主题：【科普】地热发电 -- 马鹿

最开始想写地热发电是看了萨苏家的太阳能发电, 又因为目前在做新能源的commercial side的咨询工作, 所以顿时有写的念头, 当然拖拖拉拉数周, 终于...

地球的地壳下面有熔化的岩石-岩浆. 热量就来自那里. 除了热源, 还有两个重要因素才能形成可以利用的地热.1)大量供应的可以渗透的裂缝水网, 2) 可以封住热流逃逸和冷的地下水的入侵的岩石盖. 热源也许是部分熔化的岩浆或者新近固化的但是仍然很热的岩浆.一般来说都是跟火山活动相连.

降水渗入地下遇到热的岩石变成了热水,这些热水聚集在一起形成了热水库. 最高温度可以达到370度. 最热的热水库在环太平洋的火圈上(fire of ring),比如在美国阿拉斯加,加州, 俄勒冈州.扩张中心(spreading centers),大陆裂谷区(continental rift zones), 和热区(hot spots)比如内华达州有数百的热区, 该州北部基本都是.

常见的地热发电有三种:

干蒸汽(Dry steam)电厂:直接使用地下的热源蒸汽(>235摄氏度)来推动汽轮机做功. 第一台地热电厂建于1904年, 在意大利的Tuscany Larderello. 原来的电厂二战时期被毁掉, 后重建扩建, 目前仍在使用中.

闪蒸汽(flash steam) 电厂: 这个方式适合150-300摄氏度的地下热源.

flash是指通过 production well从地下打上来的高压热水在传送到电厂的时候由于压力降低有30%-40% 变成蒸汽(water flash to steam).这些蒸汽进入分离器进行分离,分离出来的蒸汽送汽轮机做功, 分离剩下的水与做完功的尾气送冷凝器冷凝,冷凝器出口的冷凝水再通过injection well送回热源区由地热再加热, 这个过程是单闪single flash发电. 如果分离出来的高压蒸汽进去汽轮机的高压缸做功, 低压蒸汽进入低压缸做功, 这个方式是双闪double flash发电.

大多数地热电厂使用这个方式. 这样的闪蒸汽发电跟常规电厂差不多, 每三年大修一次.

二元binary电厂: (热源为100-150摄氏度, 最低可到74度)从名字上可以理解涉及了两种介质. 地热不是直接进入汽轮机做功, 而是去加热低气化点的碳氢化合物, 然后被加热了的碳氢化合物去吹动涡轮机做功, 从而带动发电机转动而发电. 二元发电适合热源的水温度不高的地方, 并且不需要三年一次的大修, 只是每年的routine检查. 平时也称呼这个二元发电为organic 有机发电. 可以说这个方式是无任何释放物质的.

有些电厂使用闪蒸气和二元联合发电来提高热能到电能的转换效率. 就是先分离蒸汽进行闪蒸气发电,剩下的水再和汽轮机的冷凝器出口的水一起进行二元发电.

地热发电有个指标是availability,就是电厂多少时间是可以发电. 一般这个指数>95%, 指95%时间available. 在开始发电的前几年应该是92%-95%, 然后稳定在至少95%. 顺便嘀咕几句电厂卖电给电网的合同除了是每度多少钱, 对电厂这项是发电收益generation revenue. 还有一项是电厂发电能不能达到额定装机容量的百分之多少,比如80%以上. 对电厂这项叫容量收益capacity revenue.

参考文献:

1. http://www.need.org/needpdf/infobook_activities/SecInfo/GeothermalS.pdf

2. http://geothermal.marin.org/

3. http://www.geo-energy.org/publications/reports/Geothermal%20Technology%20-%20Part%20II%20(Surface).pdf

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