近年來世界地熱發電發展迅速，全球地熱發電裝機容量從2000年的8594MW，增加到2016年6月的13200MW。亞太地區與北美地區地熱發電裝機容量居主導地位，分別為4.8GW和3.9GW。美洲地熱發電市場以美國、墨西哥和尼加拉瓜為主。亞太地區的地熱發電市場主要有印尼、日本、菲律賓和新西蘭。美國擁有全球最多的地熱資源，估計地熱儲量約為31000MW，地熱能開發規模最大，地熱發電居世界第一。北歐冰島是全球地熱開發的楷模，約1/3的電力來自地熱發電，地熱在一次能源中占54%。菲律賓是發達的地熱發電國家，地熱發電量僅次于美國，約占國內總發電量的20%。印尼的活火山數和地熱潛能居世界第二位。印尼地熱發電裝機容量居世界第三。目前地熱發電量占印尼全國總用量的3%，印尼的地熱儲量約為29000MW，占全球總量的40%。肯尼亞地熱發電開發以驚人的速度向前推進，2016年裝機容量超過600MW，肯尼亞的地熱發電量占總用電量的49%。

    2017年2月，國家發展和改革委員會編制的《地熱能開發利用“十三五”規劃》已經正式印發。根據規劃內容，“十三五”期間地熱能開發將拉動總計2600億元投資。在此過程中，將探索建立地熱能開發的特許經營權招標制度和PPP模式，并且將放開城鎮供熱市場準入限制，引導地熱能開發企業進入城鎮供熱市場。“十三五”期間，新增地熱發電裝機容量500兆瓦，到2020年，地熱發電裝機容量約530兆瓦。

 

    1、地熱發電技術發展

    地熱發電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術。其基本原理與火力發電類似，也是根據能量轉換原理，首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。地熱發電實際上就是把地下的熱能轉變為機械能，然后再將機械能轉變為電能的能量轉變過程或稱為地熱發電。

    地熱發電技術經過近百年的發展，種類多種多樣，主要包括干蒸汽發電、擴容式蒸汽發電、雙工質循環發電和卡琳娜循環發電等。

 

    1.1、中-低溫地熱能

    目前開發的地熱發電項目以普通型干蒸汽方式與閃蒸方式為主。最近10年利用中-低溫地熱能的雙工質方式發電發展較快。對于具體的地熱資源，需要從地熱溫度、地熱總儲量、地熱水品質等方面，結合發電效率、運行維護、設備投資、環境保護等因素綜合考慮，進而確定適合該地熱資源的具體的發電技術路線。

    中低溫 (t<130℃) 地熱資源在目前已探明的地熱資源中占有較大的比例，其中溫度在90℃ 左右的地熱資源約占這類資源總量的90%。針對這一類型的地熱資源，雙工質循環發電技術是較為適用的。雙循環發電又稱為有機郎肯循環(ORC，Organic Rankine Cycle)，ORC發電技術能夠利用的余熱種類繁多，加之在效率、流程精簡程度、運維成本等方面的優勢，使得這項技術成為低品位熱能回收利用的一個發展趨勢。

    在中低溫地熱資源的開發利用過程中，雙工質循環和卡琳娜循環技術具有廣闊的發展前景。

    我國從美國引進的卡琳娜(Kalina)動力循環技術是盛合公司能夠在太陽能光熱發電、地熱發電、水泥余熱發電、浮法玻璃、鋼鐵行業、火電廠提高循環效率、焦炭行業和鐵合金爐的余熱發電及余熱利用領域取得突破性進展的主要手段。這項技術能使目前在常規火力發電和余熱發電系統中使用的朗肯循環效率大幅提高。這種采用氨水作為循環工質的技術脫胎于常規的朗肯循環，具有很大的特殊性。

    卡琳娜循環是區別于常規朗肯循環的一種新的熱力循環，采用氨和水的混合物作為工質，這種混合工質的沸點是變化的，隨著氨與水比例的變化而變化。當熱源參數發生變化時，只需要調整氨和水的比例即可達到較好的循環效果。工質的升溫曲線更接近于熱源的降溫曲線，盡可能地降低傳熱溫差，減少傳熱過程中系統的熵增，提高循環效率。由于卡琳娜循環的這個顯著的特點，使它在中低溫地熱發電領域得到了廣泛的應用。目前的工業化應用表明，卡琳娜循環發電技術的循環效率比朗肯循環的效率高20%～50%。但是由于其采用液態氨作為循環工質，對系統的密封性有較高的要求，同時工質儲存和使用過程中對環境將造成一定的影響，在電站建設過程中要注意加強環評工作。

 

    1.2、中深層地熱資源和干熱巖資源的開發

    另外，在淺層地熱能得到大規模開發后，中深層地熱資源和干熱巖資源將成為地熱發電技術新的資源。 在地熱發電技術下一步的發展過程中，應注重中深層地熱資源和干熱巖資源的開發。

    旨在開發和利用地底深層3～10 km、以干熱巖(hot dry rock，HDR)熱能為主的增強型地熱系統(enhanced geothermal systems，EGS)正在興起，增強型地熱發電技術，通過將水回灌到地下水，創造出新的地熱資源，可以獲得更高溫度的地熱資源，可以達到175～225℃。一般采用雙循環發電，以維持地熱水的壓力，降低回灌的能耗。

