地下的高溫干蒸汽，將其引入到相應(yīng)的裝置當(dāng)中去，接下來(lái)便要將存在于其中的固體雜質(zhì)有效去除，進(jìn)而向相應(yīng)的汽輪發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行傳輸，其所轉(zhuǎn)換生成的能量可以在生產(chǎn)中直接投入應(yīng)用。應(yīng)用干蒸汽進(jìn)行發(fā)電最突出的特點(diǎn)在于其循環(huán)性，在實(shí)踐應(yīng)用中能夠呈現(xiàn)出較強(qiáng)的實(shí)用性和高效性。干蒸汽發(fā)電技術(shù)所使用的發(fā)電裝備基本上同常規(guī)的火電裝備相類似，但其差異性則體現(xiàn)在：在應(yīng)用干蒸汽發(fā)電技術(shù)時(shí)，其對(duì)于地?zé)豳Y源參數(shù)存在著相對(duì)較高的要求，與此同時(shí)，其地?zé)釡囟葢?yīng)當(dāng)能夠控制在15℃以上，并且其低壓也應(yīng)當(dāng)能夠符合相關(guān)要求，這樣便可以保障存在于地下的干蒸汽能夠順利噴出。當(dāng)前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于西藏羊八井，在多年發(fā)展中取得了諸多成果。

2.1.2 卡琳娜循環(huán)發(fā)電技術(shù)

除了干蒸汽發(fā)電技術(shù)以外，卡琳娜循環(huán)發(fā)電技術(shù)也是比較科學(xué)的一種利用地?zé)豳Y源實(shí)現(xiàn)發(fā)電的技術(shù)，其同常規(guī)朗肯循環(huán)相比有著一定的不同之處，屬于新的熱力循環(huán)。其在應(yīng)用的過(guò)程中主要是將水和氨混合起來(lái)作為工質(zhì)，該類混合工質(zhì)在沸點(diǎn)方面有著一定的變化特點(diǎn)，混合工質(zhì)中氨和水比例的不同將會(huì)造成其沸點(diǎn)變化，若是熱源參數(shù)出現(xiàn)變化，那么工作人員為了獲得最好的循環(huán)效果，則需要立足于實(shí)際情況，對(duì)氨和水的比例采取良好的調(diào)整措施。從本質(zhì)上來(lái)看，工質(zhì)的升溫曲線大體上同熱源降溫曲線相接近，能夠起到減少傳熱溫差的作用，進(jìn)而在原有的基礎(chǔ)上降低系統(tǒng)在傳熱過(guò)程中的熵增，最終達(dá)到助力循環(huán)效率提升的效果。這一特點(diǎn)的存在在極大程度上提升了卡琳娜循環(huán)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，并進(jìn)一步擴(kuò)大了其在中低溫地?zé)岚l(fā)電方面的應(yīng)用范圍。結(jié)合當(dāng)前其在工業(yè)化中應(yīng)用的實(shí)際情況來(lái)看，其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的循環(huán)效率相對(duì)于常規(guī)的朗肯循環(huán)來(lái)說(shuō)要高出20%～50%。當(dāng)去除地?zé)崴械墓腆w雜質(zhì)之后，便可以進(jìn)入到換熱器當(dāng)中，向氨與水的混合物進(jìn)行熱能的有效傳遞，當(dāng)氨和水混合物在完成吸熱工作之后，便會(huì)蒸發(fā)汽化，當(dāng)實(shí)現(xiàn)氣液分離之后，則會(huì)向汽輪發(fā)電機(jī)中送入蒸汽進(jìn)行膨脹做功，液體則會(huì)同完成冷凝之后的工質(zhì)進(jìn)行換熱，最終向凝汽器中實(shí)現(xiàn)自流。工質(zhì)在完成做工之后便會(huì)進(jìn)入到冷凝器中實(shí)現(xiàn)凝結(jié)，然后通過(guò)循環(huán)泵送入到換熱器當(dāng)中，在卡琳娜循環(huán)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，將會(huì)通過(guò)無(wú)固定沸點(diǎn)工質(zhì)的運(yùn)用展開(kāi)循環(huán)發(fā)電，這會(huì)使得其換熱溫差得到一定的減小。與此同時(shí)，溫度不會(huì)對(duì)工質(zhì)的熱容量造成影響，此舉提升了其循環(huán)的效率，并且在極大程度上提高了對(duì)于地?zé)崴芰康睦眯省５驗(yàn)槠渌褂玫难h(huán)工質(zhì)是液態(tài)氮，所以其對(duì)系統(tǒng)存在著相對(duì)較高的密封性要求，而且，針對(duì)工質(zhì)所采取的應(yīng)用和儲(chǔ)存措施難免會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，所以在建設(shè)電站階段應(yīng)當(dāng)加大科學(xué)有效的環(huán)評(píng)工作的落實(shí)力度。

2.1.3 擴(kuò)容式發(fā)電技術(shù)

