历史大战

大分县积极采取各种措施,大力开发地热发电、太阳能发电、生物发电等可再生能源,取得了丰硕成果,目前大分县的可再生能源自给率已经达到了28.1%,在日本独占鳌头,日本大分县商工劳动部工业振兴课课长工藤典型如是说。

随着工业革命的到来,人类的能源构成也发生了改变,煤炭,石油和天然气成为主要能源。这些能源不仅提供动力和热量还带来发电设施的改进。发电是指利用发电动力装置将水能、石化燃料的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的生产过程称为发电。用以供应国民经济各部门与人民生活之需。今天,维库仪器仪表网就像大家介绍一下地热发电。

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电工电气网】讯

日本;地热资源;开发;地热发电;温泉

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似,也是根据能量转换原理,首先把地热能转换为机械能,再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电.

厦门温泉资源 分布示意图

由中国城市发展研究会主办的低碳城市与新能源发展论坛5月18日至19日在山东济南举行。会上,近些年在新能源领域“崭露头角”的地热能产业受到专家学者以及新能源企业代表的热议。

“大分县积极采取各种措施,大力开发地热发电、太阳能发电、生物发电等可再生能源,取得了丰硕成果,目前大分县的可再生能源自给率已经达到了28.1%,在日本独占鳌头,”日本大分县商工劳动部工业振兴课课长工藤典型如是说。

主要方法

近日,市政府印发《厦门市创建“中国温泉之都”工作方案》,成立了创建工作领导小组,下设办公室挂靠市国土房产局,全面启动了创建“中国温泉之都”的准备工作。据了解,“创都”工作主要分三个阶段:筹备阶段、编制材料阶段、申请命名阶段。

“地热资源具有清洁、高效、稳定、安全等独特优势。”中国工程院院士多吉认为,在所有可再生能源中,地热能的可利用效率最高,利用系数达到80%,能够在治理雾霾、节能减排、调整能源结构等方面发挥独特作用。

工藤还说,由于大分县拥有丰富的地热资源,利用地热发电已经成为可再生能源开发利用的支柱,目前大分县的地热发电年发电量超过10亿千瓦时,占整个日本地热发电总量的近40%,为当地经济的发展作出了重要贡献。

把地下热能转换为机械能,然后再把机械能转换为电能的生产过程。根据地热能的赋存形式,他热能可分为蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型等五类。从地热能的开发和能量转换的角度来说,上述五类地热资源都可以用来发电,但日前开发利用得较多的是蒸汽型及热水型两类资源。地热发电的优点是:一般不需燃料,发电成本上多数情况下都比水电、火电、核电要低,设备的利用时间长,建厂投资一般都低于水电站,且不受降雨拉季节变化的影响,发电稳定,可以大大减少环境响污染,等等。

2011年初,国土资源部公布首批“中国温泉之乡和地热能开发利用示范单位”,福州、重庆和天津被评为首批“中国温泉之都”。市国土房产局表示,我市若能获得命名,将进一步规范我市地热资源管理,促进地热资源采矿权储备及统筹开发工作,充分发挥地热资源开发的综合效益。同时,这也有利于丰富我市旅游内涵、打造旅游产业的新名片,推动岛内外一体化建设。

数据显示,我国地热资源约占全球资源量的六分之一。其中,浅层地热能资源量每年相当于95亿吨标准煤,中深层地热能资源量相当于8530亿吨标准煤,干热岩资源量相当于860万亿吨标准煤。在能源消费结构中,地热利用每提高1个百分点,相当于替代标准煤3750万吨,减排二氧化碳约9400万吨。

日本是个化石能源资源十分匮乏的国度,为了维护经济的可持续发展,如何有效开发利用可再生能源是日本各有关方面的要务。大分县拥有丰富的可再生能源资源,是日本著名的温泉之都,尤其是大分县的别府市,地热资源分布广泛,数量多、热度高,地热资源开发成了大分县可再生能源开发利用的重点项目。

