地热能资源的应用 -Kalina循环(中 温90-150C);低温(50-90C) 开发中（量大， 分布广），重点 开发 地压型3-10 深层沉积低压水，溶解大量碳 氢化合物，可同时得到压力能 、热能、化学能（天然气）， 温度150C 热储试验 干热岩型3-10干热岩体，150-650C研究阶段 岩浆型10600-1500C研究阶段 我国地热资源现状： 我国处于全球亚欧板块的东南边缘，在东 部和南部分别与太平洋板块和印度洋板块 连接，是地热资源较丰富的国家之一; 两个高温地带或温泉密布地带就分别位于 上述两个板块边缘的碰撞带上，而中低温 泉密布带则多集中于板块内的区域构造边 界的断层带上; 西藏地热资源最为丰富；云南点最多，已 知的达706处; 在常规能源较缺乏的福建省，已探明地热 能达3.34*1020J，相当于1.17*1010标准煤。 3.地热资源研究状况 地压资源热液资源干热岩资源 3.1.热液资源 热液资源主要研究储层确定、流体喷注技 术、热循环研究、废料排放和处理、渗透 性的增强、地热储层工程、地热材料开发 、深层钻井、储层模拟器研制； 近年来，已开发出了专门用于测定地热储 层的勘探技术； 通过采用能对断裂地热储层的特征进行分 析的新方法和能仿真预报储层对开发和回 灌的反应的新方法，热液储层的确定技术 和开采工程也取得了很大的发展。 3.2. 地压资源 此项研究的目的是为了弄清开发此资源的 经济可行性和增进对这种储藏的储量、产 量和持久性的了解。 3.3. 干热岩资源 美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家试 验室自1972年起在美国新墨西哥州芬顿山 进行了长期的干热岩资源的研究工作； 初步研究结果证明，从受水压激励的低渗 透性结晶型干热岩区以合理的速度获取热 量，在技术上可行； 二期地热储层项目后期工作主要目标是确 定是否利用干热型资源持续发电； 1986年地热储层二期工程30天初步热流试 验中，生产出190C热水，热功率约10MW 。 4. 应用概述 地热能的利用可分为地热发电和直接利用 两大类，对与不同温度地热流体可能利用 的范围有不同的界定； 国外较重视直接利用，如果地热资源温度 足够高，最好的利用方式是发电，但正常 情况下，它被用于电网基本负荷的发电， 只在特殊情况下用于峰值负荷。 为提高地热利用率，常采用梯级开发和综 合利用办法及分布式能源系统，如热电联 产、热电冷三联产、先供暖后养殖等； 地热利用主要在四个方面起作用。 不同温度地热流体利用： 200-400C150-200C 100-150C 直接发电和综 合利用。 双工质循环 发电、制冷 、干燥、工 业余热加工 。 双工质循环发 电、供暖、制 冷、干燥、脱 水加工、回收 盐类、罐头食 品。 供暖、温室、 家庭用热水、 干燥。 文本 沐浴、水产养 殖、饲养牲畜 、土壤加温、 脱水加工。 20-50C50-100C 地热利用四种方式： 利用方式 地热发电 地热供暖 热水型地 热发电 蒸汽型地 热发电 闪蒸系统 双循环系统 地热务农 地热行医 主要介绍地热发电系统和地热供冷暖系统。 地热能发电模型 地热发电应注意的问题 地热能虽然被认为是清洁的能源，对环境 的有害影响较小，但是地热蒸汽和地下热 水中常含有许多杂质，生产中如果不能做 适当的处理，会造成各种污染和对设备的 腐蚀。与火力发电相比，地热发电是闪蒸 器或蒸发器代替了锅炉，在运行中主要可 能出现以下4方面的问题。 世界地热能发电总装机容量增长趋势 太阳能和地热组合利用示意图 背压式汽轮机发电系统 最简单的地热蒸汽发电系统； 工作原理：首先把饱和或过热蒸汽从蒸汽 井中引出，再加以净化，经过分离器分离 出所含的固体杂志，然后把纯净蒸汽送入 汽轮机做功，由汽轮机驱动发电机发电； 蒸汽做功后可直接排入大气，或用于工业 生产的加热过程； 适用场合：地热蒸汽中不凝结气体含量很 高的场合，或综合利用排汽用于生产和生 活的场合。 