地热发电技术的现状与前景综述

(河北地质大学 河北 石家庄 050000)

一、地热资源与地热发电

(一)地热资源概述。地热资源是能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能，地热流体及其有用组分[1]。目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开发利用的浅层地热能，通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。

中国地热资源分布具有明显的规律性和地带性。水热型地热资源主要分布于中国的东部地区、东南沿海、川西和滇西等地区[2]。其中，高温地热资源主要分布于藏南、滇西等地区，其余地区为中低温地热资源。浅层地热能指地球浅表层数百米内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能，其能量来源于太阳辐射和地球梯度增温，主要采用热泵系统进行开发利用，是一种可再生能源，与水热型地热资源相比，浅层地热能分布广泛，在目前经济技术条件下，广大寒冷地区、夏热冬冷、夏热冬暖地区均可开发利用。

(二)地热发电。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[3]。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(闪蒸法)发电法、中间介质(双循环式)发电法和全流循环式发电法。

二、地热发电的发展

(一)地热发电的历史。地热发电至今已有近百年的历史了，新西兰、菲律宾、美国、日本等国都先后投入到地热发电的大潮中，其中美国地热发电的装机容量居世界首位。在美国，大部分的地热发电机组都集中在盖瑟斯地热电站。盖瑟斯地热电站位于加利福尼亚州旧金山以北约20公里的索诺马地区。1920年在该地区发现温泉群、喷气孔等热显示，1958年投入多个地热井和多台汽轮发电机组，至1985年电站装机容量已达到1361兆瓦。

20世纪70年代初，我国在江西、广东等地开发中低温地热能,建设了一批地热示范电站。1977年，我国开始开发中高温地热能，并在西藏羊八井建设了第一个中高温地热发电示范电站[4]。喜马拉雅山地带高温地热有255处5800MW。

(二)地热发电的现状。数据统计分析表明，地热能的利用系数是目前已知所有可再生能源中最高的。联合国世界能源评估报告(WEA)数据显示：风力发电、光伏发电年运行时间约2500 h，而地热发电年运行时间能达到近8000 h，是风力发电、光伏发电年运行时间的3～4倍；风力发电机组年利用系数为21%，光伏发电机组年利用系数为14%，而地热发电机组年利用系数可以高达85%～95%，其利用系数是风力发电的3.4倍、太阳能发电的5.1倍[5]。

迄今运行的地热电站有5处共27.78MW，中国尚有大量高低温地热，尤其是西部地热急待开发。但截至2016年底，我国地热发电累计装机容量仅为27 MW，位居全球第18位，发展缓慢。近年来地热发电逐渐得到重视，如西藏羊易地热发电一期机组已安装完毕，发电工作稳步推进；云南“瑞丽100 MW地热发电项目”一期4 MW发电机组的第一台1 MW发电设备在云南省德宏州瑞丽市进行了首次地热发电试验，并网成功；西藏古堆地热发电工作正在积极开展等。相信在不久的将来，我国地热发电将取得新的突破[6]。

我国地热发电产业将实施“三步走”发展战略，即近期以中高温地热发电为主、中低温地热发电为辅；中期中高温与中低温地热发电并存；远期干热岩发电商业运行，地热发电在全国大范围推广。

目前，全世界有120多个国家在开发利用地热资源，其中比较典型的有美国、日本、新西兰、菲律宾、印尼等，年利用能量折合365×104t石油当量，并以12%的速度递增。全球地热能的潜在资源，约相当于现在全球能源消耗总量的45×104倍，地下热能的总量约为煤全部燃烧所放出热量的1.7×108倍。世界能源专家预计，到 2100 年地热资源的利用将占世界能源总量的30%～80%。因此，地热资源的开发与应用将具有十分广阔的前景。

三、地热发电的前景展望

(一)地热发电的前景。近年来，国家大力发展可再生能源的政策为中国地热产业的发展迎来了重大机遇，地热资源开发利用的第二个春天到来。但是必须看到，当前中国地热资源开发利用既有优势和机遇，也有劣势和挑战。

优势主要包括：地热资源丰富，开发潜力巨大；经济持续增长，国家节能减排和应对气候变化的需要，地热市场需求巨大[7]；地热能热源稳定，能源利用系数最高，平均为73%，是太阳能的5.4倍，风能的3.6倍，而且CO2减排效果显著，地热是一种现实并具有竞争力的可再生能源。

劣势主要包括：全国地热勘查程度较低，探明的地热储量规模小、品质差，特别是已探明大型高温地热田少，不足以支撑地热发电等规模化开发利用等直接利用为主，地热发电比重偏低；核心技术体系有待进一步完善，砂岩经济回灌、中低温地热发电等技术有待突破；环保意识淡薄，地热尾水大部分直接排放，造成环境污染；与太阳能、风能等其他清洁能源相比，对地热的政策支持力度还有很大差距；地热资源管理缺位，在国家层面，还没有正式制订出台有针对性的地热开发法律法规和行业发展规划；还没有开展干热岩开发利用相关研究。

(二)地热发电的建议。地热能是一种可再生能源，对于地热发电项目，相关部门需按照可再生能源电价的相关要求，对地热发电上网电价给予补贴。对于地热能供暖制冷的项目，运行电价参照居民用电价格执行；实行分档计量的，按最低档价格计费。

地热发电要取得跨越式发展，有以下几点意见供参考：

(1)研发低温低成本地热发电技术，目前我国深层地热水温度多数达不到经济发电的要求，需要研发低温条件下具备经济效益的发电技术；

(2)突破高温热岩发电关键技术，高温热岩储藏着巨大的热能，应加大技术创新，提取高温热岩内部的能量进行利用；

(3)进行多产业能源的综合利用，不同温度的地热能应用范围不同，因此应结合多产业对其的不同要求设计出合理的梯级综合利用流程，以达到能量利用最大化。