江西地热发电的开发前景及对策

  引言
  江西省属一次能源匮乏省份，缺煤、少水、无 气油，能源结构单一，以火电为主，70%电煤依靠外购，因此大力发展清洁能源、着力提升可再生能源的规模和比重，成了江西应对气候变化、调整能源结构、经济可持续发展的迫切需要。
  当前，作为可再生能源之一的地热能，其能源利用系数高达73%，而且在使用过程中不会产生温室气体，发电成本较火电、水电、风电低；另外，相对于太阳能、风能的不稳定性，地热能是较为可靠的可再生能源。因此，地热资源是一种清洁环保、高效可靠的新能源，也是一种最为现实并具有竞争力的新能源，日益受到重视。为此，本文分析探讨了江西省地热发电的开发前景和存在的现实困难及其对策。

  地热发电的开发现状及前景
  地热能是一种来自地球内部的能量，一方面源于地球深处的高温熔融体，另一方面源于放射性元 素（U、TU、40K）的衰变。地热资源按其属性可分为：高温（＞150℃）对流型地热资源，中温（90～150℃）、低温（＜90℃）对流型地热资源和中低温传导型地热资源。高温地热资源主要用于发电，中低温地热资源主要用于非电直接利用，但随着热泵技术的发展和采用，中低温地热资源用于发电也正朝规模化、产业化方向发展。

  地热发电的技术原理
  地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，其原理与火力发电类似，把地下的热能转变为机械能，再将机械能转变为电能，所不同的是地热发电不需要通过锅炉消耗燃料。地热发电根据可利用地热资源的特点以及采用技术方案的不同，主要分为地热蒸汽、地下热水、联合循环和地下热岩4种发电方式。
  1）地热蒸汽发电是最简单的发电方式，把干蒸汽从蒸汽井中引出，加以净化，分离固体杂质，推动凝汽式（或背压式）汽轮发电机组发电，大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合。
  2）地下热水发电包括闪蒸地热发电和中间介质法地热发电。闪蒸地热发电的工作原理：将地热井口引来的地热水，先送到闪蒸器中进行降压闪蒸（或称扩容），使其产生部分蒸汽，再引到常规汽轮机做功发电。闪蒸地热发电又可以分为单级闪蒸法、两级闪蒸法和全流法等；中间介质法地热发电的工作原理：通过热交换器利用地下热水来加热某种低沸点的工作工质（如氟里昂、异戊烷、异丁烷、正丁烷、氯丁烷等），使之变为蒸汽，然后以此蒸汽推动气轮机并带动发电机发电，该方式也分为单级中间介质法系统和双级（或多级）中间介质法系统。
  3）联合循环发电系统就是把蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，它最大的优点就是适用于高于150℃的高温地热流体发电，经过一次发电后的流体在不低于120℃的工况下，再进入双工质发电系统，进行二次做功，提高发电效率。
  4）地下热岩石发电，首先将水通过压力泵压入地下4～6km深处，水在高温岩石层（温度大约在200℃左右）被加热后，通过管道加压被提取到地面并输入到热交换器中，热交换器推动汽轮发电机将热能转化成电能，推动汽轮机工作的热水经冷却后可重新输入地下供循环使用。

  国内外地热发电的开发现状
  1913年第一座装机容量0.25MW的地热电站在意大利拉德瑞罗建成并运行，标志着商业性地热发电的开端，目前世界最大的地热电站是美国的盖瑟尔斯地热电站，总装机容量2080MW，最大单机容量为135MW。截止到2005年，世界上有24个国家建设了地热发电站，世界地热发电总装机容量为8900MW，运行容量为8000MW。
  我国于1970年在广东丰顺建成第一座地热电站，机组功率为0.1MW，随后发展较快，在河北怀来、西藏羊八井等地相继建成地热电站，其中西藏羊八井地热电站是我国最大、运行最久的地热电站，共有9台机组，总装机容量25.18MW，最大单机容量为3MW。截止到2007年，我国地热发电装机容量为32MW。

  我国地热发电的开发前景
  我国探明的地热发电资源为6000MW，而目前只有10家地热发电站，总装机容量仅为32MW，在整个新能源结构中所占比例极低；另外从技术上讲，地热发电技术基本成熟，目前我国可独立建设30MW以上规模的地热电站，单机容量可达到10MW，因此，我国地热发电的开发前景非常广阔。
  江西地热资源情况与地热发电的开发前景

  江西地热资源情况
  江西省是我国东南沿海地热带的一部分，是我国中低温地热资源较为丰富的省份之一，其是由大气降水在适当的地质条件下，沿断裂构造深循环而形成。江西中低温地热资源主要分布在赣南和赣中南，约占总数的62.7%，全省现有温泉96处、热水钻孔20多处，最高温度达84℃（温泉）及88℃（钻孔），50℃以上约占30%；pH值在5.3～8.7之间；温泉总流量平均718.6L/s，热水钻孔总自流量平均151.4L/s。 2.2江西地热发电的开发前景 江西地热发电的开发利用始于上世纪70年代初期，宜春温汤地热电站即为我国第一批7个中低温地热试验电站之一。宜春温汤地热电站采用降压扩容中间介质法发电，设计地热温度66℃，2台设计功率为50kW机组，分别于1972、1974年投产发电，当时创造了世界最低温度发电的实例，但因可利用的地热水温度偏低，运行数年后即关停。
  虽然宜春温汤地热电站在当时创造了世界最低温度发电的实例，但是我国后来在该技术领域没有扩大应用，技术上未取得新的进步，而世界上中低温地热水发电技术却在不断研究进步，使整套发电系统的效率得以提高，成本得以降低。因此，当我省鄱阳湖生态经济区上升为国家战略后，2010年3月组织有关地热专家在南昌召开《鄱阳湖生态经济区地热及浅层地热能找矿》研讨会，提出加快开发地热资源的开发利用，除了在温泉疗养、洗浴、农副业生产、水产养殖、温室种植、生活用水等方面加以充分利用，还应加快中低温地热发电的开发利用。