背压式地热发电系统示意图 双工质地热发电 双工质地热发电是20世纪60年代以来在国 际上兴起的一种地热发电新技术。这种发 电方式不是直接利用地下热水所产生的蒸 汽进入汽轮机做功，而是通过热交换器利 用地下热水来加热某种低沸点的工质，使 之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动汽轮机 并带动发电机发电。 在这种发电系统中，采用两种流体：一种 是采用地热流体作热源；另一种是采用低 沸点工质流体作为工作介质来完成将地下 热水的热能转变为机械能。 地热双工质电站发电系统示意图 特点： 优点：利用低温度热 能的效率较高，设备 紧凑，汽轮机的尺寸 小，易于适用化学成 分比较复杂的地下热 水。 缺点： 不像扩容法那样可以 方便地使用混合式蒸 发器和冷凝器； 大部分低沸点工质传 热性都比水差，采用 此方式需有相当大的 金属换热面积； 低沸点工质价格高， 且易燃、易爆、有毒 、不稳定、对金属腐 蚀等。 双工质地热发电系统能充分利用地下热水 的热量，降低电的热水消耗率。但增加了 设备投资和运行的复杂性； 为实现此高效循环系统，现简要介绍Kalina 循环； 什么是卡琳娜循环（Kalina cycle） ？ 5.卡琳娜循环 5.1 卡琳娜循环(Kalina Cycle)简介 关于氨： 有安全标准的常规化 学溶剂； 广泛应用于农业、制 冷和电力工业； 处理得当，符合生态 学的安全化学制剂。 Kalina 循环是一种利 用氨和水混合物作为 工作介质的新颖的、 高效的动力循环系统 。 Kalina循环技术是实现 200以下热电转换最 有效的途径。 发明人：Alexander Kalina博士 提出时间：20世纪80年代中后期 第一座Kalina循环发电站 1994年美国能源部给Exergy Corporation公 司700万美元的奖金,用于在内华达州的 Steamboat建造一座地热电站。 1996年11月，世界上第一座将Kalina循环 用于联合循环的底层循环的6MW电厂正式 投入运行，经过4年的运行及广泛试验,近一 步证明了Kalina循环可靠、高效。 5.2 工作过程： 具有特定比例的水-氨混合液进入锅炉(或其 他热源)受热蒸发，生成的高压蒸汽通过汽 轮机膨胀作功，驱动发电机输出电力。 Kalina循环的特点是水-氨混合液在受到热 源加热后，氨先蒸发，混合液中的氨浓度 降低，在受热汽化过程中混合液具有可以 控制的可变化的沸点温度，该特点能把热 源中更多的热能传递给工质，使循环的热 力性能优化，从而提高了热效率。 5.3 Kalina 循环的四个特点： 1、 氨-水混合物的沸点和凝结点温度不固 定，而纯水是固定的； 2、 氨-水混合物的热物理特性随氨浓度的 改变而改变，而纯水和纯氨的物理特性是 固定不变的； 3、 氨-水混合物的热容量不随混合物温度 的变化而变化，倘若没有能量的变化，纯 水和纯氨的温度是不会改变的； 4、 纯水的冰点温度为0，而纯氨却为- 78。氨-水混合物溶液的冰点温度随氨浓 度而变，比水要低许多。 5.4 Kalina Cycle VS Rankine Cycle Kalina Cycle 卡琳娜循环机组可以向诸 如温度为149-450的低 能级热源提供比Rankine 效率高出50%的循环效率 ； 对直燃式锅炉和燃气-蒸汽 联合循环电厂中的燃气轮 机废气等高温热源，循环 效率约可提高20%； 余热利用效率大幅提高。 Rankine Cycle 在正规火力发电中，其循 环效率随机组的参数和容 量大致在25-43%范围之中 ； 对余热发电系统来说，因 为热力参数低，其热力循 环效率更低，通常只达8- 12%。 