探究“双碳”目标背景下我国地热发电现状及技术_郭世博.pdf

/探究“双碳”目标背景下我国地热发电现状及技术郭世博（河北省煤田地质局第二地质队（河北省干热岩研究中心）摘要：地热发电技术是现代新能源发展的重要内容，属于可再生清洁能源类型，我国地热发电技术发展起步相对较晚，地热发电装机容量规模也不够丰富。在“双碳”目标背景下，必须要通过可再生新能源的开发利用，来减少传统石油能源的消耗量，减少碳排放规模，推动我国“双碳”目标的按时实现。在此背景下我国地热发电技术的发展动力增强，需要结合现状实际，持续性对地热发电技术进行创新优化，来促进我国可再生清洁能源发展整体能效的提升。基于此，本文先概述“双碳”目标背景，然后分析“双碳”目标背景下我国地热发电现状以及技术应用情况。关键词：“双碳”目标；我国地热发电；现状；技术 引言“双碳”目标自 年 月提出，要求我国各个行业的发展需要对碳排放量进行控制和减少，共同协作努力，争取在 年之前达到碳排量的峰值，然后在 年之前实现碳中和的目标。这除了需要各个行业生产经营期间减少碳排量，还需要大力开发新型可再生能源研究与技术应用项目，使可再生能源来代替传统的不可再生能源，这对于“双碳”目标的实现有重要助力作用。我国地热发电技术作为可再生清洁能源，在“双碳”目标背景下，也必将成为新能源发展的主力军，也就需要对地热发电发展现状和技术应用进行明确，来为未来发展途径的寻找提供更多参考支撑，对其进行探究具有现实意义。“双碳”目标背景概述“双碳”目标要求我国在各项社会生产经营活动运行期间，全面贯彻节能环保理念，有效降低碳排放量，并会结合我国碳排放和能源开发利用的实际情况，针对性地制定更有利的政策，采取科学有效的措施，使我国二氧化碳的排放量在 年之前达到峰值水平，然后致力于在 年之前完成“碳中和”的目标。也就是说在“双碳”目标的背景下，社会各界发展都需要全面对碳排放量进行控制，尽最大可能和努力减少碳排放量值，并且要减少传统化石能源的使用量，大力开发新型可再生的能源来进行代替，这对于人类生存环境的保护和改善有重要意义。地热资源是我国新型可再生能源，能源丰富，分布在我国各个地区，具有清洁性能，完全符合我国新能源、环保、绿色发展的要求，而且地热资源的开发运行也具有稳定性，能够代替传统化石能源。就目前而言，我国地热资源丰富，在能源利用方面我国位于国际第一的状态，而地热发电方面的发展与其他地热资源丰富的国家相比，还有明显的发电容量差距。在“双碳”目标背景下，国家关于新能源发电项目的开发运营制定了更多的扶持政策，会给予项目开发相应的补贴资金，地热发电行业的发展动力会进一步增强，也会成为我国新能源发电行业发展的核心结构，推动我国新能源发电发展和“双碳”目标实现。“双碳”目标背景下我国地热发电现状.我国地热发电原理和技术类型现代国际对于新能源发展的开发研究力度都非常大，更多的国家在地热发电行业领域取得了显著的成绩。而地热发电的原理简单地说，就是将地热资源的能量进行转换，形成机械能状态，然后再利用技术手段将其转换成电能，实际上地热发电技术运行原理与火力发电技术在原理方面有较高的相似性。地热发电技术的类型主要有蒸汽扩容发电、双工质循环发电、干蒸汽直接发电以及全流发电。其中干蒸汽直接发电技术在我国当下的地热发电行业当中还没有涉及，这主要是因为该技术是在大于 高温地热田当中应用的，在干蒸汽发电期间，对于蒸汽的温度要求非常高，而且埋藏的深度值也非常大，我国蒸汽地热资源电气技术与经济 技术与应用/非常稀少，开采非常困难，因而在我国这种地热发电项目还暂未开发。剩余集中地热发电技术在我国地热发电项目开发当中均有涉猎应用。.我国高温地热资源发电项目开发在我国，高温地热资源大部分是在藏滇地热带区域，高温地热发电项目的运行效率和稳定性都具有明显的优势，而且我国高温地热资源丰富，使得我国地热发电项目生产运营大部分产业都建设在西南区域，尤其是西藏地区的高温地热发电项目更为集中。