從目前來(lái)看，我國(guó)所探明的地?zé)豳Y源絕大多數(shù)都屬于中高溫地?zé)豳Y源，其主要是應(yīng)用在地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域中，上述地?zé)豳Y源中所產(chǎn)生的基本上都屬于是汽水混合物，其中所包含的蒸汽量相對(duì)較少，所以擴(kuò)容式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用有著更強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)擴(kuò)容式發(fā)電技術(shù)而言，在將井下存在一定壓力的熱水或者是汽水混合物引入到地面上之后，將會(huì)先進(jìn)入到一級(jí)擴(kuò)容器當(dāng)中，而存在于地?zé)崴械恼羝偷谝患?jí)減壓所形成的蒸汽會(huì)進(jìn)入到汽輪機(jī)中進(jìn)行做功，剩下的地?zé)崴畡t會(huì)逐漸進(jìn)入到二級(jí)擴(kuò)容器當(dāng)中，受到減壓作用的影響，相對(duì)于地?zé)崴疁囟人哂械娘柡蛪毫?lái)說(shuō)，二級(jí)擴(kuò)容器的壓力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，還有部分地?zé)崴畡t會(huì)直接產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，進(jìn)而以蒸汽的形式存在，接下來(lái)再將其引入大汽輪機(jī)中對(duì)其進(jìn)行做功。由此可見(jiàn)，擴(kuò)容式蒸汽發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的原理便在于通過(guò)對(duì)于減壓方法的應(yīng)用產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)而達(dá)到發(fā)電的目的。該技術(shù)的應(yīng)用主要包括兩種方式，分別為一級(jí)擴(kuò)容和二級(jí)擴(kuò)容。與干蒸汽發(fā)電技術(shù)相比，擴(kuò)容式發(fā)電技術(shù)的發(fā)電主要是應(yīng)用地?zé)崴蛘呤瞧旌衔铮云湓谘h(huán)效率方面相對(duì)較低。但該技術(shù)所使用的設(shè)備則沒(méi)有過(guò)高的要求，并且制造起來(lái)比較簡(jiǎn)便，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的運(yùn)行、維護(hù)。因?yàn)槠湓趯?shí)施的過(guò)程中涉及減壓，所以存在著較高的地?zé)崴V化度的要求，與此同時(shí)，還需要加強(qiáng)對(duì)于不凝結(jié)氣體含量的有效控制，反之便會(huì)造成其出現(xiàn)一定的腐蝕及結(jié)垢等問(wèn)題［2］。

2.2 地?zé)岚l(fā)電發(fā)展

地?zé)豳Y源作為一種天然能源，是全世界范圍內(nèi)廣泛重視的資源。美國(guó)、意大利等國(guó)家早在20世紀(jì)便意識(shí)到了地?zé)崮茉吹闹匾圆?duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用。而冰島更是在生產(chǎn)生活中實(shí)現(xiàn)了對(duì)于地?zé)崮茉吹娜鎽?yīng)用。我國(guó)在地?zé)崮茉捶矫嫠M(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)起步較晚，但也逐步建立了多個(gè)工作小組，現(xiàn)如今，我國(guó)已經(jīng)有了西藏羊八井這一主要發(fā)電站（如圖1所示），其有著我國(guó)最大的裝機(jī)容量規(guī)模，具體高達(dá)26.34MW。相關(guān)調(diào)查研究表明，對(duì)能源結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的優(yōu)化措施對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用，所以國(guó)家在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中推出了一系列相關(guān)科研項(xiàng)目，旨在充分發(fā)揮出地?zé)豳Y源的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，助力社會(huì)整體的循環(huán)發(fā)展。

圖1 西藏羊八井地?zé)犭娬?/p>

2.2.1 國(guó)際發(fā)展情況

在當(dāng)前所探討的可再生能源中，人們往往將更多的關(guān)注點(diǎn)放在了太陽(yáng)能上，這使得地?zé)崮懿](méi)有得到足夠的重視，但其作為地球給予人類的重要資源之一，將會(huì)成為未來(lái)能源領(lǐng)域的關(guān)鍵內(nèi)容。從實(shí)際情況來(lái)看，風(fēng)能和太陽(yáng)能本身有著較高的不穩(wěn)定性，但地?zé)崮茉谧鳛橐环N可再生能源的同時(shí)，有著更高的可靠性，所以其在未來(lái)不斷發(fā)展的過(guò)程中能夠有效代替核能、天然氣及煤炭等能源。除此以外，地?zé)崮鼙旧磉€有著較強(qiáng)的清潔性，其不僅有著極為豐富的存儲(chǔ)量，而且在應(yīng)用的過(guò)程中不會(huì)生成大量的溫室氣體，不會(huì)嚴(yán)重影響地球的環(huán)境。在美國(guó)現(xiàn)階段的能源組成中，地?zé)崮艿膽?yīng)用有著0.5%的占比，結(jié)合相關(guān)調(diào)查研究表明，美國(guó)每年會(huì)在當(dāng)前的地?zé)嵯到y(tǒng)中開(kāi)展對(duì)于3000MW熱能的采集工作，而其開(kāi)采的地?zé)豳Y源則基本上在10 萬(wàn)MW左右。有關(guān)專家表明，若是能夠進(jìn)一步擴(kuò)大在地?zé)崮茉撮_(kāi)發(fā)應(yīng)用方面的投入，未來(lái)地?zé)崮軇?shì)必能夠達(dá)到同風(fēng)能和太陽(yáng)能相匹配的地位。

