摘要：本文结合实际工程，依据地质资料，提出了两种地热发电技术路线并进行了对比分析，从地热水温度适应性、地热电站汽轮机投运业绩、项目初投资三个方面认为2x3MW地热井口电站适合于本项目。
关键词：地热电站，有机朗肯循环，地热水闪蒸
1前言
地热能量是一种可供选择的开发利用的新能源。它在某些方面具备太阳能、风能等所不具备的特点，比如资源的多功能性，不受白昼和季节变化限制以及可直接利用等。与常规能源煤、石油和天然气等相比，它又是一种较为廉价的清洁能源。所以当前它在新能源和可再生能源开发行列中，具有一定的竞争力，而且有广阔的发展空间。地热能做为一种清洁能源，在地热资源丰富的国家如印尼、冰岛、菲律宾、日本、美国等国家被广泛用于发电。
2技术路线
2.1技术路线一：双工质循环发电
180℃~200℃地热水从生产井吸出后经除砂后至蒸发器，在这个过程中，从生产井出来的压力要足够高，便于长距离输送，无需将不可凝气体析出。经过蒸发器及预热器后返回回灌井，从此完成地热水的闭式循环。
ORC循环介质在热交换器中吸收热量达到饱和状态，进入18.5MW汽轮发电机做功，做功后的乏气进入冷却塔，冷却至液态后，被冷却泵打至预热器，预热到气态温度后再次进入蒸发器加热至饱和温度，至此完成ORC循环介质的闭式循环。
2）循环水系统
本工程冷却水系统采用机力通风间接空冷系统，其系统流程是：冷却水进入冷却器的水侧通过表面换热，受热后的循环水由循环水泵送至间冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，循环水被空气冷却后再返回冷却器，构成了密闭循环。
电厂每台机组设置2×100%辅机循环水泵，一台运行，一台备用。该泵用于维持冷却水系统的冷却水循环。循环水泵布置在汽机房零米层。
3）主厂房布置
汽机房采用敞开、半敞开式厂房，并采用钢筋混凝土柱、钢柱承重的框架和排架结构，以起到良好的减爆效果。
总控制室与汽机房分开，单独建造。控制设备应布置在机组附近的就地控制室内。
总占地185mx50m。
4）双工质循环发电系统适应性分析
根据参考文献，单级中间介质法系统简单，投资少，但效率低，比双级低20%左右，对蒸发器及整个管路系统严密性要求较高（不能发生较大的泄露），还要经常补充少量中间介质。一旦发生泄露对人体及环境将产生危害和污染。适用于中低温（50~100℃）地热田发电。
5）有机工质选择
由于ORC发电循环采用低沸点循环工质，与水蒸汽相比，要求在较低的温度下具有较低的沸点和较高的蒸汽压力，因此工质的选择必须综合考虑热源温度和工质的热物理性而决定。现有ORC地热电站通常使用低沸点碳氢化物（如正丁烷、异丁烷、异戊烷），或使用其他一些制冷剂或碳氢化合物的混合物作为系统工质。
因此需要根据地热温度资源，分析不同地热流体温度下有机工质R290，R134a，R600a，R600，R601a的做功能力，结合有机工质自身的热稳定性和系统技术经济性，从而确定最佳循环介质。若利用的地热资源低于下限温度，会使热交换器的面积太大，系统经济性较差。
2.2技术路线二：地热水闪蒸发电
2.2.1方案介绍
1）热力系统
单级闪蒸凝汽式发电系统则是目前选用最多的地热电站系统，技术成熟、可靠，发电效率高，机组容量多样。工艺流程是地热井口引来的地热水或汽水混合物,先送到闪蒸器中进行降压闪蒸使其产生部分蒸汽(或经汽水分离器将蒸汽分离出来，提高蒸汽干度)，再引到常规汽轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水，送往冷却塔冷却，分离器中剩下的含盐水排入环境中或打入地下。在世界范围内地热用凝汽式汽轮机发电机组主要的供货方为日本的东芝、三菱、富士电机、川崎和美国的GE，产品已形成系列化，均能生产几万千瓦等级的汽轮机，最大可达135MW，可以适用于不同地热资源开发。
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2）循环水系统