  江西地热发电存在的问题
  我国地热发电资源丰富，但开发利用程度极低，其主要原因是地热资源勘查评价程度低、地热利用关键技术尚待突破、地热利用技术发展严重失衡、扶持政策不够等问题，严重阻碍了地热发电产业的发展。同样，江西省地热发电开发过程中也面临着类似问题。

  地热资源勘查评价程度低
  目前我国地热资源勘查评价程度低，同样江西省地热资源量尚未得到进一步评价，勘查评价滞后于开发利用，直接影响了地热产业的发展。
  地热利用关键技术尚待突破 我国地热利用技术尤其是地热发电技术没有形成积累，与世界先进水平差距较大，相关技术研究开发尚处于空白，基础科学问题的研究也尚未开展。目前亟需解决的关键技术难题包括地热田的回灌、腐蚀和结垢等，其中地热田的回灌，是为了避免地热发电后热排水含有的有毒矿物质直接排放而造成环境污染，必须将经过利用的地热流体通过地热回灌井重新注回热储层段，但回灌技术要求复杂，且成本高，至今未能大范围推广使用；地热流体中含有许多腐蚀性化学物质，对负压系统、射水泵叶轮、汽封片、冷油器、阀门等金属表面会产生不同程度的腐蚀，直接影响设备的使用寿命；地热水资源中矿物质含量比较高，在井管内和换热表面产生沉淀结垢，加大管道内的流动阻力和增加传热阻力，进而增加能耗。
  地热利用技术发展严重失衡 多年来我国地热发电停滞不前，发展规模和水平已远远落后于地热直接利用，资源利用率也较低，没有形成资源梯级开发综合利用的模式。

  地热产业扶持政策不够
  地热产业属于资本密集型行业，投资收益较慢，对商业投资的吸引力不大。当前，我国地热发电产业在政策上扶持力度偏弱，虽然地热供暖及地源热泵产业已得到国家政策扶持，总体而言对地热发电产业的扶持力度还不够。

  加快江西地热发电开发的对策
  针对当前江西地热发电开发过程中存在的问题，提出相应对策：加强地热发电的前期工作；突破地热发电的技术难题，加快技术创新；制定发展规划，加大实施力度，建设中低温地热发电示范工程；实施扶持政策等，以解决“技术上可行、经济上不可行”的困境。

  加强地热发电的前期工作
  加强地热资源勘查，掌握全省范围内地热资源分布与开发利用现状，为地热资源评价、论证提供基础性数据。开展江西境内宜于发电的地热资源的勘查评价工作，寻找准确的地热发电开采点，为地热发电项目的科学规划与有序发展提供依据。
  突破地热发电的技术难题，加快技术创新
  1）加强地热发电关键技术的2022世界杯晋级 ，支持地热发电开发利用关键技术的攻关，尽早突破地热田的回灌、腐蚀和结垢等技术难题；开发应用耐高温、耐腐蚀和无污染的新型材料，研制与推广国产化地热热泵设备，加强地热装备的配套生产，实现系列化、标准化。
  2）整合全省乃至全国的科技优势资源，加快技术创新。近些年来，江西华电电力有限责任公司研究开发出一种低品质热源发电新技术，即螺杆膨胀动力机，已获国家发明专利和实用新型专利，其发电原理就是螺杆压缩机的逆向应用，靠电力驱动压缩机产生压力，将中低温地热水或汽液混合物以一定压力送人螺杆膨胀动力机，使动力机运转而发电，效率可达75%～80%，远高于汽轮机的效率，且系统简单。
  目前，部分新建地热发电项目已开始采用螺杆膨胀动力机进行中低温地热发电，但受加工技术水平所限，其单机容量＜3000kW。
  制定发展规划，加大实施力度，建设中低温地热发电示范工程
  把推进地热发电资源开发利用与江西新能源规划紧密衔接起来，作为发展新能源的一项具体措施，明确责任主体和“十二五”期间地热发电的发展目标，因地制宜、科学规范地进行地热发电的开发，加大推进力度。 根据江西区域内地热资源的实际情况，选择地热温度较高的地点规划中低温地热发电示范工程，地热发电方式采用降压扩容中间介质法，并采用螺杆膨胀动力机取代传统的汽轮机，再考虑将排水作综合利用，以充分提高示范工程的经济性。通过建设若干中低温地热发电示范工程，进行各类地热利用新技术的集中示范应用，为下一步的低成本规模化利用奠定基础。

  实施扶持政策
  根据江西省实际情况，制定和落实地热开发的优惠政策，并在《可再生能源法》框架下，制定一系列配套的法规政策和优惠扶持政策，例如税收减免、政府补贴以及获得优先贷款的权力；积极争取 建设清洁发展机制（CDM）项目，通过碳交易提高企业盈利能力；建立健全公共服务体系，简化投资项目审批程序，加大激励力度等。

  结论
  江西地热发电资源较为丰富，发展前景广阔，同时面临着“技术上可行、经济上不可行”的困境，而其主要原因是地热资源勘查评价程度低、地热利用关键技术尚待突破、地热利用技术发展严重失衡、扶持政策不够。为此，提出了相应对策：加强地热 发电的前期工作；突破地热发电的技术难题，加快技术创新；科学规划，建设中低温地热发电示范工程；实施扶持政策。