[科普中国]-拉德瑞罗地热电站

简介意大利地热发电的世界霸主地位持续了60多年，直至20世纪70年代被美国超越。位于意大利中部托斯卡纳区的拉德瑞罗地热电站是世界第一座地热电站，1913年11月13日开始运行，到1957年仍是世界唯一的地热发电。截至2013年11月，拉德瑞罗地热电站已发电运行100周年，实现了可再生地热能的可持续开发。拉德瑞罗地热电站稳定发展和持续运行100年的经验，一是发电系统设备更新换代，2013年拉德瑞罗地热电站运行机组22台，总装机容量594MW，全部是20世纪90年代以来的新建机组；二是发电废汽回收实行冷凝水回灌，拉德瑞罗地热田现有23口回灌井，将发电废蒸汽回收后的冷凝水回灌到地下热储中，电站因此在2005～2009年增加了4台机组、共100MW的新增装机容量；三是地热田的勘探扩展。拉德瑞罗地热发电的百年经验也是对世界地热开发的重要贡献1。

拉德瑞罗地热发电系统更新拉德瑞罗地热电站装机容量逐渐扩大，热田内百余口地热井始终不停地喷泄高温高压蒸汽数十年，地热田的产能出现一些衰减。世界上其他高温地热田，在连续地热发电十数年后也会出现压力和流量的衰减。据此，世界地热电站的设计寿命曾考虑为25～30 年，也就是说地热电站运行这么长时间后，必然要出现一定的压力降低和流量减小。这会影响到原有设备，无法满负荷发电，从而需要调整发电参数，改造发电设备，以保障继续正常运行。是什么保障了拉德瑞罗地热电站稳定发展和持续运行了100年呢？第一条经验就是发电设备更新换代。

拉德瑞罗地热电站陆续退役淘汰旧机组，逐渐增添更换新机组。新机组具有更高的效率，利用同样的蒸汽可以产出更多的电力，同时具有较低的环境影响。地热生产井喷出的干蒸汽经离心式轴向分离器去除颗粒物后，直接通往汽轮机，驱动发电机，乏汽经冷凝和除气后由回灌井回灌到热储层。

拉德瑞罗地热电站废汽冷凝水回灌拉德瑞罗地热电站能够持续运行100年，其第二条经验是开展发电废汽的回收和冷凝水回灌。拉德瑞罗地热田现有23口地热回灌井， 将发电废蒸汽回收后的冷凝水回灌到地下热储中。20世纪70年代中期，由于热田的长期高强度开采，生产明显下降。于是70年代后期开始了地热回灌，将电站排出的废蒸汽冷凝成水， 再回灌到热储中，以增加流体的质量补给，减少蒸汽压力的损耗，同时在热田最耗空的核心区获得了蒸汽的增产，2005～2009年电站因此增加了4台机组、共100MW的新增装机容量。

过去传统的地热电站都是采用冷却塔装置，将凝汽式机组从汽轮机排出的废蒸汽导入冷却塔，接受冷却水喷淋，将大部分废汽凝入冷却水中并继续循环，少部分废汽则从冷却塔顶升腾跑逸，因此传统的地热发电场景是蓝天背景中从冷却塔升腾直上的白色蒸汽柱。实施废汽冷凝100%回灌措施后，就见不到这样的场景了。

拉德瑞罗地热田的勘探扩展拉德瑞罗地热电站稳定发展和持续运行100年的第三条经验是对地热田的勘探扩展。拉德瑞罗地热发电利用了拉德瑞罗地热田的干蒸汽地热资源，该地热田从地热井口产出的高温流体100%是蒸汽，过热蒸汽的温度在150～270℃，蒸汽压力2MPa，深部热储最高温度达350℃，蒸汽压力更是高达7MPa。干蒸汽地热发电的设备相对比较简单，但这类资源在世界上分布较为有限。世界上大部分高温地热田是湿蒸汽地热田，它们产出的流体是汽、水两相流混合物，用于发电首先要进行汽、水分离，然后蒸汽用于发电，而分离出来的热水只能用于其他热利用。

拉德瑞罗地热田在地质构造上属于欧亚板块与非洲板块聚敛带附近的第勒尼安隆起的托斯卡纳岩浆省，热田盖层是外来复理石和新推覆基底的黏土。早期开采的浅层热储层埋深在1000～1500m，为变质岩基底之上的托斯卡纳推覆体的碳酸盐岩层。1978 年开始深部勘探，达到3000～4000m 深度，在片麻岩和角闪岩中发现了裂隙热储，地热蒸汽压力达到7MPa，温度达300～350℃。由于深部裂隙热储有的部位渗透性弱，因此注入盐酸和氢氟酸混合液进行激发，明显增加了地热井的产量。根据地震勘探资料， 在当地5～6km 深度地下为酸性深熔岩浆体，呈透镜状或蘑菇状，温度为820℃。热田区大地热流值高达170～630mW/m2，是正常大地热流值的3～10倍。

拉德瑞罗地热田目前已探明面积近300km²，而之前它是两个仅探明浅部热储的地热田，其中东边的一个原名为特拉凡尔/雷第康杜利地热田，但经过深部勘探后，确认两个地热田同属于一个拉德瑞罗地热系统。

高温地热流体中通常含有非凝结性气体，拉德瑞罗的地热蒸汽中含有5%的二氧化碳和0.5%的硫化氢气体。拉德瑞罗地热田现共运行生产井230口，井口产出过热蒸汽温度为150～270℃，压力0.2～2MPa，单井最大流量为50～100t/h，少数几口井可以达到300t/h，高压井的压力达4MPa2。