蒸汽在汽轮机内做功后排入混合冷凝器。冷却水依靠冷凝器内真空与室外循环水池大气形成的压差和位差进入冷凝器，经喷嘴形成多层水膜与蒸汽热交换混合成热水汇入冷凝器下部水井，利用冷凝器内工作温度信号控制调节进水量。
冷却设施设计选用玻璃钢机械通风冷却塔。
3）主厂房布置
每两台机组固定端设置电控楼，每两台机组共用一个集中控制室。集中控制室面积约为35㎡，净空高度约为3.6m。电控楼0.0米层设置电气电子设备间、热控设备间、集中控制室、蓄电池室、厂用变压器和主变压器。
总站地57mx30m。
4）闪蒸发电机组容量
我国20世纪70～90年代建设的地热电站，缘于当时的建设方式和投资体制，生产井为国家投资建设，地热电站建设和运营方不需对生产井投资，因此原则上地热流体温度在90℃～120℃之间推荐采用双工质循环发电。根据工程概况中热源温度介于180-220℃之间，则也可考虑采用闪蒸地热汽轮机发电。根据地热田的开发情况，地热电站可分期建设。
经调研，目前国内汽轮机厂提供闪蒸配套汽轮机最大容量6MW，3MW汽轮机为成熟技术。根据工程特点，可分批分期对地热资源进行多点分布式开发。
5）闪蒸发电技术路线适应性分析
扩容蒸汽发电系统，适用于压力、温度较高的地热资源，要求地热井输出的汽水混合物的温度较高，适用于中温（90~160℃）地热田发电，二次扩容地热发电的热利用率可达6%左右。由于扩容蒸汽发电需要经过单级或多级扩容减压，当热水温度低于100℃时，全热力系统处于负压状态，因此尾水温度高，地热能利用率较低。
开采难度方面，扩容蒸汽发电方式，能利用埋藏深度较浅的中低温地热，开采难度相对较小。环境污染方面，扩容蒸汽发电系统需要排放尾水，因此存在一定的环境污染，如果不进行地热水回灌，会导致地热田的枯竭和产生地面塌陷及沉降问题。设备及腐蚀性方面，扩容蒸汽发电设备比较简单，易于制造，可以采用混合式热交换器，其缺点是设备尺寸大，容易腐蚀结垢。
2.3本工程推荐装机方案
1）、地热水温度适应性
本项目所在地地热温度为170°C—195°C，属于中温地热田，不建议按照2台18.5MW双工质循环汽轮机。根据设计经验，一般以130°C为界限考虑采用双工质或者闪蒸发电。从提高地热电站机组循环效率方面考虑，建议考虑地热水闪蒸发电技术。
2）、地热电站汽轮机投运业绩
世界上大约40%以上地热电站为闪蒸发电，采用双工质循环的地热电站占比大约14%。从投运业绩和地热汽轮机技术成熟性方面，建议考虑地热水闪蒸发电技术。
3）、项目初投资
双工质循环地热电站项目初投资约为闪蒸发电的1.5-2倍，从项目初投资方面，地热水闪蒸发电优于双工质。
根据上述分析，针对本工程地热电站装机方案，推荐采用2x3MW地热井口电站，采用模块化设计，集装式布置。根据生产井的位置灵活布置6组，分期建设，最终达到总容量36MW。
3结束语
本文中结合实际工程，依据现有地质资料，提出了两种可行的地热发电技术路线并进行了对比分析，从地热水温度适应性、地热电站汽轮机投运业绩、项目初投资三个方面认为2x3MW地热井口电站适合于本项目。由于未明确生产井实际情况，如井口介质参数（压力、温度、流量等）、流体成份分析（包括不凝气体含量）、元素含量、腐蚀结垢等更全面的地质资料。随着工程的进一步推进，将结合主机设备厂家，对工质选择、主机及辅机参数等进一步配合，做进一步的技术经济分析。
参考文献
[1]张华伦等.中华人民共和国国家标准.地热电站设计规范.2013年.
[2]周大吉.地热发电简述.西南电力设计院，2003.
[3]西藏地热工程处译.地热和地热发电技术指南.北京：水利电力出版社，1988.
作者简介
李辉（1980-）,男，本科，高级工程师，主要从事火电厂热机专业设计及技术管理工作。山东电力建设第三工程有限公司青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司热机主任师。
论文作者:李辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/2
标签：地热论文; 闪蒸论文; 电站论文; 汽轮机论文; 双工论文; 工质论文; 温度论文; 《电力设备》2018年第17期论文;