新能源發電方式：地熱發電

地大熱能：地熱能來源于地球內部鈾、釷和鉀等天然放射性同位素衰變產生的大量熱量，這些熱量通過火山噴發、溫泉、地下水等載體傳遞到地表。每年由地球內部輸送至地表的熱能相當于280億噸標準煤，由于其具有儲量大、分布廣以及清潔環保和穩定可靠等諸多優點而得到了廣泛利用，目前全球有超過88個國家和地區利用地熱能進行發電和供暖。2020年，我國首次提出要在2030年實現“碳達峰”，2060年實現“碳中和”，要實現該目標，清潔能源是不可忽視的一部分。

我國水熱型地熱資源折合標準煤1.25萬億噸，年可開采資源量折合18.65億噸標準煤，按熱傳遞方式可分為對流型水熱系統、傳導型水熱系統以及傳導-對流復合水熱系統，按溫度可分為高溫地熱（150℃）、中低溫地熱（<150℃）。水熱型中低溫地熱資源主要分布在我國華北平原、松遼盆地、四川盆地、膠東半島、遼東半島等地區，年可開采量折合標準煤18.5億噸，主要用于供暖、旅游、工業干燥等；高溫水熱型地熱能主要分布在我國藏南、滇西、川西等西南地區，年可開采量折合標準煤0.18億噸，主要用于發電和工業利用。

干熱巖是指地表深處3～10km處不含水或含水少的高溫巖體，主要是各種孔隙度低且裂隙滲透性能差的變質巖或結晶巖，因此需要人工壓裂形成地熱儲層才能進行開采和利用，溫度范圍150℃～650℃。我國埋深不超過10000 m的干熱巖基礎資源量可折合856萬億噸標準煤，主要分布在西藏、云南、廣東、福建等地區。

地熱發電系統

閃蒸發電系統

閃蒸發電系統又稱減壓擴容發電系統，通過利用不同壓力下水的沸點不同的原理將低壓下地熱水由液態轉變為氣態。其工作過程如圖2(a）所示，從地熱井開采出具有一定壓力的汽水混合物通過管道輸送至閃蒸器進行降壓擴容，經擴容后的水通過管道回灌至地下，擴容后的蒸氣經過除濕器除濕后經管道送入汽輪機做功，汽輪機排出的乏氣經過冷凝器冷凝后輸送至回灌井回灌至地下。根據地熱水通過閃蒸器的次數不同可將其分為單級閃蒸系統和二級閃蒸系統。其中二級閃蒸系統是基于單級閃蒸系統的改進，其工作原理如圖2(b）所示，通過將擴容后的水再次送入閃蒸器進行二次閃蒸擴容，擴容產生的蒸汽送入汽輪機低壓端繼續做功發電。

閃蒸發電系統是地熱發電最常用的發電系統，該發電系統在正常運行時，分離出的鹵水包含有一些高濃度溶解性礦物質，若是與地表或地下水混合會產生較為嚴重的水污染，二級閃蒸發電站廢棄鹵水濃度一般比單級閃蒸電站更高。為防止水污染需要將廢水進行回灌，回灌能夠有效恢復儲層中的流體，也能維持儲層的壓力。單級閃蒸發電系統結構簡單，便于制造，但是轉換效率低；二級閃蒸發電系統設備復雜，但轉換效率在相同熱源條件下相比單級閃蒸可以提高20%～30%，使用單級還是二級閃蒸發電系統取決于地熱資源特性、地熱電站經濟性和設備損耗性等因素。

干蒸汽發電系統

干蒸汽發電系統是指從地下開采出來的地熱流體以干蒸汽為主的發電系統。其工作原理如圖3所示，首先將地熱井抽出的干蒸汽通過凈化分離器過濾掉直徑較大的固體顆粒，然后送入汽輪機進行做功發電，最后由汽輪機排出的乏汽經過冷凝器、冷卻塔回灌至地下，其所用設備與常規火力發電廠相同。該發電系統主要針對參數較高的干蒸汽地熱田，具有安全可靠，對環境影響小等優點，一般適用于高溫地熱能。比較圖2和圖3可以看出，干蒸汽發電系統與閃蒸發電系統非常相似，不同之處在于干蒸汽發電系統使用凈化分離器代替了閃蒸器，發電過程僅使用蒸汽，不產生任何含礦物質的鹵水，因此對環境造成的影響低于閃蒸發電系統。目前，全球共有63座干蒸汽地熱發電站，主要集中在美國、意大利和日本等國家，裝機容量約占全球地熱總裝機容量的22%。

