高溫熱巖地熱發(fā)電

怎樣利用這種巨大的潛在能源呢？意大利的皮也羅·吉諾尼·康蒂王子于1940年在拉德雷羅首次把天然的地熱蒸氣用于發(fā)電。地熱發(fā)電是利用液壓或爆破碎裂法把水注入到巖層，產(chǎn)生高溫蒸氣，然后將其抽出地面推動渦輪機轉(zhuǎn)動使發(fā)電機發(fā)出電能。在這過程中，將一部分沒有利用到的或者廢氣，經(jīng)過冷凝器處理還原為水送回地下，這樣循環(huán)往復(fù)。1990年安裝的發(fā)電能力達到6000MW，直接利用地熱資源的總量相當于4.1Mt油當量。地熱發(fā)電實際上就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后再將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程或稱為地熱發(fā)電。開發(fā)的地熱資源主要是蒸汽型和熱水型兩類，因此，地熱發(fā)電也分為兩大類。

地熱蒸汽發(fā)電有一次蒸汽法和二次蒸汽法兩種。一次蒸汽法直接利用地下的干飽和（或稍具過熱度）蒸汽，或者利用從汽、水混合物中分離出來的蒸汽發(fā)電。二次蒸汽法有兩種含義，一種是不直接利用比較臟的天然蒸汽（一次蒸汽），而是讓它通過換熱器汽化潔凈水，再利用潔凈蒸汽（二次蒸汽）發(fā)電。第二種含義是，將從第一次汽水分離出來的高溫熱水進行減壓擴容生產(chǎn)二次蒸汽，壓力仍高于當?shù)卮髿鈮毫Γ鸵淮握羝謩e進入汽輪機發(fā)電。

地熱水中的水，按常規(guī)發(fā)電方法是不能直接送入汽輪機去做功的，必須以蒸汽狀態(tài)輸入汽輪機做功。對溫度低于100℃的非飽和態(tài)地下熱水發(fā)電，有兩種方法：一是減壓擴容法。利用抽真空裝置，使進入擴容器的地下熱水減壓汽化，產(chǎn)生低于當?shù)卮髿鈮毫Φ臄U容蒸汽然后將汽和水分離、排水、輸汽充入汽輪機做功，這種系統(tǒng)稱“閃蒸系統(tǒng)”。低壓蒸汽的比容很大，因而使氣輪機的單機容量受到很大的限制。但運行過程中比較安全。另一種是利用低沸點物質(zhì)，如氯乙烷、正丁烷、異丁烷和氟里昂等作為發(fā)電的中間工質(zhì)，地下熱水通過換熱器加熱，使低沸點物質(zhì)迅速氣化，利用所產(chǎn)生氣體進入發(fā)電機做功，做功后的工質(zhì)從汽輪機排入凝汽器，并在其中經(jīng)冷卻系統(tǒng)降溫，又重新凝結(jié)成液態(tài)工質(zhì)后再循環(huán)使用。這種方法稱“中間工質(zhì)法”，這種系統(tǒng)稱“雙流系統(tǒng)”或“雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)”。這種發(fā)電方式安全性較差，如果發(fā)電系統(tǒng)的封閉稍有泄漏，工質(zhì)逸出后很容易發(fā)生事故。

20世紀90年代中期，以色列奧瑪特（Ormat）公司把上述地熱蒸汽發(fā)電和地熱水發(fā)電兩種系統(tǒng)合二為一，設(shè)計出一個新的被命名為聯(lián)合循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)，該機組已經(jīng)在世界一些國家安裝運行，效果很好。聯(lián)合循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)的最大優(yōu)點是，可以適用于大于150℃的高溫地熱流體（包括熱鹵水）發(fā)電，經(jīng)過一次發(fā)電后的流體，在并不低于120℃的工況下，再進入雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)，進行二次做功，這就是充分利用了地熱流體的熱能，既提高發(fā)電的效率，又能將以往經(jīng)過一次發(fā)電后的排放尾水進行再利用，大大地節(jié)約了資源。2100433B

國外最早的高溫熱管被應(yīng)用于空間技術(shù)上。1970年美國RCA首次用100根高溫熱管排成一個寬65 cm，高108 cm的方陣，制成了一種空間輻射器，這種熱管輻射器可帶走50 kW熱量，能減輕因流星損傷而引起的載熱體的泄漏。后來高溫熱管開始逐漸向其他領(lǐng)域不斷滲透。

我國高溫熱管的應(yīng)用研究始于1978年，中國科學(xué)院力學(xué)研究所首次成功地研制成功了外延爐等溫熱管，采用高溫鈉熱管作為等溫元件，用于半導(dǎo)體材料生產(chǎn)中的一種摻雜工藝，使這種管式爐的等溫精度從原來的± 0.1℃提高到±(0.02～ 0.03)℃，等溫性能獲得了很好的改進，爐子的使用壽命也明顯提高。

液態(tài)金屬熱管蒸發(fā)段內(nèi)工質(zhì)溫度處于工質(zhì)分子流動轉(zhuǎn)變溫度時，單純由熱管管殼軸向?qū)岬臒崃磕苁估淠蔚臏囟冗_到工質(zhì)的熔點，稱此類熱管為小型高溫熱管。小型高溫熱管具有良好的傳熱性能，當高溫小熱管傾斜45°放置時，傳熱性能最好。

根據(jù)小型高溫熱管的特性，在某些工業(yè)場合下，可以將其以翅片的形式擴展空間傳熱表面積來強化已有的高溫換熱設(shè)備的傳熱能力。小型高溫熱管可以用于高溫輻射換熱器、輻射管用換熱器、自預(yù)熱式燒嘴、高溫沸騰床內(nèi)取熱器、急冷換熱器、高效裂解爐管、氧化反應(yīng)器及高溫礦物(渣)料冷卻等傳熱反應(yīng)設(shè)備，并可取得極佳的效果。

一般而言，高溫熱泵是指制熱出水溫度能夠達到85度以上的熱泵，而對制熱出水溫度達到65度的熱泵稱為中溫熱泵或者中高溫熱泵。

日本在1980年代開展了超級熱泵計劃，開發(fā)出4類熱泵，其中有利用45度余熱水，制熱出水溫度85的中高溫熱泵，以及利用80度余熱水，產(chǎn)出150度蒸汽的高溫熱泵。

歐洲有采用改進離心壓縮機性能技術(shù)路線的高溫熱泵，采用R134a制冷劑，三級離心壓縮模式，制熱出水溫度可以達到85度。

我國國內(nèi)已有熱泵企業(yè)成功研制應(yīng)用150度高溫熱泵，可應(yīng)用于替代鍋爐。