全球地热发电现状与研究进展

地热发电作为地热资源开发利用的主要方式之一,其发展对于促进能源结构低碳清洁、推动“双碳”目标的实现意义重大。在明确世界及中国地热能发电发展历程,以及干蒸汽发电技术、闪蒸式发电技术、双循环(双工质)发电技术、全流发电技术等主要地热发电技术概况的基础上,详细阐述了干热岩发电技术、热伏发电技术、超临界CO_(2)循环发电技术、联合发电技术,以及地热-太阳能、地热-风能、地热-生物质能、地热-海洋能等多能互补发电技术等新兴地热发电技术及其研究进展,结合我国地热发电现状及存在问题,提出了我国地热发电发展的建议,以期对我国地热发电的未来发展提供参考借鉴。

“双碳”目标下有机工质地热能热电联供系统浅析

在传统能源逐渐短缺、环境污染日益严重的情况下,“双碳”目标的提出具有重要的意义,可再生能源开发利用具有广阔的前景。现如今,利用有机工质作为循环介质是最常用的一种地热发电方式,通过清洁的有机工质进行换热不仅成本低,而且换热性能很强,能够很好的利用地下热水的热量。利用地热能设计的热电联供系统比传统发电系统节省占地面积小,同时此系统对环境保护有很大益处,与火力发电相比,使用地热资源发电能够很好的节省燃料同时减少CO_(2)、SO_(2)等废气的排放,对于推进实现“碳达峰”、“碳中和”具有重要意义。

地热能有机朗肯循环系统设计与动态仿真

针对地热能利用,根据地热井口条件通过热力学计算和设备选型设计了对应的ORC机组,并对该机组动态特性进行了仿真;研究了热源温度和流量、冷却水温度以及工质流量4种参数变化对ORC机组关键运行参数和性能的影响规律。结果表明:机组输出性能对冷却水温度变化最为敏感,冷热源温度增大10℃,轴功分别减小16%和增大7%;热源温度和流量增大都会使过热度、蒸发压力和轴功显著升高,热效率略有下降,但其对机组冷端传热的影响有限,对热端传热的影响很小,过热度和蒸发压力几乎不变;相比冷热源参数的变化,工质流量变化时机组关键参数的波动最小,机组能很快恢复稳定。

基于热流固耦合的增强型地热有机朗肯循环发电系统性能分析

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型,包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型,参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征,包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数,研究了注入流量、注入温度和井间距对系统净输出功、年均净输出功和热效率的影响规律。结果表明:在一定的注入流量、注入温度和净间距下,随着时间的推移,岩石孔隙压力和热应力作用使得裂隙渗透率增大,注入泵功耗是降低的,净输出功和热效率也是降低的。注入流量的增大提高了膨胀机轴功、注入泵功耗和生产温度衰减速率,进而导致热效率降低,存在最优的注入流量50 kg/s,使得年均净输出功达到最大值1470.1 kW。注入温度的增大可以提高系统热效率,降低净输出功的年均衰减速率,当注入温度为60℃时,年均净输出功最大。井间距的增大减缓了生产温度的衰减速率,有利于热效率的提高,但是也同时也增大了膨胀机轴功和注入泵功耗。当分支井间距为450 m时,年均净输出功达到最大值1497.3 kW。此研究可为增强地热发电系统的开发利用提供指导。

