[科普中国]-闪蒸地热发电系统

简介

我国中低温地热资源主要分布在东南沿海地区,主要用于洗浴等,使得大量热能白白浪费.为提高我国中低温地热资源的能量转换利用率,提出了两级地热闪蒸和地热闪蒸-双工质联合发电方式,以单位热水发电量、热效率和产汽率为性能指标,通过数值计算,分析地热水温度对两种不同地热发电系统的性能指标影响以及地热尾水温度的影响,并对两种发电系统的选用条件作了论述.结果表明,闪蒸地热发电系统的单位热水的发电量随温度升高的增加量大于两级闪蒸的增加量.

我国高温地热资源仅分布在滇藏和川西地区,大部分为中低温地热资源,即温度低于150℃的地热资源.热水发电有两种基本的能量转换系统,即闪蒸系统和低沸点有机工质的双工质循环系统,目前,世界上仅有菲律宾莱特岛唐古纳地热电站、新西兰怀拉基地热电站和莫凯地热电站采用闪蒸-双工质地热发电系统,我国西藏羊八井地热电站采用两级闪蒸发电系统,广东丰顺邓屋地热电站采用单级闪蒸发电系统.相同热源和冷源条件下,由于闪蒸地热发电系统采用两台发电机组,所以其投资成本大于两级闪蒸发电系统.为使地热资源能够得到高效利用,可采用两级能量转换系统.

从理论上讲,热水发电的能量转换级数愈多,发电量就愈大,但级数越多,发电量增加有限,而设备投资则增加较大,故一般以两级为好.对闪蒸地热发电系统进行热力计算和比较,并对选用条件进行论述1.

闪蒸系统地热发电此种系统的发电方式, 不论地热资源是湿蒸汽田或者是热水层,都是直接利用地下热水所产生的蒸汽来推动汽轮机做功的。用100℃以下的地下热水发电, 是如何把地下热水转变为蒸汽来供汽轮机做功的呢? 这就需要了解水在沸腾和蒸发时它的压力和温度之间的特有关系。大家知道, 水的沸点和气压有关, 在101.325kPa下,水在100℃沸腾。如果气压降低,水的沸点也相应地降低。50.663kPa时,水的沸点降到81℃;20.265kPa 时,水的沸点为60℃;而在3.04kPa时,水在24℃就沸腾。

根据水的沸点和压力之间的这种关系,我们就可以把100℃以下的地下热水送入一个密闭的容器中抽气降压, 使温度不太高的地下热水因气压降低而沸腾,变成蒸汽。由于热水降压蒸发的速度很快,是一种闪急蒸发过程, 同时热水蒸发产生蒸汽时它的体积要迅速扩大,所以这个容器就叫做“ 闪蒸器” 或“ 扩容器”。用这种方法来产生蒸汽的发电系统,叫做“ 闪蒸法地热发电系统”,或者叫做“扩容法地热发电系统”。它又可以分为单级闪蒸法发电系统、两级闪蒸法发电系统和全流法发电系统等。

当热水温度在80-130℃时, 两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量比闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量多达19.4%; 当热水温度在130-150℃时,闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量比两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量多达5.5%. 两级地热闪蒸发电系统闪蒸产汽量总和约为闪蒸地热发电系统闪蒸产汽量的2-3倍.当热水温度低于30℃并且热水量较大时, 可以采用闪蒸地热发电系统,当热水温度高于130℃,并且地热水中的不凝气体含量低于3%时,可以考虑两级闪蒸发电系统;和两级闪蒸发电系统尾水相比,较高温度的闪蒸地热发电系统尾水资源梯级利用效率更高.地热资源按温度分级,分为高温(150℃)、中温(90-150℃)、低温(