增强型地热系统相关技术有哪些

  广东省地热的开发利用一直走在全国的前列。1970年,广东丰顺第一台86 kW试验机组发电成功, 1982年,在广东省科委和电力局的支持下,中国科学院广州能源研究所等单位再建了一台300 kW机组(3号机), 1984年电站移交丰顺当地电力部门[1]。发电站目前仍能正常运转,这是我国第一座地热试验发电站。

 

  2008年3月,美国麻省理工学院提交了一份名为5地热资源的将来6的研究报告,这份历时3年完成的研究报告惊动了美国能源部。报告提出,到2050年,通过增强型地热系统可以提供1亿kW的基础发电容量,这相当于美国目前年用电量的10%[3]。增强型地热发电系统由两个子系统组成:第一个子系统是地下热储层的开发建造,即从地下深埋的岩石获取地热,通过注水井用冷水加压致裂方法建立高渗透性的裂隙体系(人工热储),冷水流过热储层,渗进岩石的缝隙吸收热量,再通过生产井水或蒸汽抽出地面;第二个子系统是热水或蒸汽采出后进入地面发电供热系统,即将高温水或蒸汽带动涡轮机发电,而冷却后的水则被再次注入地下热交换系统循环使用。因此,增强型地热发电整个换热过程是在一个封闭的系统内进行。

 

  本文通过对增强型地热系统技术、地面以上发电技术、广东省地热资源情况进行介绍,分析广东省发展增强型地热系统技术发电的前景。

 

  增强型地热系统技术的重点和难点在电站的地下部分,包括地热资源勘查、钻井、压裂、注水等技术,地面上的发电技术与原有传统地热发电技术基本相同。

 

  (1)勘 查.

 

  建立增强型地热系统的第一步是进行勘探,以鉴别和确定最适宜的开发区块。然后进行足够深度的孔钻,达到可利用的岩体温度,进一步核实和量化特定的资源及相应的开发深度。资源勘查的确定性是项目成败的关键。我国已建立了一套比较完整的地热勘探技术和评价方法,具备了大规模开发地热的能力,还颁布了国标、部标等技术规范。

 

  (2)钻 井.

 

  钻井技术相对成熟,国内石油勘探行业的地质勘探公司,有丰富地质钻井经验,其钻井技术接近国际先进水平。一般情况下,钻4000 m的深井,上井口直径为0. 5 m,底部直径为0. 216 m。

 

  中间每1000 m井口直径依次缩小。井壁用无缝钢管密封。钻井时间可长可短,国内钻4000 m深井约需一到一年半时间。

 

  (3)压 裂.

 

  待两口井钻探工作结束后,向井内注入压力液,并施以约200个大气压的压力,将压力液压入岩石细小缝隙中,压力液中含有细小胶体可支撑裂隙,不让已张开裂缝闭合,待两口井裂隙有一定数量的交叉后,便形成人工换热系统的通路。压裂的缝隙越多越分散,越有利于流体的热交换。

 

  压裂工作质量是影响增强型地热电站装机容量的关键,目前技术上也基本成熟。

 

  (4)注水发电.

 

  电站最终的装机规模受蒸汽的流量和温度影响最大,与钻井的直径关系较小,待增强型地热电站实现商业化后单个电站容量可达20MW,届时将会有几组注水井和生产井同时为发电机组供应蒸汽。