理想Kalina Cycle与Rankine Cycle的 热力过程比较： 5.5 投运的卡琳娜循环技术电站 日本住友钢铁（Sumitomo Steel）的 3.5MW余热电站； 日本东京湾富士炼油厂（Tokyo Bay Fuji Oil Refinery）的3MW余热电站； 冰岛胡萨维克（Husavik）2MW地热电站 ； 由西门子（Siemens）在德国建成的恩德 哈金（Underhaching）3MW和布鲁塞尔 0.5MW地热电站； 若干在建项目正在日本和德国施工建造中 。 Kalina Cycle has been in China: 作为卡琳娜循环技术的拥有者，全球地热 有限公司（Global Geothermal Ltd.GGL） 及其子公司可再生能源工程有限责任公司 （Recurrent Engineering LLC下称RE）已 于2009年初将该项技术以排它性技术许可 证方式，转让给了中华人民共和国上海盛 合新能源科技有限公司。 5.6 我国示范项目 上海世博会企业联合馆太阳能光热发电； 上海泖港农业生态园太阳能光热发电； 上海耀皮玻璃有限公司CS3浮法玻璃生产线 余热发电、供热项目； 山东联合水泥2500t/d窑余热发电。 6. 建筑供暖（冷） 2006年12月我国批准施行可再生能源法 ； 2007年8月发布中国可再生能源中长期发 展规划； 2008年4月正式实施节约能源法； 2008年10月开始实施建筑节能条例； “节能减排”“、低碳”已成为指导我国建筑业 健康发展的首要原则。 6.1 地热供暖 地热直接用于采暖、供热（冷）和供热水 是仅次于地热发电的地热利用方式。 此利用方式简单、经济性好，因此备受各 国重视，特别是位于高寒地区的西方国家 ，其中，冰岛的利用方式最好。 此外利用地热给工厂供热，如用作干燥谷 物和食品的热源，用作硅藻生产、木材、 造纸、皮革、纺织、酿酒、制糖等生产过 程的热源。目前世界上最大的两家地热应 用工厂是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸浆 加工厂。 6.2 建筑供暖简介 单独使用地热热水系统存在的缺陷： 在非采暖季节，地热井的供热量可以满足 用户的需求，但在采暖季节，大部分地热 主要用来给用户冬季采暖，只有一小部分 地热可以用来补充热水系统，如果单独使 用地热，这一部分热量不能满足用户对热 水的需要。 由于地热热水系统单独运行存在以上缺陷 ，因此，工程采用多种可再生能源（如： 太阳能）和地热相结合的热水供暖系统。 下面以山东省德州市新湖春天工程国家可 再生能源示范项目为例； 新湖春天太阳能和地热组合利用示意图 6.3 实例-新湖春天 太阳能和地热组合利用示意图 在此项工程中，当太阳能产生的热水量不 足时，热水井里的水泵启动，通过板式换 热器将自来水加热，补进热水箱，实现小 区热水的不间断供给。 运行效果分析： 通过太阳能地热热水系统的运行来看， 地热水确实弥补了单独使用太阳能所存在 的分散性、不稳定性和高层建筑屋面面积 的局限性等弊端，在不需要辅助电加热的 前提下彻底实现24 h不间断热水供应，减少 了热水成本，提高了用户的生活质量，符 合当前低碳、节能减排的发展要求。对有 地热资源的一些地区有很好的推广价值。 7. 应用的成本结构 典型的地热能计划的成本包括着多个非常 明确的成本部分。已被确认的四个主要成 本分量为： 资源分析流体生产能量转换其他工作 发现和确 定某一地 热能资源 生产地热 流并维持 它的产量 从地热流 中采集适 用的能量 任何其他 的资源应 用成本因 素 7.1 资源分析 勘探（勘探钻井） 资源确定 储层评价 井田设计 储层检测 开发井测试 7.2 热流生产 钻井