在西藏地区的郎久、羊易、羊八井等地区，地热发电站项目开发力度较大，并且已经形成相对完善的商业性电力项目。西藏地区的地热资源开发项目发展从 世纪 年代就开始，经过多年持续不懈的发展，西藏地热能发电项目发展水平成为我国第一，西藏地热资源发电潜力较大，而且在西藏羊八井地区，已经开发出第一个湿蒸汽型高温地热田。我国对西藏地热能发电产业的发展高度关注，西藏地热资源开发对于我国未来地热发电行业发展起到引领作用，在电站机组建设和技术开发方面也从未停止脚步。高温地热资源虽然大部分集中在西藏，但是在我国其他地区也有高温地热资源分布，年山西大同天镇县开发出来温度能够达到 高温水热型资源，在资源发现的同时就积极开展能源开发和发电机组的建设活动，在 年就已经完成模块式双工质地热发电机组的建设，并投入运行。但我国高温地热资源含量并不丰富，在其他区域分布非常有限。.中低温地热资源发电现状从整体来看我国地热资源在发电领域当中的应用发展，可以发现中低温水热性热地形资源更加丰富，能够占据我国整体地热资源的 之多。在中低温地热资源当中，温度大于 的资源具备发电项目开发的潜能，在未来电热能源发电项目开发当中，中温地热资源的开发应用力度可以重点加强。目前，我国在广东、河北等区域逐渐将地热发电项目开发建设目标投向中低温地热资源，并已经建立多个小型的中低温地热发电站项目，开展试验运营，单机容量的范围为 ，试验运行有成功也有失败，广东丰顺建设的 发电机组仍保持着间断性的运行。我国中低温地热资源发电项目的开发处于比较分散的状态，在多个地区局部有中低温地热资源发电项目的机组建设，分散在华北、云南、河北等地区，项目发电机组的建设规模也并未统一，发电机组的设备和运行模式也都存在差异性。.地热发电装备制造发展现状我国的地热发电装备在蒸汽扩容发电、全流发电领域的设备技术水平优良，装备制造成本控制也比较容易，在双工质循环发电装备方面的制造和技术发展水平也有显著的成绩，只是与上述两种装备技术发展水平相比，在水平方面还有一定的差距。地热发电与火力发电原理方面高度相似，一些大型汽轮机厂借助自身火力发电装备生产开发的经验，逐渐将业务扩展到地热发电装备制造领域，我国多个地区的地热发电装备的开发企业在研发方面的力度都非常强，并且一些新能源公司通过专利技术转让的方式，将国外相关的先进技术进行引进。我国在地热发电装备制造技术研发方面的脚步在持续前进，不断进行技术创新和突破，这对于我国地热发电项目开发和产业构建发展有显著支撑作用。“双碳”目标背景下我国地热发电技术应用.地热蒸汽扩容发电技术应用地热蒸汽扩容发电技术的应用，主要是针对地下的湿蒸汽资源进行开发，构建一个循环发电运行模式结构。需要先将进入汽轮机的地热蒸汽资源利用闪蒸技术对做功的蒸汽进行获取。发电技术循环系统从生产井结构开始，生产井直接与除沙装置和汽水分离器装置进行关联运行，生产井负责将地热汽水进行引出，地热汽水是处于两相流的状态，经过除沙装置之后直接进入汽水分离器，资源形态会分离成蒸汽和热水两种形态，并且都处于饱和状态。饱和蒸汽会经过扩容器直接被送到蒸汽轮机当中，然后与发电机组进行关联，作为发电的能源支持。汽机乏汽会进入凝汽器装置当中进行冷凝处理，利用热井泵装置将其传输到冷却塔，待冷却完成之后地热水直接成为冷却水，在扩容器当中分离出的热水会直接经过回灌管线直接进入回灌井当中。在冷却塔装置区域会设置冷却回灌管线和回灌泵装置，冷却水可以经过这两个装置进入到回灌井当中。地热蒸汽扩容发电在高温地热资源丰富的地区广泛应用，目前我国地热发电站产业当中，西藏和云南地区的高温地热资源发电项目区域这一技术的应用比较广泛。.有机工质循环地热发电技术应用有机工质循环地热发电技术当中，应用最为广泛的类型为有机朗肯循环发电技术，这种技术应用，是对传统朗肯循环技术的改造，是将原本的水推动涡轮机做功模式，转换成有机工质推动涡轮机做功。工质泵装置具有增压功效，能够让低压液态有机工质实现增压后进入预热器和蒸发器装置，来对其中的能量进行吸收和转换处理，形成高温高压蒸汽资源，蒸汽就电气技术与经济 技术与应用 /能够有效推动涡轮机做功，实现为发电机组提供能量支持。