地熱發(fā)電

我國小型地熱發(fā)電現狀

  通過多年實踐,已經總結出一條經驗:中低溫地熱發(fā)電是不經濟的,特別是100℃以下地熱水發(fā)電日本在20世紀80年代曾建造過兩座1000kW的小型地熱試驗電站,用150℃的地熱流體發(fā)電。試驗結束后就停運拆除了,因為經濟性不好。我國在20世紀七八十年代,曾掀起一陣地熱水發(fā)電的熱潮,各地相互效仿,紛紛利用八九十度的地熱水建造地熱試驗電站。據統(tǒng)計,包括臺灣省在內的全國小型地熱電站共有12座。但是這些小型地熱電站由于各種原因,有的運行一段時間后停運了,有的僅試運轉若干小時就放棄了。目前,除利用高溫地熱資源發(fā)電的我國最大的西藏羊八井地熱電站外,其他多數利用100℃以下地熱水發(fā)電的小型地熱試驗電站,只有廣東豐順、湖南灰湯兩座還在運行,原因不外乎是技術上的和經濟上的問題,而后者是主要的。這里略述小型地熱發(fā)電,一方面是因為它涉及中低溫地熱資源,究竟它能否用于發(fā)電;另一方面也想闡明我國新能源發(fā)展方針中的“因地制宜”原則。它說明,論證某一地熱資源能否用來發(fā)電,不能簡單地只按某一溫度界限來判定,還必須加入因地制宜這一因素。
 
  廣東豐順鄧屋地熱電站是我國最早(1970年)建成的小型地熱發(fā)電機組,利用一級閃蒸系統(tǒng)發(fā)電,熱水溫度91℃,功率86kW。由于初次建造,運行后發(fā)現一些問題,也取得了經驗,于是又先后建造了一座300kW的一次閃蒸地熱發(fā)電機組和一座300kW的雙循環(huán)地熱發(fā)電機組。多年來,300kW的一次閃蒸發(fā)電機組一直在運行,為當地提供電力,是最成功的小型地熱發(fā)電站。該機組耗用91℃地熱水230-280t/h,三十多年來始終不減,說明該熱儲有良好的補給條件。當地電網需要這部分電力,機組年運行8000h以上,還能提供50人的就業(yè)機會,發(fā)電后的排水供當地家庭使用。這些都體現了因地制宜的發(fā)展原則。
 
  湖南寧鄉(xiāng)灰湯地熱電站是另一座目前尚存仍間斷運行的小型地熱電站。電站不能連續(xù)運行和滿發(fā)的原因不在電站本身,而在當地對地熱資源缺乏統(tǒng)一管理,造成單位之間相互爭水,相互干擾,致使熱田水源急劇下降,導致機組出力降低,有時甚至被迫停機。該電站鉆有生產井兩眼,井內最高溫度102 ℃,單井開采量3300m3/d。電站建設總投資按當年的價格為165.4萬元(含65萬元的資源勘探費),單價為2200元/kW。根據電站長期運行情況分析,認為這類幾百千瓦級的單級閃蒸地熱發(fā)電機組,如能保證年利用小時數超過6000h,其經濟性是完全可行的,而且還具備與小火電競爭的能力。
 
  江西宜春溫湯地熱試驗電站算得上是又一座因地制宜建造的地熱發(fā)電機組。它是這些小電站中功率最小的一座,只有50kW。地熱水溫也是最低的,只有67℃。盡管這座地熱發(fā)電試驗機組目前已經拆除,另建了溫泉療養(yǎng)院,但是它的因地制宜思路和所取得的經驗仍值得我們總結。溫湯距宜春市45km,是一個當時僅有500戶人家的山區(qū)小鎮(zhèn),但卻是公社所在地。該鎮(zhèn)無電,當時也沒有興建小水電或拉電網的計劃。但是卻有一個67℃熱水泉眼,供全村居民及中小學學生洗臉洗浴用。江西省地質水文地質大隊當時住在該村,作為江西省地熱開發(fā)的重點勘探區(qū),打了不少地熱勘探井。1971年,正值全國掀起地熱發(fā)電的“熱潮”,水文隊就邀天津大學教師在溫湯試建小型地熱電站為全村供電。由于水溫很低,發(fā)電功率很小,如果按一般條件是不可能建造的,因為熱水深井泵、冷卻水循環(huán)泵、工質泵等大量廠用電遠遠超出發(fā)電功率,電站不但無電可向外輸送,反而還要有外電源來供給廠用電。但是因地制宜的思路打開了成功建站的可能性。當時思考和分析有以下獨特的條件可以借助。
 
  ①電站站址在鎮(zhèn)內,處于山區(qū)的中下部,有可利用的地形條件。于是利用從高處下來的一條小河,在距電站約200m的地方,建了一個高1m多的攔河壩,并利用壩址與電站之間的4m落差,修了一根水泥管,將水從河里直接引至電站,這樣,利用地形取得的5m水頭足夠克服電站冷凝器的阻力40kW-50kW的冷水循環(huán)泵就可以取消。
 
  ②水文隊根據地熱地質勘探的經驗,已掌握從小河邊的一眼鉆孔灌入河水,就能借助地下深遠通道的U形管原理,使電站的生產井從不自流到自流,而且灌多少河水,就產出多少熱水,水頭可以從地面冒至電站廠房的屋頂(至少有5m),從而可以省去地熱井的深井泵,又可減少幾十千瓦的廠用電。
 
  ③這樣,利用氯乙為工質的溫湯雙循環(huán)地熱試驗電站唯一的廠用電只有一臺7kW的工質泵。電站按毛功率57kW設計,減去7kW廠用電,就有50kW的凈功率向外供電。同時還創(chuàng)造了一套無外電源可以自己啟動的辦法。這樣,只要將電站地熱水的閥門打開,熱水進入蒸發(fā)器加熱氯乙烷(12.5℃),氯乙烷蒸氣就可進入汽輪機,帶動發(fā)電機發(fā)出電力,前后不需要1 min的時間。在三個月的試運行期間,由于人手缺乏,只好白天停運體息,晚上運行供電。有時上海醫(yī)療隊來到公社醫(yī)院要給病人胸透,醫(yī)院的醫(yī)生就來電站打招呼,希望供 2h的電。電站就立即打開熱水閥門,電一會兒就送過去了。后來,當地有了小水電和小電網供電,這套地熱發(fā)電設備也就完成了歷史使命。電站當時的運行參數是地熱水90t/h,冷卻水300t/h,熱水進入溫度67℃,排出溫度57℃,利用了10℃溫差。凈功率為50kW。電站的57℃排水供給居民作為生活熱水。以后江西地質局在溫湯建造了大型溫泉療養(yǎng)院,地熱利用又進入一個新的階段。
 
  上述幾個實例說明,中低溫地熱水(特別是100℃以下地熱水)發(fā)電是不經濟的。但是作為特殊情況,例如邊遠山區(qū)缺電,又有地熱資源,也可以因地制宜地來籌建小型地熱發(fā)電機組。但是決策一定要進行充分的可行性論證。