地热资源开发利用技术是一门多学科的综合技术,涉及资源勘查与评价、钻井成井工艺、尾水回灌、梯级利用、高效运营、保温与换热、防腐防垢、热泵和发电等技术。

目前,国内有国家地热能中心、中科院地质与地球物理研究所、中科院广州能源所、中国地质科学院水文与环境地质研究所及原地矿部所属的水文调查研究院等多家科研机构和石油大学、地质大学、清华大学、吉林大学等高校,开展了地热资源开发利用技术研发,初步建立了一套与中国地热资源特点相适应的技术体系,指导了地热资源勘查开发利用实践。                                                 


1、地热资源勘查与资源评价技术

地热资源勘查技术。以电法、大地电磁法为主,在西藏、天津、北京、陕西、河北、河南、山东、四川、新疆等地地热资源勘查中得到了广泛应用。

地热资源评价技术。以热储体积法最为成熟,国土资源部2009年组织开展《全国地热资源潜力评估》,该成果已于2014年11月发布,确定了地热开发有利目标靶区。



2、地热钻井成井工艺技术

针对不同深度、地层和岩性,形成了适合不同热储类型的井身结构优化设计、低密度流体钻井、热储层物性录井、测井及有效储层评价等地热井钻井成井工艺技术体系。中石油联合中石化在肯尼亚OLKARIA地区施工了一批高温地热井,最高地层温度达到了350℃,初步形成了高温定向钻井、井筒降温、钻头选型、空气泡沫钻井液等高温地热井钻井技术。                                                         


3、地热尾水回灌技术

地热尾水回灌技术,对于地热资源保护、减少资源浪费、延长生产井寿命以及减少环境污染等方面具有重要作用。中国石化集团开展了回灌技术攻关,实现灰岩热储层100%回灌,砂岩地层回灌取得阶段性成果(山东商河、乐陵试验井回灌率超过80%,陕西咸阳正在进行回灌试验:文林2号井回灌系统已经取得国家专利局颁发的“砂岩地热尾水经济回灌系统”技术专利,自然回灌量连续两个采暖季保持在100m /h以上,最大瞬间回灌量达148m/h,回灌率达到100%。),天津等地也在积极推进尾水回灌。回灌技术对改变地热资源直接利用领域滥采滥排、污染环境、低水平开发、不可持续具有重大意义。 

                                      
          尾水回灌技术示意图


4、地热资源梯级利用技术

根据“品位对口,梯级利用”的用能思想,实现地热发电、建筑高效供热制冷、工农业生产和温泉沐浴的梯级利用,大幅度提高地热能的转化与利用。



5、地热、余热发电技术

地热、余热发电技术有四种类型:干蒸汽发电法、扩容(闪蒸)发电法、双工质循环发电法和全流循环式发电法。

干蒸汽发电法,是世界上最早的地热能发电技术,单机装机规模大,发电成本低,对地热资源类型要求高,适用于地热温度在150℃以上的高温干蒸汽资源。

扩容闪蒸发电法,适用于地热温度90℃-150℃,设备工艺简单,技术成熟,全球应用最广泛,但整体热效率和经济效益不高。由于我国地热资源以中低温为主,主要采用扩容闪蒸蒸汽发电技术。

干蒸汽发电系统


闪蒸发电系统

双工质循环发电法,较适用于地热资源的低温段,以低沸点有机物为工质,在流动系统中获取热能产生有机质蒸汽,带动发电机发电。目前主要有机朗肯循环和卡琳娜动力循环两种双工质发电法。

全流循环式发电法,汽水混合的地热流体直接通过特殊设计的膨胀机一边膨胀一边做功,目前国内羊易地热田装有两套机组。根据不同的热源条件,螺杆膨胀机也可用于闪蒸发电法和双工质循环发电法。

双工质发电系统



全流循环式发电系统


6、复合能源利用系统集成技术

通过地热能、太阳能、生物质能等可再生能源及工业余热和常规能源的复合能源利用,结合能源动态调节技术进行系统集成,提高能源开发利用效率。2013年新星公司已经开展了辛集多能源集成建设。



7、智能管理、高效运营信息化系统技术

通过建设监测站网,实时监测、评价系统各环节能耗,采取气候补偿、热平衡调节、自动控制等技术优化系统运营,提高热效率,降低运行成本,提高系 统运行稳定性、安全性。目前,在咸阳、雄县、辛集、乐陵、下二门等多个地热站已经开展了自动化运营监测。                                                         

三维地热资源实时数据监控系统


8、蓄能技术

利用蓄能设备在用能系统不需要能量或用能量小的时间内将能量储存起来,在系统需求量大的时间将这部分能量释放出来。结合电力系统的分时电价政策及用能需求,可以采用冰蓄冷、水蓄冷、水蓄热技术,降低运行成本。          


9、高效换热技术

换热器在中央空调及工业、民用供热领域应用非常广泛,通过对换热器板型、流道、板间距等进行技术优化,提高传热效率,降低运行成本。针对性的开展高矿化度、油田废水、原油等不同类型的换热技术研究,取得了一系列成果,在地热、余热利用项目中广泛应用。

可拆板式换热器


螺旋板式换热器


壳管式换热器


10、地热利用防腐防垢技术

地热水矿化度一般比较高,水质具有较强的结垢性和腐蚀性,严重影响管道和设备的使用寿命和正常运行。

国内在水系统设备腐蚀和结垢技术方面做了大量工作,形成了高分子防腐涂层等系列核心技术,取得了很好的应用效果。


11、尾水处理及矿物提取技术

地热尾水净化是在难以经济回灌地区实现地热资源有效开发利用的技术途径。通过《咸阳高含硼地热尾水处理及综合利用先导试验》研究,解决了高含硼地热尾水净化的技术路线,处理后的水质分别达到洗浴水、自来水及纯净水标准。从高含硼地热水中提取纯度大于99%工业级硼酸及硼砂技术已储备。                        

水处理试验厂房


反渗透设备

信息来源:地热能Online