在涡轮机装置出口的位置，连接着冷凝器装置，低压蒸汽从出口进入冷凝器，低温热源的热量逐渐散去，冷凝后转换为液态模式，经过回灌泵结构能够直接回灌到井中。我国高温地热资源的占比非常有限，更多的是中温和低温的地热资源，中、低温地热资源的最高温度为 ，即地热资源的温度基本都是小于 的，对于中低温地热资源发电项目开发，应用蒸汽汽轮机技术的发电效率水平偏低。应用有机工质朗肯循环技术能够大幅度提升地热资源循环运行发电的效率，而且在中、低温的地热资源范围比较适用，通常低温地热资源的温度均在 以下，我国在低温地热发电领域也在积极研究开发，低温地热发电项目的最低温度值为 ，但是温度过低会严重影响发电效率，在低温地热发电技术方面的研发，至今还没有更好的突破。中温地热资源的温度范围值是在 之间，更适宜我国地热发电项目的开发运行，开发建设成本能够良好地控制，发电效益也比较优良，我国羊易地热发电站应用的就是有机工质朗肯循环技术。.地热全流发电技术应用地热全流发电技术的运行应用，不需要将地热资源流体进行分离处理，而是可以直接将地热汽水全部直接引导到膨胀机装备当中，然后实现能量转换和做功发电。该技术应用的核心装置技术为螺杆膨胀动力机，在装备当中有阴阳螺杆槽结构，能够让热流体的体积快速膨胀起来，膨胀产生的能量就会推动阴阳螺杆以相反的方向进行旋转，这样热能就会转换成机械能，从而为发电机组运行提供能量做功支持。螺杆膨胀动力机组的组成非常简单，技术原理运行也比较便捷，在处理地热资源方面也没有特殊的要求，各种地热蒸汽的状态均能够作为螺杆机动力驱动能源，并且无论热源参数的波动性如何，均能够持续保持稳定的状态运行，螺杆装备转动的速率较低，磨损速率也就比较缓慢，设备装置运行可靠性得以增强。虽然地热全流发电技术应用有很多优势，但是螺杆膨胀动力机结构运行的单机发电容量扩大的空间难以开拓，发电效率方面无法获得更大提升，使得地热全流发电技术能够适用的范围具有局限性，在地热发电容量小的范畴能够得到广泛的应用，在我国高温地热发电项目领域当中值得推广应用。.地热联合发电技术应用所谓的联合发电技术，就是指将我国现行应用的各个地热发电技术，进行有机的融合应用，联合发电技术应用能够合理将多种发电技术的优势进行综合发挥，能够让技术之间相互弥补自身的不足，促进发电技术运行效率的提升，也有效提高地热资源发电期间的利用充分性。但是在实际地热发电技术交叉融合应用期间，两种技术交叉运行方案还需要根据具体情况具体探究，这是一项复杂且系统的工作，运维成本也会对应提高。目前，我国地热发电项目还未在地热联合发电技术领域有所开拓。结束语在“双碳”目标背景下，我国地热发电项目开发得到了更多政策的支持，未来发展空间充足，因而我国地热发电行业需要借助“双碳”目标发展的支持动力，积极开展地热发电的创新发展。在寻找我国地热发电未来创新发展途径期间，对我国当下的地热发电发展情况和技术类型、技术应用范围等进行了解非常必要，通过对地热发电发展和技术应用现状进行深入分析，为地热发电未来发展路线规划提供可靠参考，促进地热发电发展能效的发挥。参考文献 廖志杰.中国低碳地热发电的回顾与展望 自然杂志，（）：-.罗佐县.双碳目标催生热词 中国石油石化，（）：.敬民.地热能否烧开“双碳”目标 中国石油石化，（）：-.王永真，韩恺，赵军，等.地热发电在新型电力系统中的定位及参与模式 华电技术，（）：-.张加蓉，高嵩，朱桥，等.“双碳”目标背景下我国地热发电现状及技术 电气技术与经济，（）：-.贾艳雨，常青，王俞文，等.我国地热能开发利用现状及双碳背景下的发展趋势 石油石化绿色低碳，（）：-.付亚荣，宋贾利，钱洪霞，等.“容和一号”带给油气田“双碳”发展的思考 石油石化节能，（）：-，.（收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 7）电气技术与经济 技术与应用