中国地热发电综述刘尚贤 (四川电力试验研究院 610072)阳光玖 黄晓波(西藏羊八井电厂 851501)摘 要 中国地热发电事业经过几十年来的发展已取得了成功经验。

文章对地热发电事业的过去、现在、将来进行了回顾、总结、展望。

重点叙述西藏羊八井地热发电厂的发展过程。

关键词 地热发电 羊八井地热电站 综述Sur vey of G eothermal Power G enerat ion in ChineL iu Shangx ian (Sichuan T est and R esearch Institute of Eleclvical Pow er 610072)Y ang Guangj iu H uang X iaobo (T ibet yangbajin Geot hermal Pow er Station 851501)Key Words g eothermal power g ener at ion Y an bajing g eot hermal pow er station survey中国地热发电事业始于60年代,最早有广东丰顺建成50kW地热机组,后在70年代初,国家科委重视新能源的开发,组织了一些科技人员、大专院校出国考察国外地热发电技术,并下拨一笔经费给有关科研单位和院校开始了国内地热发电的研究和开发工作,地热发电事业在国内起步发展。

1 中国地热发电的过去1)中国地热发电事业从60年代末期至70年代,由于国家科委的支持,全国各地区均开发地热用于发电,并根据国外技术进行地热发电技术的研究。

广东丰顺建成50kW、500kW地热发电机组,其它有山东招远、辽宁熊岳、江西温场、湖南灰汤、广西象州、北京怀来。

这些地热试验电站由于地热水参数低,热水流量小,电站容量小,在50~ 100kW左右。

进汽参数低,一般为0 049 5MPa左右,大部分均采用一次扩容发电,仅有的江西温汤采用双工质循环,后运行中发生了工质爆炸事故。

在地热发电的技术方面,各有关部门对两次扩容,中间工质(双工质)循环,全流发电等方式进行了研究,从实践看两次扩容发电方式较适合国内情况和国内的技术状况。

当时在1977年7月1日西藏羊八井国内容量最大,参数最高的第一台1000kW试验地热发电机组发电。

1983年又建成了自行设计制造的两次扩容3000 kW的地热机组。

2)西藏羊八井地热电厂始建于1977年,目前该厂总装机容量为25180kW,两个分厂: 厂NO.1机1000kW试验机组,为1975年国家下达任务着手西藏羊八井地热发电技术研究、改造机组、进行摸拟试验、安装调试,于1997年7月1日发电,成为中国第一台参数最高、容量最大、安装于世界屋脊的地热机组。

从1982年起又建成国内自行设计制造的容量均为3000kW两次扩容的N3、N2、N4地热机组,当时四台机最高出力可达10600kW。

厂N1机为1986年由美国HEC公司成套设备,汽轮发电机组由日本富氏公司生产,辅机由美国各公司配套的容量为3180kW,两极扩容地热机组,后又相继安装了N2、N3、N4、N5国内自行设计制造的容量均为3000kW两次扩容的机组,至此羊八井地热电厂总装机容量达25180 kW,因此,西藏羊八井地热电厂的规模、技术水平,可作为中国地热发电事业的代表。

两厂80年代建成后生产井产汽量很大,参数很高,一般井口地热水压力可达0 5~ 0 6M Pa,温度150~160∃左右,经十多年运行,参数不断下降,出力逐年减少。

为使热田衰减缓慢和地面沉降小,保持压力场稳定,国家曾投资进行热田监测,以便对热田出现的衰减、沉降等问题经常收集数据、资料,采取相应措施。

对于热田衰减和污染,国家曾投资进行过两次大的回灌试验。

80年代对国内地热发电事业一些单位和部门科技人员具有浓厚的兴趣,其中主要原因是对于采用新能源的几种发电方式如燃料电池、超导体、流体等世界上经长时间研究也仅限于试验阶段,其商业价值还是当前试验技术所不能解决的;太阳能,风力发电虽有一定成就,造价太高,容量太小。

而当时国外已出现50~100MW地热发电机组,国内也有不少地热显水区,加之国家的支持,激发了一些部门和研究人员的极大兴趣。

对地热发电的特殊性,以及发电中出现的问题如何解决,解决这些问题所碰到的困难,影响了地热发电方向,虽全国遍地开花,但未有大的规模和成果,而且耗用了许多资金,当然从另一个角度上讲,对这一发电方式实践,开始从理性认识发展到来自实践的感性认识阶段可能出现一些偏差,走一些弯路,从难题中才知道解决这一问题的特殊性,从而走上正轨。

1983年的全国地热工作会议明确了地热发展的方向和途径:作为缺乏能源的西藏,羊八井地热电站应作为重点发展对象,而其它内地地热电站仅作为某一种发电形式的试验电站而保留,作为发电不是主要目的。

因此在这一方针的指导下力量才集中于羊八井,获得了国家大力支持,解决了大量资金,形成25180 kW的规模。

双工质循环、全流发电等方式在国外均少采用,或因技术难度高未用于商业运行,而当时国内条件不成熟,没有更多的消耗国家的资金。

对于当时情况西藏地热发电有待于发展和技术进步,因西藏缺乏能源,解决边疆用电对发展少数民族地区经济,改善人民生活,巩固边防,加强民族团结将会起到极大作用。

其它双工质循环,全流发电明显不能为商业应用,反而投入大量资金是当时条件不能允许的。

3)80年代西藏阿里地区建成了1台地热发电机组,单机容量为1000kW,为国内设计生产的两级扩容机组。

4)80年代末期至90年代初期,在西藏的那曲地区又安装了1台1000kW双工质循环地热机组,为进口以色列机组。

阿里地区地热机组因选择厂址的位置不当,加之地热生产井井口参数仅0 1M Pa左右,井口结垢等问题,只能间断运行,曾组织过几批技术力量并耗用了一些资金,由于根本问题未解决,长期稳定发电问题始终未予实现。

