一、地?zé)岚l(fā)電現(xiàn)狀 1,地?zé)岚l(fā)電特征 地?zé)?/a>發(fā)電是火力發(fā)電的一種,一般的火力發(fā)電為了產(chǎn)生蒸汽而使用鍋爐設(shè)備,而地?zé)?/a>發(fā)電則是利用地下深部的天然蒸汽。所以,地?zé)岚l(fā)電不需要化石燃料,從這一點(diǎn)來(lái)看,具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 從世界范圍內(nèi)的環(huán)境保護(hù)來(lái)看,它和原子能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電一樣,二氧化碳的排出量很少,屬于清潔型能源。 和通常的火力發(fā)電相比較,它的必要條件容易達(dá)到,如1999年7月開(kāi)始運(yùn)行的最新研制成的100〔104kW燃煤成套設(shè)備———松蒲火力發(fā)電站2號(hào)渦輪機(jī)運(yùn)作溫度、壓力是:593℃、246kg/cm2;而地?zé)岚l(fā)電中,在渦輪入口輪的蒸汽條件下,最高也就是250℃、24kg/cm2。所以,與前者火力發(fā)電效率30%40%相比,地?zé)?/a>發(fā)電效率可達(dá)90%左右。 火力發(fā)電為了在渦輪出口處降 低壓力,需用冷卻劑在出口處強(qiáng)制 的冷卻,故需大量的冷卻水,也就是說(shuō)需用7%的自發(fā)電力來(lái)維護(hù)這個(gè)發(fā)電裝置的正常運(yùn)行,與一般發(fā)電站相比,它具有十分重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 盡管地?zé)?/a>發(fā)電具有很多優(yōu)點(diǎn),但它也有不足之處:

  (2)因地?zé)崃黧w中含有大量的 腐蝕性成分,故套管、渦輪等設(shè)備需要昂貴的耐腐蝕材料。 今后一般的火力發(fā)電技術(shù)如再有所提高的話,效率則會(huì)有更大的提高。但是,地?zé)岚l(fā)電是以天然的“地下鍋爐”為對(duì)象,利用上述優(yōu)點(diǎn),克服缺點(diǎn),為減少天然的“地下鍋爐”的不確定性,有效開(kāi)發(fā)出具有更高效率提取地下地?zé)豳Y源的新技術(shù),是迫在眉睫的問(wèn)題。 2,發(fā)電站發(fā)電方式 除了極特殊的方式之外,大致可以分為以下幾種: (1)蒸汽發(fā)電(背壓式、復(fù)水式) 蒸汽發(fā)電中,背壓式是把地?zé)嵴羝麥u輪出口處的壓力變?yōu)榇髿鈮?復(fù)水式是把它強(qiáng)制冷卻到大氣壓以下。 (2)流動(dòng)式(單向流動(dòng)、雙向流動(dòng)) 流動(dòng)式是在地?zé)崃黧w中,蒸汽直接用于蒸汽渦輪,熱水通過(guò)自動(dòng)控制裝置,降低壓力分離出蒸汽成分,再把分離出的蒸汽用于蒸汽渦 輪低壓段。根據(jù)自動(dòng)控制裝置可以把分離通過(guò)幾個(gè)階段進(jìn)行,因此就有單向流和雙向流的不同。

 

  (3)二元循環(huán)發(fā)電 與流動(dòng)式不同(相對(duì)),循環(huán)發(fā)電不把蒸汽作為研究對(duì)象,而是把熱水具有的熱能轉(zhuǎn)移給其他媒體,通過(guò)二次媒體進(jìn)行發(fā)電。 循環(huán)發(fā)電,在菲律賓、墨西哥是很常見(jiàn)的。從世界范圍看,日本地?zé)岚l(fā)電具有53〔104kW的發(fā)電規(guī)模。 3,地?zé)豳Y源量 日本是地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/資源.html" >資源十分豐富的國(guó)家,把這些地?zé)嵊糜诎l(fā)電,無(wú)論采用哪種方式發(fā)電都是可以考慮的。地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/資源.html" >資源量同礦物資源是一樣的,都受其經(jīng)濟(jì)性所制約,由于評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)人的不同,對(duì)資源量的預(yù)測(cè)也有很大差別。 在這里以宮崎所獲資源量來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。現(xiàn)在的地?zé)岚l(fā)電方式可采用蒸汽發(fā)電或流體動(dòng)力發(fā)電,下面就重力基底深度較淺的200℃以上高溫熱水系資源量來(lái)進(jìn)行論述。經(jīng)初步計(jì)算,把日本總面積的50%分成15小塊,把到200℃等溫面以下的重力基底深度的地?zé)豳Y源量根據(jù)容積法求得。這樣,把儲(chǔ)層孔隙度設(shè)為15%,回收率設(shè)為25%,根據(jù)這些值的變化,相應(yīng)的資源量也發(fā)生變化。若根據(jù)這種假設(shè),適合于現(xiàn)在的地?zé)岚l(fā)電方式的總熱量是10.1〔1018J,換算成發(fā)電量是582〔104kW〔30年。這個(gè)資源量大約是現(xiàn)在發(fā)電量的10倍。在日本,地?zé)峋?/a>的深度有隨時(shí)間推移而逐年增加的趨勢(shì)。今后,重力基底深度(一般指從地表開(kāi)始的沉積巖厚度,這一厚度也因地而異,從2km到3km不等)1km以下作為開(kāi)發(fā)對(duì)象擴(kuò)展開(kāi)來(lái),高溫熱水資源再加上述值,可以達(dá)到4342〔104kW〔30年。另一方面,在日本未利用的適合于150200℃的二元循環(huán)發(fā)電的地?zé)豳Y源量估計(jì)值是1472〔104kW〔30年,如表1所示。表1敘述了用高溫巖體發(fā)電的資源量,在高溫巖體的初步計(jì)算中,淺部定義為巖基溫度200℃,深度3km;深部定義為35km。隨著今后勘探技術(shù)的進(jìn)步,地?zé)豳Y源量也會(huì)有所變化。