雙工質發電系統

雙工質循環發電系統采用低沸點有機工質作為循環工質，地熱水不直接參與熱力循環循環中，按照循環工質的不同又可分為有機朗肯循環系統（organic Rankine cycle,ORC）和Kalina發電系統。ORC發電系統是采用低沸點有機工質，如鹵代烴(CFCs)、氫氯氟烴(HCFCS)、氫氟烴(HFCs)、烷烴(HCs)、有機氧化物和環狀有機化合物等。工作原理如圖4所示，低沸點有機工質通過換熱器與地熱流體進行熱量交換完成預熱和蒸發，再通過汽輪機做功發電，最后通過冷凝器冷凝后經工質泵回到換熱器完成循環。低沸點有機工質多數屬于易燃易爆品，對設備密封性要求更高。

Kalina循環采用氨水混合物作為循環工質，在較低溫度下會蒸發出氨氣使得循環溶液中氨水混合物組分產生改變，導致沸點溫度變化。氨水混合物在蒸發器中與地熱水進行熱量交換，產生氣液混合物后進入分離器氣液分離，分離出的飽和氨蒸氣送入汽輪機膨脹做功，驅動發電機發電；分離出來的氨水送入回熱器回收熱量。汽輪機排出的乏氣送入冷凝器凝結成氨水，在通過工質泵送入蒸發器進行再次循環。

雙工質發電系統在地熱發電中應用廣泛，具有設備緊湊、汽輪機尺寸小、運營成本低等優點。當地熱儲層溫度較低時使用閃蒸發電系統投入大、效率低，雙工質發電系統不僅可以利用85℃～170℃的地熱流體，而且在循環過程中，由于地熱流體與電力生產設備之間沒有直接接觸，所以可以有效防止發電設備腐蝕結垢。該發電系統能夠利用中低溫地熱資源的低品位能源，推動汽輪機做功發電，合理利用中低溫地熱資源。

增強型地熱系統

增強型地熱系統（Enhanced Geothermal Systems,EGS）指通過水力壓裂等技術手段在巖石中建造裂隙，形成巖石與流體的換熱空間，完成人工地熱儲層的建造，一般應用于干熱巖地熱資源。EGS發電過程是通過注水井將冷水加壓建造人工熱儲，冷水滲透巖層裂縫與高溫巖體接觸吸收熱量，再由生產井將熱水或水蒸氣提取至地面，通過換熱器完成換熱。我國干熱巖資源豐富，但目前僅停留在勘探開發階段。2015年5月，中國地質調查局組織在福建漳州實施了我國首個干熱巖科學鉆井，這標志著我國國家級干熱巖實踐正式拉開序幕。2017年，河北煤田地質局水文地質隊實施了干熱巖預查項目，鉆井井深4000 m，溫度為110℃。隨后，我國在青海共和盆地3705米深處成功鉆獲236℃高溫干熱巖，有望在2035年成功建設一到兩個干熱巖示范工程，實現干熱巖發電。2021年6月河北省唐山市馬頭營凸起區干熱巖開發關鍵技術研究與示范項目實現了干熱巖試驗性發電，這是我國首次實現干熱巖試驗性發電。

近年來，我國地熱能利用方式主要以直接利用為主，隨著地熱發電關鍵技術不斷突破，地熱開發利用逐漸向地熱發電方向延伸。地熱發電就是將地下熱能提取出來轉換成可供使用的電能，在發電過程中幾乎零排放，相比火力發電、水力發電更具有競爭力。結合我國地熱資源分布來看，分布在地中海-喜馬拉雅山地熱帶上的四川、云南、西藏等地是高溫地熱資源主要分布地區，具有非常大的發電潛力；隨著中低溫地熱發電在技術手段和設備研發取得突破，利用中低熱地熱資源發電持續增長；我國干熱巖資源豐富，利用干熱巖發電目前還在研發階段，與西方國家相比發展緩慢。中低溫地熱發電以及增強型地熱發電系統關鍵技術突破，將加快地熱資源的開發利用，為構建我國清潔低碳、安全高效的現代能源體系作出貢獻。