地热能是来自地球深处的可再生热能,它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水深处的循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近表层。地热能的储量比人们所利用的能量总量还要多,大部分集中分布在构造板块边缘一带。地热能不但是无污染的清洁能源,而且如果热量提取速度不超过补充的速度,那么热能还是可再生的。随着化石能源的紧缺、环境压力的加大,人们对于清结可再生的绿色能源越来越重视,但地热能在很久以前就被人类所利用。早在20世纪40年代,意大利的皮也罗·吉诺尼·康蒂王子在拉德雷罗首次把天然的地热蒸汽用于发电。地热发电,是利用液压或爆破碎裂法将水注入到岩层中,产生高温水蒸气,然后将蒸汽抽出地面推动涡轮机转动,从而发电。在这过程中,将一部分未利用的蒸汽或者废气经过冷凝器处理还原为水回灌到地下,循环往复。简而言之,地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。针对温度不同的地热资源,地热发电有4种基本发电方式,即直接蒸汽发电法、扩容发电法、中间介质发电法和全流循环式发电法。

据了解,温泉水也就是地下热水,作为一种可再生清洁能源矿产,具有广阔的开发利用前景。

当前我国地热资源的开发利用可分为发电和直接利用两个方面。高温地热资源主要用于发电;中温和低温地热资源则以直接利用为主;对于25℃以下的浅层地热能,可利用地源热泵进行供暖和制冷。

大分县也是日本地热发电的发源地,该县很早就将丰富的地热资源作为可再生能源开发利用的重点。1925年,日本第一座地热发电站建在别府市北部的温泉喷气口上。此后,大分县一直是日本地热发电的领跑者。该县九重町还拥有日本最大的地热发电站,该地热电站的装机容量为11万千瓦时,年发电量接近70万兆瓦,基本上能够满足近4万个家庭的用电量。

地热种类

厦门地热资源同安占了一半

“河北雄县近年来大力发展地热供暖,供暖能源已经实现百分之百可再生。”国家能源局新能源与可再生能源司副司长梁志鹏介绍,雄县经过6年的建设,建成供暖能力385万平方米,城区基本实现地热集中供热全覆盖,成为我国第一个“无烟城”。据介绍,浅层地热供暖制冷技术已经在全国多个城市实践并获得成功。2015年,陕西咸阳市地热集中供暖面积达到650万平方米,35万人受益;天津市地热供暖小区及公建340个,地热供暖面积2503万平方米,占全国地热供暖总面积的40%。

漫步在别府市的街头巷尾,随处可见从温泉井排气管中冒出的白色气体,宛如以柴火为燃料时代。当然,其蒸汽的浓度和密度远比炊烟高大、壮观,形成了温泉之都独特的美丽景观,让人流连忘返。因此,这里也被“旅友”选为日本仅次于富士山的第二大旅游名胜。

现在开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类,因此,地热发电也分为两大类。地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。

据介绍,市政府近年来主导开展了全市地下热水资源调查。调查结果显示,厦门岛内外共勘察发现13处温泉资源,其中同安7处,占全市一半以上。此外,岛内湖里1处、海沧1处(东孚汤岸温泉)、集美1处(杏林湾温泉)、翔安3处(内垵村温泉、洪前村东山温泉、大嶝温泉)。

越来越多的企业对地热能开发利用。山东地矿新能源有限公司总工程师刘国爱介绍说,该公司正发挥地热资源科研、勘察、施工的传统优势,将其延伸到地热产业的下游,积极拓展地热发电、地热供暖、温泉开发和有机农业等绿色产业。近年来,公司在山东日照、郯城等地都有地热开发项目,其中地热温泉勘探成井均获成功。据山东省地矿局总工程师徐军祥介绍,地热能产业已经壮大成为新兴产业。

别府市著名历史文化遗产“富士屋”的代表安波治子女士告诉记者,大分县以温泉闻名整个日本,仅别府市就拥有3000多处温泉,每天的温泉出水量高达13万立方米,其中出口温度超过100摄氏度的温泉就达50多处。很多温泉由于水温过高,只能采取瀑布式人工降温手段,将温泉水降至50多摄氏度后才送入各家各户。别府市铁轮地区的温泉更是出名,几乎家家户户都能在家里用温泉水泡浴。