拉德瑞罗旧貌换新颜拉德瑞罗地热发电100 年来的变化不仅限于发电，而且走进拉德瑞罗可以体会到其整体的“旧貌换新颜”。

中国地热代表团曾于1985年考察过拉德瑞罗地热电站。1983～1985 年，意大利政府主动承担了联合国援助中国的地热CPR/81/011项目总额1100万美元中的750万美元，并以成批专家、先进技术和重大设备支援项目的实施，中方项目组主要成员最终赴意讨论报告并考察学习意方地热发电。拉德瑞罗当时是一个小镇，人口和房屋都不多，只因有世界第一座地热电站座落于此，因此那里建有世界上第一座地热博物馆，向世人介绍地热科普知识和发电历程； 还因为要接待来自世界各国的参观者，小镇上有几家旅馆。

当时的地热博物馆座落在小镇的街上，三层楼建筑已显突兀，几米宽的街道，汽车错车都显困难。记得当时意方合作单位还带中方人员去参观了博物馆斜对面的一家“地狱”展馆，进馆后在昏暗的小过道边布置有一窟窟地狱里遭鬼上刑等场景。小街上还有许多小店门面，售卖各色物品。总的印象是简陋低俗，没有品味，处在杂乱之中的地热博物馆也因此没显出科学的光辉。

2013 年，庆祝拉德瑞罗地热发电100周年时的小镇景色已经彻底变了样。拉德瑞罗大广场整穹清澈蓝天，无限开阔、舒畅！简直不敢相信，地热博物馆修缮一新的三层楼忽然显得高大、宏伟，楼馆前的小街已拆建成大片广场和通道，无遮无挡，明媚的阳光映照在古式的楼体上，更显出文化和科学内涵的挺立。地热广场就着天然坡地扩展，宽敞明亮的风扇组冷凝器将废蒸汽冷凝成水用于回灌中另有一派景色。意大利地热发电全都由国家电力公司(ENEL)的绿色电力公司(Green Power)掌握，博物馆东侧和后身是公司的办公机构和接待中心，再往东延伸是商业、办公、旅馆、温泉SPA 等建筑及停车场，广场南面远处是林地低山坡，西南方豁然辽阔，远处就是拉德瑞罗地热田和地热电厂所在，不远处还散落着红色屋顶的民居小房。广场中心圈围着直径约5m的一处沸泉， 粗木围栏和浆砌块石的圆池中热水翻滚，热汽蒸腾，古朴的风格保持了天然地热的特色。其间还有红、黄、绿、蓝、灰等色彩鲜艳的人造产品点缀，那是汽轮机叶片、剥壳的发电机、高压泵、转轴等发电设备部件的装饰性科普展示，与古朴天然的沸泉池浑然一体，构成了地热发电的突出主题。广场边还保留了古典雕塑的纪念柱，停车场旗杆顶飘扬着欧盟旗、意大利国旗和公司标志旗，地面有矮树和绿地。所有这些自然和人为的、天人合一的设计和搭配，让当今的拉德瑞罗小镇给人留下了不可磨灭的深刻印象。

绿色电力公司的地热专家说，为什么地热资源就光搞地热发电呢？现在热田内的沸泉、喷泉、冒蒸汽的地面等景观和地热钻井都可以旅游，小镇还有温泉SPA 矿水浴，这就是生活。

拉德瑞罗对世界地热的贡献拉德瑞罗地热发电的百年经验是对世界地热开发的重要贡献，同时也展示了地热在可再生能源发电中的优势。高温地热流体可以从地热井口每天24h 连续喷出，不受季节、气候和昼夜变化的影响。根据世界能源理事会(WEC)的能源资源调查报告，当前世界地热发电的平均利用率(Capacity Factor)为73%，而先进的大型地热发电机组的利用率最高已达到95%。

意大利地热发电的世界霸主地位持续了60多年，直至20世纪70年代被美国超越，虽然后来全球地热领域风起云涌，许多国家都争先恐后，而美国的世界老大地位保持至今。美国拥有全球最大的盖瑟尔斯地热电站，现有25台机组运行，总装机容量1584MW。盖瑟尔斯地热田100km²范围内钻了424口生产井，43口回灌井， 拥有世界最大的地热回灌管线工程。截至2012年底，地热发电在全球24个国家共有11189.7MW的装机容量在运行，其中前10强占据了全球总装机容量的93.7%。

当前世界地热资源的前沿研究是增强型地热系统，或称为工程型地热系统(EGS)，也就是过去所谓的²干热岩。这种资源分布较广，但是地下只有高热，没有水，于是需要钻两口约4000m 的深井，并用人工激发方式造出地下裂隙系统，这样就可从一口井注入冷水，而从另一口井产出热蒸汽。美国麻省理工学院(MIT)2007 年的研究报告预测，美国EGS地热资源的潜力可在2050年为其提供1×108kW的发电装机容量，占届时全美发电总量的10%；全美EGS 可开采量超过20×104EJ，这个数字相当于美国2005年一次能源消费量的2000倍！

目前EGS总体上仍处于试验阶段。这项研究最早是美国1974 年开始的在芬顿山的试验，迄今全球已有8个国家开展试验。但美国仅试验过60kW的小型机组发电，而德法联合的苏尔茨欧洲示范性EGS电站已成功达到2.2MW，接着德国又成功运行了兰道3MW和印希姆5MW两个电站，年运行超过8200h，即发电利用率达到了94%3。