那曲地区双工质循环地热电站由于技术问题较多,运行和检修均难适应,加之西藏地区技术较内地有一定距离,而较国外差距就更大,双工质循环地热发电机组目前在国内采用,从资金上,发电容量、技术和安全方面均是不成熟的。

2 目前中国地热发电的现状由于国内技术现状,国家经济基础和投资于电力建设的资金分配,加之受地域影响,国家阶段性计划,目前还继续发电运行的仅为西藏羊八井地热电厂。

西藏拉萨地区在1997年羊湖水电厂又投入4台22500kW 水力发电机组,拉萨地区水电,地热机组总装机容量已达158980kW,羊八井地热电厂的装机容量占地区总容量的比例已由80年代的60%降为15 8%;经过20多年发电,热田水位下降、热储容量减少,参数降低,地热水流量减少,腐蚀、结垢问题又未彻底解决。

目前井口最高参数仅0 25~0 3M Pa,温度为125~130∃,一般井口在0 07~ 0 08MPa,地热母管压力在0 13M Pa左右,地热机组进气压力低于0 09M Pa以下,过去国家两次投资的回灌工程尚未明显见效。

目前一厂3台机组运行(N1机退役未用),投入五口生产井最高出力仅能发5500kW左右(夏天)或6400kW(冬天);厂五台机组并列运行投入八口生产井最高出力仅能发电9500~11000kW。

投入十几年来将现存在的生产井大体上分成两组即参数相近似的分别通过两条管线送入扩容器,维持正常发电,否则出现参数高的井向参数低的井流动而影响出力。

在1997年钻出4001号参数有1 3~ 1 5M Pa,温度265∃,可以长期喷放,估计发电容量为10000kW左右;4002号井开始喷压力可达2 0MPa,40分钟压力降低。

此井可能是地热通道较狭小,影响流量或缝隙堵塞现象,待进一步采取措施后方可使用。

两井深度大约1700~3000m左右。

若用于发电其容量估计可超过20000kW。

但由于目前羊湖电站发电,拉萨供电形势基本得已缓解。

地热发展的速度相对放慢。

现厂在7~10月有冰山雪融水其流量较大,建设了250m3水池,利用高差流入冷却水池,仅1997~1999年五台机增加发电量1500kW,还可扩建为1000m3的储水池,延长用水时间,增加发电量。

20多年地热发电的实践认为:羊八井地热发电目前存在较多的问题,这些问题也是国外地热发电厂存在的问题,是中国现阶段技术、国情下存在的普遍问题,羊八井地热电厂20多年的不懈努力对有些问题着手解决,取得了一定成效,也是中国地热电站现在、将来值得借鉴的。

2 1 地热发电机组参数的选择羊八井两分厂的发电证实N1地热试验机组进汽参数为0 4155MPa(4 24kg/ cm2),145∃,当时井口压力低不能发满出力(1984年随着生产井的增加母管压力、温度的增高该机组曾满发半年多时间)。

而经20多年运行后地热参数大幅度下降,该机不能运行。

对于地热机组进汽参数选为0 15~0 16MPa,125~130∃左右为适,排汽参数为0 01MPa。

适应热田衰减长期满出力发电为最佳。

2 2 发电方式的选择对于目前技术状况选用扩容发电,从经济性讲两级扩容亦可,国外地热发电也较普遍为两级扩容最佳,其它双工质循环,全流发电在70~80年代国内一些高校耗用了大量资金,还进口过双工质发电机组均未见成效。

而采用两极扩容,很好运行井口扩容蒸汽,选用好的扩容器,提高扩容效果,减少两级扩容器排水量,保证汽机真空,其热利用率可达6 %,也和国外经济性相当。

(随着地热参数的降低,扩容器的设计相应在原基础上进行改造,否则蒸汽干度达不到要求。

)2 3 机组容量的选择由于地热井分布不能太密集,应在150 ~200m以上,否则影响周围生井产汽量,热网管太长、压损大,每口热井的变化规律不一致。

机组单机容量应选在3000~6000 kW,对于较深,达3000m以上的井投入后,单机容量也不能超过12000kW,国外虽50 MPa单机电站也有,但井更深,产汽量更大。

每厂的机组不宜太多,应在3~4台左右为宜,以便适应长期运行、热网和生产井的匹配、经济调度。

2 4 对于腐蚀问题的探讨地热汽(水)中含硫和其它腐蚀物质,长期运行中对于不锈钢叶片的腐蚀不大,而对于汽缸通流部分普通钢材腐蚀较严重,在造价允许的情况下对本体通流部分及辅机尽量采用不锈钢材料;射水、进水、回水泵泵壳也采用不锈钢,水抽等亦采用不锈钢。

对于汽、水管道压力不高者,排汽系统二次循环冷却塔材料,冷凝器筒体及淋水盘可以采用玻璃钢材料。

经20多年运行,目前采用玻璃钢材料效果很好,总体看比钢材成本低。

从总体造价分析就是井管、井口至厂房进水,水、汽管、井口装置采用不锈钢也是合理的、经济的。

野外汽水管道应严格保温装置,表面采用铝皮包装,既保温又美观。

2 5 对结垢问题的探讨地热电站结垢主要为井闪蒸面以上井管、井口、扩容品、汽机通流部分叶片、隔板及其它部件,特别是井管和井口结垢严重影响生产,减少机组出力,20多年来进行了多种方案探讨,有一定的经验和教训。