一次蒸汽法

市国土房产局在开展全市地热资源专项调查中发现,厦门的地下热水温度较高,其中最高达93摄氏度。同时厦门温泉水质有淡有咸具多样性,含有二氧化碳、硫化氢、偏硅酸、氟等化学成分,具有较高的医疗理疗价值。

地热能在未来能源格局中将扮演怎样的角色?多吉援引有关数据预测,2050年世界发电结构中清洁能源将占主导地位,其中地热能将占5%以上,并将逐步提高占比。2020年、2030年和2050年我国地热发电装机容量将分别达到30万千瓦、220万千瓦和1900万千瓦。

记者参观了位于别府市的杉乃井地热发电站。该地热发电站为杉乃井饭店集团所属,是该饭店专属的发电站,1980年建成发电,装机容量为3000千瓦。进入紧凑整洁的地热发电车间,就能闻到清淡的硫磺味,发电机发出低沉的运转声,产生的电流源源不断地被送往饭店。该饭店各种设备、温水游泳池、室内外五彩缤纷的各类彩灯等所需的电能一半以上来自这个自备的发电站。

一次蒸汽法直接利用地下的干饱和蒸汽,或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。

业内人士表示,开发利用地热资源,培育新的经济增长点,对推进我市新一轮跨越式发展具有重要作用,但同时要注意加强对地热资源的管理,提高资源保护和合理开发利用水平。因为“尽管是可再生资源,但如果盲目超量开采,也会造成温泉资源的枯竭,同时还会破坏周边环境”。

与会专家也指出,我国地热能产业要实现规模化、长期可持续发展,仍有不少工作要做:一是查明主要沉积盆地地热能资源分布,对地热能资源合理开发利用进行产业布局。二是制定优惠政策及相应法规,推进碳汇交易。三是大力推动科技创新,突破技术瓶颈。此外,在具体开发过程中,应坚持回灌,进行地热水梯级多模式利用,最大化利用宝贵的地热资源。

近年来,地热发电技术也得到长足发展。记者还参观了今年才正式投入运行的全流式地热发电站。这是一所装机容量为2000千瓦时的小型地热发电站,除了给大分县农林水产研究指导中心花卉研究项目提供电能和热能之外,多余电力出售给九州电力公司。据该电站负责人介绍,采用原有地热发电技术,通常要将热水和蒸汽分离,仅利用蒸汽来发电,剩余的热水回灌到地下。而全流式地热发电系统则把地热水直接输送到全流式地热发电系统,分别由蒸汽与热水先后带动两个涡轮机发电。由于全流式地热发电系统同时利用蒸汽与热水,其热效率提高60%以上,可将地下温泉水的一半能量转换为电能。而且,该系统可利用现有的温泉井,不需要特意挖掘地热水井,有望大幅提高热利用效率,降低生产成本。

二次蒸汽法

大分县还将地热大力应用到农业生产方面。大分也是日本著名的花卉之乡,每年生产大量的鲜花销往日本全国乃至世界各地。目前,大分县的农用温室大棚所需的热能主要由温泉水产生的热能来解决。该县农林研究中心还开发出了利用地热给土壤消毒的技术。经过地热消毒过的土壤种植花卉,不仅减少了病虫害,还提高了花卉的质量,色泽更加鲜艳,保鲜期更长,受到了消费者青睐,增加了花农收入。

二次蒸汽法有两种含义,一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽,而是让它通过换热器汽化洁净

大分县还制定了促进开发清洁能源条例,鼓励企业和个人积极开展地热、太阳能发电、风浪发电、小水力发电、生物发电等可再生能源的开发利用,进一步提高可再生清洁能源在总能源消费中的比例。

地热发电

水,再利用洁净蒸汽发电。第二种含义是,将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽,压力仍高于当地大气压力,和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。

地热水中的水,按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的,必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。目前对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电,利用抽真空装置,使进入扩容器的地下热水减压汽化,产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功,这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大,因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质,地下热水通过换热器加热,使低沸点物质迅速气化,利用所产生气体进入发电机做功,做功后的工质从汽轮机排入凝汽器,并在其中经冷却系统降温,又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”,这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差,如果发电系统的封闭稍有泄漏,工质逸出后很容易发生事故。