    美國的 Fenton EGS、法國的 SoultzEGS、英國的 Rosemanowes EGS、日本的 Hijiori EGS、澳大利亞的 Cooper EGS等經過40年的野外試驗研究，已經在鉆井探測、水力壓裂、人造熱儲和采熱循環等方面獲得了技術成就。在干熱巖領域，中國前期投入較小，主要資助開展學術交流、探索研究，并未形成國家層面的干熱巖技術研發基地和裝備條件。

 

    1.3、地熱發電技術發展趨勢

    然而，新型的聯合循環發電技術是地熱發電技術的發展方向。單一的蒸汽朗肯循環發電技術循環效率較低，僅為20% 以下;尾水排放溫度較高，一般在 100℃ 以上，地熱能利用不夠充分。 雙工質循環和卡琳娜循環發電技術系統較為復雜，涉及到兩套工質系統，但循環效率高，尾水排放溫度可以降至 60℃ 以下。在未來的地熱發電技術中，可以采用聯合循環的方式。在地熱水的高溫階段，采用擴容式蒸汽發電系統，利用地熱能的高溫部分;在地熱水溫度不能滿足擴容發電方式運行條件時，采用雙工質循環或卡琳娜循環技術，充分利用地熱能的低溫部分，最大限度地提高地熱發電循環的效率。土耳其 Kizildere地熱電站在采用擴容系統的基礎上，聯合使用雙工質循環技術進行試驗機組的研究， 最大功率達到18.238kW，循環效率達到38.58%，聯合循環發電系統性能穩定。

    還可以將地熱發電與太陽能熱利用相結合。在雙工質循環或卡琳娜循環中，在低溫地熱水的熱交換階段引入太陽能熱利用方式，克服地熱水溫度較低、能源品位較差的弱點，提高循環效率。目前，這種技術已經在美國、智利等國家開展了實驗室研究。

 

    2、全球地熱資源分布情況

    就全球來說，地熱資源的分布是不平衡的。明顯的地溫梯度每公里深度大于30℃的地熱異常區，主要分布在板塊生長、開裂-大洋擴張脊和板塊碰撞，衰亡-消減帶部位。環球性的地熱帶主要有下列4個：

   （1）大西洋中脊地熱帶：冰島的克拉弗拉 、納馬菲亞爾和亞速爾群島等一些地熱田就位于這個地熱帶。

    (2)紅海-亞丁灣-東非裂谷地熱帶：包括吉布提、埃塞俄比亞、肯尼亞等國的地熱田。

   （3）環太平洋地熱帶：世界許多著名的地熱田，如美國的蓋瑟爾斯、長谷、羅斯福;墨西哥的塞羅、 普列托;新西蘭的懷臘開;中國的臺灣馬槽;日本的松川、大岳等均在這一帶。

   （4）地中海-喜馬拉雅地熱帶：世界第一座地熱發電站意大利的拉德瑞羅地熱田就位于這個地熱帶中。中國的西藏羊八井及云南騰沖地熱田也在這個地熱帶中。

 

    冰島就是富地熱資源的國家。它地處北極圈附近，盡管氣候寒冷，但地下卻蘊藏著巨大的熱能。冰島的巖流幾乎占全球巖流的三分之一，近幾個世紀里，平均每五年有一次火山爆發，有形成地熱的得天獨厚的條件。據統計，冰島擁有溫泉、熱泉、蒸汽泉、間歇泉等達1500多個。

    美國也蘊藏著豐富的地熱資源，據地質調查表明，美國高溫地熱發電潛力相當于755——7297億噸標準煤，或600——4750億桶石油;可以直接利用的中、低溫熱能則相當于1606——9139億噸標準煤。此外，日本、新西蘭、意大利、前蘇聯、印度、菲律賓、法國、匈牙利、墨西哥、肯尼亞等許多國家都蘊藏著地熱資源。

    我國的地熱資源也比較豐富。通過地質調查，全國已發現地熱異常3200多處，其中進行地熱勘查的并已對地熱資源進行評價的地熱田有50多處。全國已打成地熱井2000多眼。 發現高溫地熱系統255處，經過評估總發電潛力5800MW·30a，主要分布在西藏南部和云南、四川的西部。在西藏羊八井地熱田ZK4002孔，孔深2006m，已探獲329.8℃的高溫地熱流體。 發現中低溫地熱系統2900多處，據調查，總計天然放熱量約為1.04×1014kJ/a，相當于每年360萬噸標準煤當量。主要分布在東南沿海諸省區和內陸盆地區，如松遼盆地、華北盆地、江漢盆地、渭河盆地以及眾多山間盆地區。這些地區1000—3000m深的地熱井，可獲80—100℃的地熱水。

    中國地熱資源按其屬性可分為三種類型：

    （1）高溫（〉150℃）對流型地熱資源，這類資源主要分布在西藏、騰沖現代火山區及臺灣，前二者屬地中海地熱帶中的東延部分，而臺灣位居環太平洋地熱帶中。

    （2）中溫（90-150℃）、低溫（〈90℃）對流型地熱資源，主要分布在沿海一帶如廣東、福建、海南等省區；

    （3）中低溫傳導型地熱資源。

 

 

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