 

  二、21世紀(jì)地?zé)岚l(fā)電技術(shù) 1,高溫巖體發(fā)電技術(shù) 對(duì)于現(xiàn)在的地?zé)岚l(fā)電技術(shù),有必不可少的三個(gè)地下條件:儲(chǔ)集層、地?zé)帷?a href="http://www.optool.cn/t/地下水.html" >地下水。 在地下儲(chǔ)集層中有裂縫,周圍的巖體具有充分的熱量,同時(shí)具有把地下地?zé)醾鞯降乇淼拿襟w———水。其中,儲(chǔ)層、地下水能通過(guò)低溫物體(如15200℃范圍)根據(jù)二元循環(huán)方式發(fā)電,這充分利用了地下地?zé)豳Y源。而與此相對(duì),具有充分高的熱量,但是缺少儲(chǔ)層和地下水二個(gè)要素,可以通過(guò)高溫巖體發(fā)電方式進(jìn)行發(fā)電。這種發(fā)電方式的構(gòu)想是于1970年美國(guó)新墨西哥州的洛斯-阿拉斯國(guó)立研究所研究員所提出的。這種高溫巖體發(fā)電方式如圖1所示。深度在30004000m,溫度在200300℃高溫下,在滲透率低的花崗巖體中,通過(guò)注入高壓水,在2口井之間,制造一個(gè)斷裂帶群,作為人工儲(chǔ)層。在人工儲(chǔ)層 中,其中1口井作為注水井,另1口井作為生產(chǎn)井。通過(guò)生產(chǎn)井,把高溫巖體具有的熱量通過(guò)熱水或蒸汽載體,把地下熱量帶到地面進(jìn)行發(fā)電。洛斯-阿拉斯國(guó)立研究所進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)基地鉆2口井,其深度約為3000m,溫度約為200℃。1977年在世界上首次進(jìn)行了循環(huán)實(shí)驗(yàn),證實(shí)了這一方案的可行性。這一循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)進(jìn)行了286天,獲得了35005000kW的熱力資源。這些熱力資源換算成電相當(dāng)于500kW,但在實(shí)際上還沒(méi)有進(jìn)行發(fā)電。沿著這一成功的足跡,美國(guó)為了開(kāi)發(fā)大規(guī)模高溫巖體發(fā)電系統(tǒng),開(kāi)始了第II期計(jì)劃。在第II期計(jì)劃中,在IEA(InternationalEnergyAgency:國(guó)際能源機(jī)構(gòu))協(xié)定基礎(chǔ)之下,日本和其他國(guó)家派研究所參加研究,但這個(gè)國(guó)際協(xié)定由于日本和其他國(guó)家的中途退出,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到1996年。盡管如此,美國(guó)關(guān)于高溫巖體發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究起到了開(kāi)路先鋒的作用。

 

  在日本有關(guān)高溫巖體的發(fā)電實(shí)驗(yàn)是從1978年在岐阜縣上郡肘折 地區(qū)進(jìn)一步研究高溫巖體發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)始的。與圖1所不同的是,它的注水井只有1口,而配置的生產(chǎn)井 是3口。像這樣具有多口井的高溫 巖體發(fā)電系統(tǒng)在世界上只有肘折存 在。1991年,在深度1800m、溫度250℃巖基中進(jìn)行了為期80天的循環(huán)實(shí)驗(yàn),熱力資源是8000kW,證實(shí)了能夠平穩(wěn)地從高溫巖體中提取出熱量。在肘折地區(qū),深2200m、溫度270℃的巖基中造了人工儲(chǔ)層。在利用前述1800m深儲(chǔ)層的同時(shí),計(jì)劃從2000年開(kāi)始,進(jìn)行更大規(guī)模的循環(huán)實(shí)驗(yàn)。

 

  2,巖漿發(fā)電 在現(xiàn)在的地?zé)岚l(fā)電中,地?zé)醿?chǔ)層中的熱源是地下深部的融熔巖漿。所謂巖漿發(fā)電就是把井鉆到巖漿,直接獲取那里的熱量。這一開(kāi)發(fā)研究,是美國(guó)于1975年在圣地亞研究所進(jìn)行的。這一方式在技術(shù)上是否可行,是否能把井鉆至高溫巖漿,人們一直在研究中。到目前為止,在夏威夷進(jìn)行了鉆井研究,想用噴水式鉆頭把井鉆到巖漿溫度為10201170℃的巖漿中,并深入巖漿29m,可就此也只是淺地表的個(gè)別情況,如果真正鉆到地下幾千米才鉆到巖漿,采用現(xiàn)有技術(shù)也是很難實(shí)現(xiàn)的。

 

  另外,從巖漿中提取熱量,只進(jìn)行了理論研究。

 

  三、結(jié)束語(yǔ) 地?zé)豳Y源越來(lái)越受到人們的重視,地?zé)岚l(fā)電量也逐年增加。有關(guān)地?zé)豳Y源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)還需更長(zhǎng)的時(shí)間,地?zé)豳Y源無(wú)論從經(jīng)濟(jì)價(jià)值、資源量,還是從環(huán)境保護(hù)方面看,它具有一定的優(yōu)越性。從20世紀(jì)初到現(xiàn)在,地?zé)衢_(kāi)發(fā)及地?zé)岚l(fā)電技術(shù)克服了各種各樣的技術(shù)困難,高溫巖體發(fā)電、巖漿發(fā)電是需要我們?cè)?1世紀(jì)解決的問(wèn)題。