增強型地熱系統相關(guān)技術(shù)有哪些

  廣東省地熱的開(kāi)發(fā)利用一直走在全國的前列。1970年,廣東豐順第一臺86 kW試驗機組發(fā)電成功, 1982年,在廣東省科委和電力局的支持下,中國科學(xué)院廣州能源研究所等單位再建了一臺300 kW機組(3號機), 1984年電站移交豐順當地電力部門(mén)[1]。發(fā)電站目前仍能正常運轉,這是我國第一座地熱試驗發(fā)電站。

 

  2008年3月,美國麻省理工學(xué)院提交了一份名為5地熱資源的將來(lái)6的研究報告,這份歷時(shí)3年完成的研究報告驚動(dòng)了美國能源部。報告提出,到2050年,通過(guò)增強型地熱系統可以提供1億kW的基礎發(fā)電容量,這相當于美國目前年用電量的10%[3]。增強型地熱發(fā)電系統由兩個(gè)子系統組成:第一個(gè)子系統是地下熱儲層的開(kāi)發(fā)建造,即從地下深埋的巖石獲取地熱,通過(guò)注水井用冷水加壓致裂方法建立高滲透性的裂隙體系(人工熱儲),冷水流過(guò)熱儲層,滲進(jìn)巖石的縫隙吸收熱量,再通過(guò)生產(chǎn)井水或蒸汽抽出地面;第二個(gè)子系統是熱水或蒸汽采出后進(jìn)入地面發(fā)電供熱系統,即將高溫水或蒸汽帶動(dòng)渦輪機發(fā)電,而冷卻后的水則被再次注入地下熱交換系統循環(huán)使用。因此,增強型地熱發(fā)電整個(gè)換熱過(guò)程是在一個(gè)封閉的系統內進(jìn)行。

 

  本文通過(guò)對增強型地熱系統技術(shù)、地面以上發(fā)電技術(shù)、廣東省地熱資源情況進(jìn)行介紹,分析廣東省發(fā)展增強型地熱系統技術(shù)發(fā)電的前景。

 

  增強型地熱系統技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在電站的地下部分,包括地熱資源勘查、鉆井、壓裂、注水等技術(shù),地面上的發(fā)電技術(shù)與原有傳統地熱發(fā)電技術(shù)基本相同。

 

  (1)勘 查.

 

  建立增強型地熱系統的第一步是進(jìn)行勘探,以鑒別和確定最適宜的開(kāi)發(fā)區塊。然后進(jìn)行足夠深度的孔鉆,達到可利用的巖體溫度,進(jìn)一步核實(shí)和量化特定的資源及相應的開(kāi)發(fā)深度。資源勘查的確定性是項目成敗的關(guān)鍵。我國已建立了一套比較完整的地熱勘探技術(shù)和評價(jià)方法,具備了大規模開(kāi)發(fā)地熱的能力,還頒布了國標、部標等技術(shù)規范。

 

  (2)鉆 井.

 

  鉆井技術(shù)相對成熟,國內石油勘探行業(yè)的地質(zhì)勘探公司,有豐富地質(zhì)鉆井經(jīng)驗,其鉆井技術(shù)接近國際先進(jìn)水平。一般情況下,鉆4000 m的深井,上井口直徑為0. 5 m,底部直徑為0. 216 m。

 

  中間每1000 m井口直徑依次縮小。井壁用無(wú)縫鋼管密封。鉆井時(shí)間可長(cháng)可短,國內鉆4000 m深井約需一到一年半時(shí)間。

 

  (3)壓 裂.

 

  待兩口井鉆探工作結束后,向井內注入壓力液,并施以約200個(gè)大氣壓的壓力,將壓力液壓入巖石細小縫隙中,壓力液中含有細小膠體可支撐裂隙,不讓已張開(kāi)裂縫閉合,待兩口井裂隙有一定數量的交叉后,便形成人工換熱系統的通路。壓裂的縫隙越多越分散,越有利于流體的熱交換。

 

  壓裂工作質(zhì)量是影響增強型地熱電站裝機容量的關(guān)鍵,目前技術(shù)上也基本成熟。

 

  (4)注水發(fā)電.

 

  電站最終的裝機規模受蒸汽的流量和溫度影響最大,與鉆井的直徑關(guān)系較小,待增強型地熱電站實(shí)現商業(yè)化后單個(gè)電站容量可達20MW,屆時(shí)將會(huì )有幾組注水井和生產(chǎn)井同時(shí)為發(fā)電機組供應蒸汽。