混合蒸汽法

20世纪90年代中期,以色列奥玛特公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一,设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系统,该机组已经在世界一些国家安装运行,效果很好。

地热蒸汽发电系统

利用地热蒸汽推动汽轮机运转,产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠,是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。

双循环发电系统

也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质,使工质在流动系统中从地热流体中获得热量,并产生有机质蒸汽,进而推动汽轮机旋转,带动发电机发电。

全流发电系统

本系统将地热井口的全部流体,包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等,不经处理直接送进全流。

全流发电系统地热发电

力机械中膨胀做功,其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量,但技术上有一定的难度,尚在攻关。

干热岩发电系统

利用地下干热岩体发电的设想,是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年,他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井,从一口井中将冷水注入到干热岩体,从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽,功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯,但迄今尚无大规模应用。

系统利用

国外对地热能的非电力利用,也就是直接利用,十分重视。因为进行地热发电,热效率低,温度要求高。所谓热效率低。就是说,由于地热类型的不同,所采用的汽轮机类型的不同,热效率一般只有6.4~18.6%,大部分的热量白白地消耗掉。所谓温度要求高,就是说,利用地热能发电,对地下热水或蒸汽的温度要求,一般都要在150℃以上;否则,将严重地影响其经济性。而地热能的直接利用,不但能量的损耗要小得多,并且对地下热水的温度要求也低得多,从15~180℃这样宽的温度范围均可利用。在全部地热资源中,这类中、低温地热资源是十分丰富的,远比高温地热资源大得多。但是,地热能的直接利用也有其局限性,由于受载热介质—热水输送距离的制约,一般来说,热源不宜离用热的城镇或居民点过远;不然,投资多,损耗大,经济性差,是划不来的。

地热能的直接利用发展十分迅速,已广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等

地热发电

各个方面,收到了良好的经济技术效益,节约了能源。地热能的直接利用,技术要求较低,所需设备也较为简易。在直接利用地热的系统中,尽管有时因地热流中的盐和泥沙的含量很低而可以对地热加以直接利用,但通常都是用泵将地热流抽上来,通过热交换器变成热气和热液后再使用。这些系统都是最简单的,使用的是常规的现成部件。

地热能直接利用中所用的热源温度大部分都在40℃以上。如果利用热泵技术,温度为20℃或低于20℃的热液源也可以被当作一种热源来使用(例如美国、加拿大、法国、瑞典及其他国家的做法)。热泵的工作原理与家用电冰箱相同,只不过电冰箱实际上是单向输热泵,而地热热泵则可双向输热。冬季,它从地球提取热量,然后提供给住宅或大楼;夏季,它从住宅或大楼提取热量,然后又提供给地球蓄存起来。不管是哪一种循环,水都是加热并蓄存起来,发挥了一个独立热水加热器的全部的或部分的功能。

由于电流只能用来传热,不能用来产生热,因此地热泵将可以提供比自身消耗的能量高3-4倍的能量。它可以在很宽的地球温度范围内使用。在美国,地热泵系统每年以20%的增长速度发展,而且未来还将以两位数的良好增长势头继续发展。据美国能源信息管理局预测,到2030年地热泵将为供暖、散热和水加热提供高达68Mt油当量的能量。

对于地热发电来说,如果地热资源的温度足够高,利用它的好方式就是发电。发出的电既可供给公共电网。

地热发电----地热泵

也可为当地的工业加工提供动力。正常情况下,它被用于基本负荷发电,只在特殊情况下,才用于峰值负荷发电。其理由,一是对峰值负荷的控制比较困难,再就是容器的结垢和腐蚀问题,一旦容器和涡轮机内的液体不满和让空气进入,就会出现结垢和腐蚀问题。

地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房,已有悠久的历史。至今,天然温泉与人工开采的地下热水,仍被人类广泛使用。据联合国统计,世界地热水的直接利用远远超过地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位,其次是日本。

地热水的直接用途非常广泛,主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅温泉疗养保健等。

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