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位于冰岛卡拉夫拉地热能发电站英语Krafla Geothermal Power Station
已有地热能发电项目的国家或地区

地热能发电(英语:Geothermal power)是指以地热能为动力来源,以驱动发电机产生电力。地热能发电技术主要可分为干蒸汽(Dry Steam)、闪发蒸汽(Flash Steam),以及双循环(Binary cycle)三种。目前全球已有29个国家或地区有地热能发电营运,截至2019年底总装机容量为15,400 MW。装置量领先的国家包括美国印度尼西亚菲律宾新西兰等。

根据地热能协会(Geothermal Energy Association,简称GEA)估计,目前全球地热能仅利用总潜能6.9%,政府间气候变化专门委员会估计全球地热能潜能在35 GW至2 TW之间。地热能发电被认为是一个可持续发展的可再生能源,因为其提取的热量仅占地球内部热能很小的一部分。地热能发电站的温室气体排放量平均约为每千瓦·时45克二氧化碳,不到传统燃煤电厂排放量的5%。

发展沿革

地热能发电起源于20世纪初期。1904年7月4日,皮耶罗·吉诺里·孔蒂(意大利语Piero Ginori Conti)在意大利拉德雷洛英语Larderello测试了全球第一台地热发电机,成功点亮了四个灯泡,之后当地于1911年建立第一座地热能发电站。1920年代日本别府美国加州建造地热能发电实验机组。1958年,新西兰怀拉基发电站英语Wairakei Power Station为第一座使用闪发蒸汽(Flash Steam)技术的地热能发电站。1960年,太平洋瓦斯与电力公司美国加州建立地热能发电站。1967年,苏联首次展示双循环(Binary cycle)地热能发电站;美国于1981年发展双循环地热能发电站。2006年,位于美国阿拉斯加切纳温泉的双循环地热能发电站,使用57°C(135°F)的工作流体,创下最低温度记录。

发电站类型

干蒸汽(Dry Steam,左)、闪发蒸汽(Flash Steam,中),以及双循环(Binary cycle,右)

干蒸汽

干蒸汽(Dry Steam)是最简单,最古老的设计。这种类型的发电站并不常见,因为地壳中有可直接利用的干蒸汽之地点不易寻得。使用干蒸汽之地热能发电设施最简单,且效率最高。使用干蒸汽之地热能发电直接使用超过150°C的地热蒸汽来推动涡轮发电机,当涡轮旋转时,它为发电机提供动力,然后产生电力并且输出,使用后的蒸汽被排放到冷凝器。在这里蒸汽冷却成水。水冷却后,经由管道将冷凝后的水导回深井,以便吸收地底的热能,并再次利用。

闪发蒸汽

闪发蒸汽(Flash Steam)适用于地层中的流体为水汽混合型态,为目前最常见之地热能发电站类型。此类型发电站需要流体温度至少180°C,甚至更高。流体在自身压力下,流经管道至分离器(Separator),在此由于压力下降而产生闪蒸现象,于此将蒸汽与水分离,并将蒸汽用于推动涡轮发电机。剩余的水和冷凝的蒸汽都可以注入回到地层中,从而成为可重复利用的可再生能源

双循环

双循环(Binary cycle)并不是直接使用地层中的流体来推动发电机,而是利用较低沸点的工作流体来推动涡轮发电机,此种形式的地热能发电站有逐渐增加的趋势。工作流体在常温下为液态,其管路与地热源管路不相通,两者经由热交换器将地层中流体的热能传递至工作流体,使得工作流体转为气态,藉以推动涡轮发电机。此形式的流程称为朗肯循环(Rankine cycle),若是工作流体为有机化合物,则称为有机朗肯循环英语Organic Rankine cycle(Organic Rankine cycle,简称ORC)。这种类型的站的热效率通常约为10~13%。

参见

参考资料

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