渗透率各向异性对地热电池高效储能发电系统的影响

在当前能源转型的大背景下,清洁能源利用的创新技术市场日益扩大。地热电池储能发电技术有望解决太阳能、风能等可再生能源间歇性问题,受到清洁能源领域的关注。地热电池储能系统利用沉积地层中形成的低渗透率、低孔隙度的盖层和基层以及高渗透率、高孔隙度的中间储层实现热水的储存。这些热水创造了一个高温地热储层,已有研究表明这些储热可以高效回收,甚至可能实现长期甚至季节性的存储。在沉积结构中,其物理特征等方面存在十分明显各向异性,其中渗透率各向异性在流体的流动过程中发挥着重要作用。因此,研究渗透率各向异性对储能产能的影响至关重要。本研究利用TOUGHREACT-FLAC3D耦合软件建立了地热储能温度场—渗流场—应力场(THM)多场耦合模型,模拟了4种渗透率各向异性的情况,并分析了4种条件下热水注入和生产中热水流动路径、温度和压力的分布以及发电效率。结果表明:(1)渗透率各向异性对注采过程中压力的演变有强烈的影响,压力锋面在渗透率大的方向快速移动,而且各向异性越小,储层等效渗透率越大,注入热水需要的压力越小。(2)热水流动优先在渗透率大的方向流动,温度和压力的传播与热水流动方向一致,但是温度分布主要由流体流动的方向决定,在流动过程中热水用于加热初始环境中较冷的岩石和水造成热量损失,所以渗透率各向异性对储层温度的分布情况影响较小。(3)储层的岩石在高温热水的作用下发生膨胀,其孔隙压力恢复值随温度的升高逐渐高于储层初始的孔隙压力(12 MPa)。(4)在进行的30个注采循环结束后渗透率各向异性为1000时产生的电量最高可以达到5.2 MW。因此,在地热电池储能系统进行选取时,选择水平方向与垂直方向渗透率各向异性大的储层产能效率更高。

地热能利用技术研究进展综述

地热能作为5大非碳基清洁能源之一,具有储量大和分布广泛等特点。概述了地热能利用技术分类及发展现状,并进一步介绍了浅层地源热泵技术、水热型供热系统、中深层地埋管供热技术以及增强型地热系统的基本概念及发展应用现状。对国内外现今地热能利用技术研究进展及最新研究方向进行综述,从行业重难点问题攻关、多场景地热能利用适应性方案开发、地热储能技术探索等方向对中国未来地热能利用技术的研究与发展做出展望,以期为中国地热领域从业人员提供指导建议与意见参考。

分布式电源接入配电网可靠性评估

近年来,随着太阳能光伏发电和风力发电等分布式电源的普及,越来越多的分布式电源被接入电网,给以火力发电为中心的传统能源系统带来了新的挑战,为研究人员提供了许多研究课题,但分布式电源的接入不可避免地影响到电网安全和消费者信心。对此,文章通过研究分布式电源接入配电网可靠性评估,为配电网制定了一个合适的风险评估框架,探索了风险评估方法,并利用计算实例验证了方法的有效性。

兆瓦级干热岩ORC地热发电系统研究

以目标工程作为设计实例,根据干热岩地热水参数条件,构建1 MW功率等级ORC发电系统.通过分析不同工质下的热力性能,根据热力系统第二效率最大原则,确定R245fa为干热岩地热水发电系统的工质.通过变工况性能评估,分别给出了不同地热水流量、地热水温度、环境温度下的发电模块功率修正曲线.该设计方法已应用于实际工程投标,为系统方案设计提供了有效支撑.

315 kW有机朗肯循环试验样机蒸发器热力性能研究

以315 kW有机朗肯循环试验样机蒸发器为目标,通过理论公式计算沸腾传热系数和换热面积,并结合商用软件HTRI进行对比验证。研究了釜式蒸发器雾沫夹带的主要影响因素,据此为结构设计提供了理论指导。最后通过机组的运行数据,对蒸发器的换热性能积进行评估,试验结果和HTRI软件仿真结果偏差小,蒸发器的换热面积满足设计要求,对ORC的工程应用提供参考。

分析地热发电技术及其应用前景

社会主义现代化建设已经初步取得了成果,各种各样的先进技术如同雨后春笋般涌现,从根本上提升了社会经济发展质量,地热发电技术的出现,更是为解决煤炭资源发电的环境污染问题提供了新思路,利用清洁且储量大的地热资源发电,成为人们关注的重要课题之一。本文在简单介绍地热发电技术要点的基础上,对其未来的应用前景进行深入研究。

