[发明专利]采用光热二次蒸发的地热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用光热二次蒸发的地热发电系统，属于地热能、太阳能光热发电装置技术领域。

背景技术

世界经济发展对能源的需求日益增加，同时人类赖以生存的生态环境也日益恶化。人类已经开始考虑大力发展新能源，特别是可再生的清洁能源，来替代传统能源。地热能和太阳能作为一种新能源越来越受到人们重视，各国相继制定鼓励地热能太阳能开发利用的政策，地热能太阳能开发利用的技术、装备也取得新的进展。地热能太阳能发电是利用自然能量发电，由于不需要燃料以及相关联的锅炉，故不产生CO₂、NO_X、粉尘排放，属可再生绿色清洁能源，而且发电成本比常规的火电和水电都低。

其中地热发电是把地下热能转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的生产过程。能够把地下热能带到地面并用于发电的载热介质主要是天然蒸汽(干蒸汽和湿蒸汽)和地下热水。

由于热水和蒸汽的温度、压力以及它们的水、汽品质的不同，地热发电的方式也不同。常用的地热发电方式有以下几种：

(1)直接蒸汽法。从地热井取出的高温蒸汽，首先经过净化分离器，脱除井下带来的各种杂质，清洁的蒸汽推动汽轮机作功，并使发电机发电。所用发电设备基本上同常规火电设备一样。

(2)扩容发电方式。即地热水经井口引出至热水箱部分扩容后进入厂房扩容器，扩容后的二次蒸汽进入汽机作功发电。这种一次扩容系统，热利用率仅为3％左右。将一级扩容器出口蒸汽引入汽机前几级作功，一级扩容器后的地热水进人二极扩容器，经二级扩容后进入汽轮机中间级作功，这就是两次扩容地热发电，其热利用率可达6％左右。西藏羊八井地热发电站属此种发电方式的机组，单机容量为3000千瓦。

(3)双工质循环地热发电方式。当地热参数较高，温度在150℃以上时，采用扩容发电很合适。但参数较低时扩容发电就很困难，这种情况适宜采用双工质发电方式。即用参数较低的地热水去加热低沸点的工质(如异丁烷、氟里昂等)，再用低沸点工质的蒸汽去冲动汽轮机。这种方式理论上效率较高，但技术难度大。目前国内进口的两台1000千瓦机组已投产发电。

(4)全流式地热发电方式。将地热介质全部引入全流发电机组。该方式理论上效率很高，可达90％，但实际结果较低。目前，该方式在国内、外仍处于试验阶段，尚未付诸工业应用。

地热发电方式还有两相全流法等。

地热发电的原理与火力发电大致相同。由于地热发电不消耗燃料，因而不需要庞大的燃料运输、存储设施，设备系统比火力发电简单。地热发电后排出的热水只是降低了一些温度，还可以用于取暖、医疗等。地热电站不会排出污染环境的烟气和灰尘。

我国地热资源储量丰富，分布面广，已发现的热沸泉2500处，地热田270多个。地热资源可开采量相当于4626.5亿吨标准煤，地热利用在我国具有广阔前景。

地热能的利用通常分为三种：

—用于发电的蒸汽或温度极高的热流体；

—可被直接利用的中低温的热流体；

—地源热泵(GHPs)利用地表浅层的能源，为建筑物制冷/供暖。

地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能，首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。

蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电，但在引人发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，故发展受到限制。

一、闪蒸发电

原理：当高压热水从热水井中抽至地面，于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排出，当然最好是再回注入地层。

二、中低温双工质发电

地热水首先流经热交换器，将地热能传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进人汽轮机做功后进人凝汽器，再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效的热交换器。