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國內外地熱資源發電技術發展現狀

更新時間：2020-11-21　點擊量：1142

　地熱資源是指在當前技術經濟和地質環境條件下，地殼內能夠科學、合理地開發出來的巖石中的熱能量和地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分。地熱資源因儲量大、分布廣、清潔環保、穩定性好、利用系數高等特點，成為具有競爭力的新能源。地熱資源因其穩定可靠、成本低廉、清潔環保等優點逐漸被各國所認識，開發熱度逐年增加。地熱資源的利用方式主要有地熱發電和地熱直接使用。

　　伴隨著化石能源和電力成本的波動，不斷上升的能源價格影響了人們的日常生活，*都迫切需要開發新能源來穩定不斷緊張的能源形勢，地熱資源提供了一個非常優異的選擇。不同于煤炭及天然氣，地熱發電沒有任何隱藏的費用，例如土地退化、排放污染等，也不會對周圍區域動物和植物的生存環境造成破壞，更不會對人類健康產生不良影響。此外，由于地熱能源是地區性自產的，其能夠有效地緩解對于國外能源的依賴，符合國家能源安全政策。據2010年世界地熱大會統計，*共有78個國家正在開發利用地熱能技術，27個國家利用地熱發電，總裝機容量為10715MW，年發電67246GW·h，平均利用系數72%，美洲和亞洲分別占世界地熱發電總裝機容量的39.9%和35.1%。地熱資源的直接利用發展很快，*78個國家地熱能直接利用的設備總容量為48483MW，年利用熱能117778GW·h，平均利用系數28%。

　　1地熱發電的發展

　　現在世界地熱發電已經取得了較大規模的發展，2010年各國地熱發電廠正在運行主要有24個，電力裝機容量達到10715MW，年產生的電量達到67246GW·h，其中27%采用干蒸汽地熱發電，41%采用單工質閃蒸方式，20%采用雙工質閃蒸方式，1%采用背壓式汽輪機，11%采用ORC/聯合循環/混合方式。其中美國裝機容量大（3093MW），然后是菲律賓、印度尼西亞、墨西哥、意大利。

　　我國從20世紀70年代開始，除西藏自治區以外，先后在廣東鄧屋、湖南灰湯、河北后郝窯、江西宜春、廣西象州、山東招遠、遼寧熊岳等地建立了地熱試驗機組，目前地熱發電總裝機容量為29.17MW，規模大的是西藏羊八井地熱電站，裝機容量為25.18MW。但是，自1992到2001的10年中，幾乎沒有增加1個千瓦裝機，西藏那曲1MW機組雖在1993年建成，但屬開發計劃署的無償援助。相反很多發展中國家諸如菲律賓、印度尼西亞、哥斯達黎加等國近10年地熱發電發展很快，裝機容量已經大大地超過了我國，中國地熱發電停滯不前，主要原因有一下幾個方面。

　　(1)地熱資源熱源差異：目前在我國尚未勘探到與淺成年輕的酸性侵人體有關的地熱系統。相反世界各國進行商業性地熱發電的熱源，幾乎均與淺成年輕酸性侵人體有關，而且均屬具有高孔隙率、高滲透率的地質環境中的水熱系統。時至今日，我國大陸已探明的高溫地熱田中，均不屬于這類地熱系統。

　　(2)地熱資源地域分布局限性：地熱能大特點之一就是其出露位置受控于區域地質構造，資源分布具有地域性。我國大陸惟一的藏滇高溫地熱帶主要分布在藏南、川西和滇西，上述地區均屬地勢高、人煙稀少、經濟相對落后的偏遠高原及山區，這一地區同時也是我國水力資源富集區，相比之下當前的地熱電不但未能顯示出與水電相竟爭的優勢，反而逐步被以水電為主的大電網夜蓋。

　　(3)地熱資源勘探風險性：通過目前我國高溫地熱鉆井的揭示，高溫熱儲與地質構造密切相關。除羊八井淺層熱儲具有層狀分布特征外，西藏羊八井北區、羊易、獅泉河以及云南騰沖、洱源等地的鉆井資料顯示均為垂向熱儲(基巖裂隙或破碎帶)，這類熱儲的勘查難度大、風險高、成井率低。

　　(4)體制問題：地熱不同于其他新能源，在開發前期需要投人大量資金用于勘探。從1986年以后，國家取消了這項勘探投資，風險全部由開發單位承擔。與此同時，國家也未即時出臺以市場機制為基礎的激勵政策，缺少保障資金合理開發和有效利用的法規以及綜合規劃和相關部門間的協調機制。