探究“双碳”目标背景下我国地热发电现状及技术

地热发电技术是现代新能源发展的重要内容,属于可再生清洁能源类型,我国地热发电技术发展起步相对较晚,地热发电装机容量规模也不够丰富。在“双碳”目标背景下,必须要通过可再生新能源的开发利用,来减少传统石油能源的消耗量,减少碳排放规模,推动我国“双碳”目标的按时实现。在此背景下我国地热发电技术的发展动力增强,需要结合现状实际,持续性对地热发电技术进行创新优化,来促进我国可再生清洁能源发展整体能效的提升。基于此,本文先概述“双碳”目标背景,然后分析“双碳”目标背景下我国地热发电现状以及技术应用情况。

饱和蒸汽汽轮机发电技术在电炉炼钢烟气余热回收中的应用

文章分析了电炉炼钢烟气的特点及工艺流程,重点介绍了饱和蒸汽发电技术中蓄热器工作原理及其参数计算,讲述了饱和蒸汽汽轮机提高蒸汽干度措施,描述了饱和蒸汽汽轮机功率计算等内容。

有机朗肯闪蒸发电性能数值模拟与实验测试对比研究

以热水温度为90℃作为设计额定工况,设计并搭建了发电功率为800 W的有机朗肯闪蒸循环(OR⁃FC)实验测试装置,分别对热水温度为95℃、90℃、85℃和80℃的4个工况下发电性能进行了实验测试。实验测试结果表明:ORFC在设计工况下的实测发电功率为797.21 W,基本达到了设计要求;热水温度的降低使得系统的发电功率、热效率和膨胀机的等熵效率降低;总体而言,ORFC的发电功率较有机朗肯循环(ORC)有了显著提高。本文弥补了ORFC的实验测试空缺,验证了ORFC发电数值模型的准确性,进而证明了ORFC的先进性。

基于热伏材料中低温地热发电原理与技术构想

本文系统分析了中国中低温地热发电的现状和技术瓶颈,提出了热伏材料概念,以大尺寸单晶热伏材料及其相应的热伏器件等为关键技术切入点,系统提出了高效、稳定的中低温地热热伏发电以及基于冷、热、电联供一体化的工程实施和精准对接的技术原理和构想。该技术构想突破了传统中低温地热发电通过机械能转化为电能的局限性,利用大尺寸单晶热伏材料将热能直接高效转化为电能,这一创新技术研发对保持中国在地热发电领域尤其是中低温区领域的国际核心竞争力、获取自主知识产权、实现地热能高效利用和规模开发具有重要的战略指导意义。同时,该战略性技术构想有望引领全球地热发电新的技术革命,以奠定中国在中低温地热发电领域处于全球领先地位,从而实现地热资源的清洁绿色可持续利用。

地热发电技术及其应用前景

论述了干蒸汽发电、扩容蒸汽发电、双循环式发电3种地热发电技术及其特点;从所需地热温度、热效率、开采难度、环境污染、设备及其腐蚀性等方面,对3种地热发电技术进行了对比分析;最后简述了地热发电技术的发展方向与应用前景。

