地热ORC发电项目(科普)

该报告主要介绍了地热ORC工厂的背景和前景以及简单概述了EASYGO项目。1904年，第一个地热发电站诞生于意大利。因其使用可再生能源，及其可预测性和可以全天候使用，地热发电站具有巨大的潜力。

地热发电站的技术路线图如图2所示，地热源由井下泵从生产井抽出进入蒸发器，热源转化为蒸汽进入涡轮机做功，通过发电机发电，废弃热源进入冷凝器冷凝后注入回注井。

双循环发电技术相比于其他发电技术有更大的容量，因而其作为地热ORC工厂发电的主要使用方式具有较好的发展前景，该技术的应用自2000年以来呈现井喷式增加，截至目前，在欧洲的使用项目数远多于其他发电方式。

虽然地热发电技术已经呈现较好的发展势头，但地热资源巨大的潜力还有待进一步开发，目前，EGS（增强地热技术，也称干热岩发电）技术已取得了很大进展，可以对深层地热能进行开采。EGS技术是通过在“热岩”上钻注入井，通过水力和/或热力和/或化学刺激增强储层，将生产井钻入裂缝网络，水与岩体接触被加热，通过生产井返回地面，由此建立适用于 ORC系统的流体循环。

但是EGS技术同样面临着许多挑战，例如钻井的难度、水库的增强、可能诱发地震活动、流体循环中液体的流失以及工厂的规模等。

地热流体主要是水、蒸汽以及几种盐和气体（CO₂、CH₄、H₂S）的混合物或其中两者的混合物。具体的化学成分与所在的地点有关，因为地热流体与周围环境（含岩石、植物成分的物质）会发生相互作用。地热流体通常具有化学侵蚀性和腐蚀性，但也可能存在有价值的元素。一般地热流体会存在如下问题，流体中含有矿物溶解、矿物沉淀、脱气（例如CO₂和CH₄）以及腐蚀，而其中与结垢、污垢、腐蚀和堵塞有关的问题可能会阻碍设备的正常运行。

双循环技术主要用于经济开发以液体为主的储层和深层含水层，可以将具有腐蚀性和化学侵蚀性的地热流体限制在一个封闭的回路中，可以达到完全回注，环境的影响接近零，并且支持水库管理。该技术主要适用于热电联产（CHP），也适合与其他能源，太阳能，生物质等集成。

井下泵的作用是强制抽出井中不能自动流动的流体，同时给流体施加压力，使地热流体保持液态，从而将溶解气体和矿物封闭在液相中，以便进一步回注，还可以避免闪式（flash）处理后盐浓度可能导致的结垢。

井下泵的设计主要考虑泵的可靠性和最小安装深度，当储层条件要求很高时，采用泵可能是不可行的。

（2）地热双循环发电系统设计

需采用相对中低温的热源以及耐腐蚀材料，还应通过选择方便循环的工质，适合地热源温度和工厂规模，优化热引入过程：有时采用单组分工作流体的双压力水平循环限制回注温度，避免沉淀和结垢。

混合物也可以作为二元循环设计的工作液体，如图7所示，在Kalina循环中，随着混合物的温度升高，发电量增加。

相对于更高焓源，扩大操作范围将会导致两相地热流体以蒸汽质量递增（以蒸汽为主资源），不可凝气体（如CO₂等）含量可能增加，以及更高的腐蚀和结垢能力。为了减少上述不良情况的发生，可采取以下措施：

① 详细研究地热流体的化学和热力学性质；

② 优化循环热过程，考虑多个热交换器串联或并联布置；

③ 如果存在不凝性气体，选择合适的回注工艺；

④ 选用合适的高阻材料进行热交换；

⑤ 如果需要，采用一个缩放减缓程序。

图9所示的电厂是Turboden公司对EGS技术探索过程中的一个重要成果，其数据如下，进水温度为175℃，回注温度为70℃，地质流体回路压力23bar，地质流体含盐量100g/L，ORC系统工质采用异丁烷，功率为1.7MW。