　　2007年底的統計數據表明，我國地熱能利用總量居世界*，達12604.6MW，但是發電裝機容量僅為29.17MW。結合我國國家新能源發電的政策方向，大力開展利用地熱能發電是目前極有潛力的發展方向。

　　2地熱發電原理及技術

　　2.1地熱發電原理

　　地熱發電的過程就是把地下熱能首先轉變為機械能，然后再把機械能轉變為電能的過程，原理和火力發電的基本原理是一樣的。但地熱發電不像火力發電那樣需要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源是地熱能。根據可利用地熱資源的特點以及采用技術方案的不同，主要有干蒸汽發電技術、地下熱水發電技術、聯合循環發電技術、干熱巖地熱發電技術等。

　　2.2地熱發電技術

　　2.2.1干蒸汽發電技術

　　干蒸汽發電系統工藝簡單，技術成熟，安全可靠，是高溫地熱田發電的主要形式。目前以干蒸汽發電技術為主的電廠在印度尼西亞，裝機容量為6x3MW，采用青島汽輪機廠一生產的地熱發電機組。另外我國西藏羊八井電站的2號機機組就是采用干蒸汽發電技術，進汽壓力0.56MPa，進汽溫度160℃，機組功率3MW。干蒸汽發電技術主要分為背壓式汽輪機發電技術和凝汽式汽輪機發電技術。

　　背壓式汽輪機發電技術是把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經過分離器分離出所含的固體雜質，然后使蒸汽推動汽輪發電機組發電，排汽放空或者送熱給用戶。大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農業生產和生活用水。

　　凝汽式汽輪機發電技術為了提高地熱電站的機組輸出功率和發電效率，做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，冷卻后再排出。在該系統中，蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，所以能做出更多的功，該系統結構簡單，適用于高溫(160℃以上)地熱田的發電。2.2.2地下熱水發電技術閃蒸地熱發電是將地熱井口引來的地熱水，先送到閃蒸器中進行降壓閃蒸，使其產生部分蒸汽，再引到常規汽輪機做功發電。汽輪機排出的蒸汽在混合式凝汽器內冷凝成水，送往冷卻塔。分離器中剩下的含鹽水排入環境或打入地下，或引入作為第二級低壓閃蒸分離器中，分離出低壓蒸汽引入汽輪機的中部某一級膨脹做功。它又可以分為單級閃蒸法、兩級閃蒸法和全流法等。采用閃蒸法的地熱電站，熱水溫度低于100℃時，全熱力系統處于負壓狀態。這種電站設備簡單，易于制造，可以采用混合式熱交換器。缺點是設備尺寸大，容易腐蝕結垢，熱效率較低。由于是直接以地下熱水蒸汽為工質，因而對于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求。

　　中間介質法地熱發電是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點的工質，使之變為蒸汽，然后以此蒸汽推動氣輪機并帶動發電機發電。在這種發電系統中采用2種流體，一種是以地熱流體作熱源，它在蒸汽發生器中被冷卻后排入環境或打入地下；另一種是以低沸點工質流體作為工作介質（如氟里昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷等）。這種工質在蒸汽發生器內由于吸收了地熱水放出的熱量而汽化，產生的低沸點工質蒸汽送入汽輪機發電機組發電。做完功后的蒸汽，由汽輪機排出，并在冷凝器中冷凝成液體，然后經循環泵打回蒸汽發生器再循環工作。

　　美國曾于1970年在阿拉斯加州的荒林地區采用74℃的溫泉水進行發電。這一系統的優點是采用低沸點工質作為熱能載體，可以充分利用地熱水的熱能進行發電，使得地熱資源得到充分利用，但是增加了發電系統的復雜性，也增加了投資和運行成本，而且低沸點工質多數屬易燃易爆品，工質的儲存和安全使用也是發電過程中需要重點關注的內容。2.2.3聯合循環發電技術聯合循環地熱發電系統就是把蒸汽發電和地熱水發電2種系統合二為一，它大的優點就是適用于高于150℃的高溫地熱流體發電，經過一次發電后的流體，在不低于120℃的工況下，再進入雙工質發電系統，進行二次做功，充分利用了地熱流體的熱能，既提高了發電效率，又將經過一次發電后的排放尾水進行再利用，大大節約了資源。該機組目前已經在一些國家安裝運行，經濟效益和環境效益都很好。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

礦井總線分散式溫度測量系統方案

礦井分散式垂直測溫系統/地熱普查/地溫監測哪家好選鴻鷗

礦井測溫系統/礦建凍結法施工溫度監測系統/深井溫度場地溫監測系統

TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

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國內外地熱資源發電技術發展現狀

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