二氧化碳捕集与地热发电全链能流分析

以CO_(2)为工质的增强型地热发电系统(CO_(2)-EGS)拓展了CO_(2)封存汇的种类,同时其从干热岩中获得的热量还可补充因捕集、输运和封存消耗的能量,有效提高了项目的经济性。但多大程度上可填补CO_(2)捕集及输运的能耗是该技术规模化应用与发展过程中亟需解决的关键问题之一。为此,通过对CO_(2)捕集电站与地热发电全链系统的解构和耦合,在降低了全链系统某些参数的敏感性基础上,编制了全链优化软件。然后以某超临界燃煤电站为参考电站(热效率设为42.30%,净功为590.8 MW),对4种捕集方法(燃烧后捕集、加压富氧燃烧、化学链燃烧、分级气化)对应的全链系统进行了能流分析。结果表明:①对于中等温度的热储,化学链燃烧和分级气化法与CO_(2)-EGS结合后,全链系统的净输出可超过无CO_(2)捕集的参考电站,即CO_(2)-EGS的输出功可以弥补因捕集和输运造成的能量损失;②对于高温热储,CO_(2)-EGS的净输出可补偿加压富氧、化学链和分级气化法捕集和输运能耗。最后,基于全链能量梯级利用理念,结合CO_(2)膨胀发电的特点,提出了热量反哺的全链能量优化利用方法。结论认为:①全链能耗的主要差异体现在捕集过程,具体数值可达到数量级的差别;②压缩和输运及CO_(2)-EGS的单位能耗差异因捕集气的组分差异导致,数值上相差不大;③热量反哺理念显示了基于全链系统的能量优化利用优势,使系统的能量分配得到了优化,燃烧后捕集和分级气化两种捕集方案的指标得以提高。

地热热源分流喷射-ORC发电系统性能研究

为提高中低品位地热发电系统性能,减少发电过程单位功耗?损,针对373-423K范围地热水热源,提出一种基于地热热源的分流喷射-ORC系统以及由喷射器工作条件确定两级换热器蒸发温度的方法,并建立喷射及发电模型。在热力学及能量定律的基础上,编制计算程序分析不同升压比下,两级换热器中蒸发温度对系统性能及喷射器可逆性程度的影响;对不同热源温度下3种系统工况点参数及性能进行分析比较。结果表明:分流喷射/喷射-ORC系统均具有一最佳升压比a,且其最佳蒸发温度高于ORC系统;随一级蒸发温度升高,系统净输出功降低,而随二级蒸发温度增加,系统热效率增长;在不同热源温度下,分流喷射-ORC系统均具有最高性能,且随热源温度增加,其性能优越性逐渐增强,在Tg=373、423K时,分流喷射-ORC系统可达到净输出功P=280.88、954.82k W,分别高出喷射-ORC及ORC系统12.54、76.31及55.68、141.52k W。通过分流喷射能够提高地热ORC发电性能,热源温度越高,选择分流喷射系统意义愈明显。

地源热泵系统电气设计探讨

探讨了地源热泵系统电气设计。按照地源热泵系统的运行原理及优点进行了阐述。按照地源热泵配电系统的设计、机房电气的设计、末端电气的设计、系统自控的设计进行了详细说明。经过探讨,可以更好地进行地源热泵电气系统的设计,优化能源管理,节约能源消耗。得到推广应用后,可更好地促进国家的节能环保事业发展,更快地实现碳中和目标。

孤岛式风光柴蓄智能微网系统的研制

为解决海岛地区用电难问题,基于微网技术,利用太阳能、风能、柴油机、蓄电池等研制开发出一套智能微电网系统。以单片机为核心进行了系统方案设计和硬件电路设计,并基于能量调度策略设计了系统运行控制程序。样机系统集成并进行了负载投切试验、稳定性试验和超负荷试验,现已投入试运行。结果表明,该微电网系统工作状况良好,整体性能稳定可靠,智能控制功能满足实际要求。

地下闭式循环地热交换发电系统简介

为解决能源问题而提出了地下闭式循环地热交换发电系统。该系统地下部分通过全井下套管形成一个封闭系统,克服了传统地热发电和干热岩发电受地质条件制约、对环境造成危害等缺点,是一种新型的不依赖位置、环境友好的地热发电系统。采用大位移技术进行钻井,应用悬链线技术对井身剖面结构进行了优化,提出了地下连接技术要求,应用分支井和膨胀套管技术固井,设计了水泥配方并进行了相关试验,优化了载热流体,计算了有机工质朗肯循环(ORC)的发电效率。