高温热岩地热发电

怎样利用这种巨大的潜在能源呢？意大利的皮也罗·吉诺尼·康蒂王子于1940年在拉德雷罗首次把天然的地热蒸气用于发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注入到岩层，产生高温蒸气，然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。在这过程中，将一部分没有利用到的或者废气，经过冷凝器处理还原为水送回地下，这样循环往复。1990年安装的发电能力达到6000MW，直接利用地热资源的总量相当于4.1Mt油当量。地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类，因此，地热发电也分为两大类。

地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。一次蒸汽法直接利用地下的干饱和（或稍具过热度）蒸汽，或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法有两种含义，一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽（一次蒸汽），而是让它通过换热器汽化洁净水，再利用洁净蒸汽（二次蒸汽）发电。第二种含义是，将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。

地热水中的水，按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的，必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电，有两种方法：一是减压扩容法。利用抽真空装置，使进入扩容器的地下热水减压汽化，产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功，这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大，因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。另一种是利用低沸点物质，如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热，使低沸点物质迅速气化，利用所产生气体进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称“中间工质法”，这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差，如果发电系统的封闭稍有泄漏，工质逸出后很容易发生事故。

20世纪90年代中期，以色列奥玛特（Ormat）公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，设计出一个新的被命名为联合循环地热发电系统，该机组已经在世界一些国家安装运行，效果很好。联合循环地热发电系统的最大优点是，可以适用于大于150℃的高温地热流体（包括热卤水）发电，经过一次发电后的流体，在并不低于120℃的工况下，再进入双工质发电系统，进行二次做功，这就是充分利用了地热流体的热能，既提高发电的效率，又能将以往经过一次发电后的排放尾水进行再利用，大大地节约了资源。2100433B

国外最早的高温热管被应用于空间技术上。1970年美国RCA首次用100根高温热管排成一个宽65 cm，高108 cm的方阵，制成了一种空间辐射器，这种热管辐射器可带走50 kW热量，能减轻因流星损伤而引起的载热体的泄漏。后来高温热管开始逐渐向其他领域不断渗透。

我国高温热管的应用研究始于1978年，中国科学院力学研究所首次成功地研制成功了外延炉等温热管，采用高温钠热管作为等温元件，用于半导体材料生产中的一种掺杂工艺，使这种管式炉的等温精度从原来的± 0.1℃提高到±(0.02～ 0.03)℃，等温性能获得了很好的改进，炉子的使用寿命也明显提高。

液态金属热管蒸发段内工质温度处于工质分子流动转变温度时，单纯由热管管壳轴向导热的热量能使冷凝段的温度达到工质的熔点，称此类热管为小型高温热管。小型高温热管具有良好的传热性能，当高温小热管倾斜45°放置时，传热性能最好。

根据小型高温热管的特性，在某些工业场合下，可以将其以翅片的形式扩展空间传热表面积来强化已有的高温换热设备的传热能力。小型高温热管可以用于高温辐射换热器、辐射管用换热器、自预热式烧嘴、高温沸腾床内取热器、急冷换热器、高效裂解炉管、氧化反应器及高温矿物(渣)料冷却等传热反应设备，并可取得极佳的效果。

一般而言，高温热泵是指制热出水温度能够达到85度以上的热泵，而对制热出水温度达到65度的热泵称为中温热泵或者中高温热泵。

日本在1980年代开展了超级热泵计划，开发出4类热泵，其中有利用45度余热水，制热出水温度85的中高温热泵，以及利用80度余热水，产出150度蒸汽的高温热泵。

欧洲有采用改进离心压缩机性能技术路线的高温热泵，采用R134a制冷剂，三级离心压缩模式，制热出水温度可以达到85度。

我国国内已有热泵企业成功研制应用150度高温热泵，可应用于替代锅炉。