地?zé)崮茉诋a(chǎn)業(yè)化發(fā)展的過(guò)程中依然面臨著來(lái)自多方面的限制，其中，最主要的便是資金和技術(shù)。從實(shí)際情況來(lái)看，地?zé)岙a(chǎn)業(yè)本質(zhì)上其實(shí)是一種資本密集型行業(yè)，與其他可再生能源一樣，其投資往往要經(jīng)歷一段較長(zhǎng)的時(shí)間才能夠得到回報(bào)，所以通常情況下來(lái)說(shuō)，其很難獲得更多的商業(yè)投資。為了支撐可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展，一般是要依靠來(lái)自政府的支持，具體包括政府補(bǔ)貼及稅收減免等優(yōu)惠政策，這樣便能夠促使投資者更加對(duì)于地?zé)犴?xiàng)目的投資力度。從技術(shù)角度來(lái)看，針對(duì)地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)，應(yīng)當(dāng)注重保障開(kāi)采點(diǎn)勘測(cè)的準(zhǔn)確性，并科學(xué)實(shí)現(xiàn)對(duì)于地?zé)崽N(yùn)藏量的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，因?yàn)橐淮毋@探大多存在相對(duì)較高的成本，所以針對(duì)地?zé)犴?xiàng)目的投資建設(shè)而言，準(zhǔn)確找到相應(yīng)的開(kāi)采點(diǎn)有著至關(guān)重要的作用。地?zé)岙a(chǎn)業(yè)需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上積極開(kāi)展對(duì)于各種常規(guī)能源勘測(cè)設(shè)備的引進(jìn)工作，以便于精確定位開(kāi)采點(diǎn)，為后續(xù)工作的開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)前全世界范圍內(nèi)，諸多國(guó)家及地區(qū)均在開(kāi)展對(duì)于地?zé)崮艿难芯?，至今為止，已?jīng)有超過(guò)40個(gè)國(guó)家和地區(qū)在其未來(lái)整體戰(zhàn)略規(guī)劃中實(shí)現(xiàn)了對(duì)于發(fā)展地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的融入［3］。

2.2.2 我國(guó)發(fā)展情況

我國(guó)現(xiàn)在所勘探的地?zé)豳Y源基本上都屬于是低溫地?zé)豳Y源，具體分布在西藏、四川及蘇北等地區(qū)，而在西藏、云南、臺(tái)灣等部分地區(qū)則分布著少量的能夠支撐發(fā)電的高溫地?zé)豳Y源，相關(guān)調(diào)查研究表明，在喜馬拉雅山地帶總共存在著255 處，而當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行的地?zé)犭娬究偣舶? 處。當(dāng)前，我國(guó)存在著諸多的高低溫地?zé)崛晕吹玫竭M(jìn)一步開(kāi)發(fā)，特別是在西部。我國(guó)西藏羊八井鎮(zhèn)是比較重要的一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站，地?zé)犭娬镜木唧w位置處在當(dāng)雄縣之內(nèi)，同拉薩市之間有著90km的距離，結(jié)合相關(guān)調(diào)查研究能夠明確，在該地區(qū)廣泛分布著大量的熱水湖、溫泉、噴泉及沸泉等，并且其在規(guī)模上都呈現(xiàn)出比較大的特點(diǎn)，其地?zé)崽锏拿娣e總共為17.1km2，也是目前為止我國(guó)最發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的高溫地?zé)釢裾羝?。此處的地?zé)崴疁囟饶軌蚴冀K保持在47℃左右，這不僅是我國(guó)所開(kāi)發(fā)的首個(gè)濕蒸汽田，同時(shí)，還是全世界范圍內(nèi)海拔最高的地?zé)犭娬尽４颂庍^(guò)去僅僅是一個(gè)牧場(chǎng)，地下熱水極為豐富，1975年，我國(guó)第一口濕蒸汽井產(chǎn)生，次年地?zé)岚l(fā)電機(jī)組在此處正式發(fā)電。羊八井迪熱電廠地處在藏北羊井草原的深處，其目前為止是我國(guó)規(guī)模最大的地?zé)嵩囼?yàn)基地，同時(shí)，還是世界范圍內(nèi)比較典型的工業(yè)性發(fā)電廠之一，對(duì)于藏中電網(wǎng)的增長(zhǎng)運(yùn)行有著重要意義，在整體的拉薩電網(wǎng)年發(fā)電量中，其發(fā)電量有著45%左右的占比［4-7］。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，強(qiáng)化應(yīng)用地?zé)豳Y源發(fā)電技術(shù)能夠?yàn)榘l(fā)電領(lǐng)域注入一股全新的活力，不僅能夠提升經(jīng)濟(jì)效益，還可以減少電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，可以充分滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，對(duì)于我國(guó)整體的可持續(xù)發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。