蔡正敏 李煒杰 李剛 劉亮德

摘 要：本文對肯尼亞國家的地熱資源情況、地熱電站裝機容量進行了概述，并對主要使用的單級閃蒸凝氣式發(fā)電工藝和雙工質(zhì)空冷式循環(huán)發(fā)電工藝進行了對比和分析。結(jié)合肯尼亞的自然環(huán)境及氣候條件，分析了減少水資源消耗和增加回灌的重要性和迫切性，提出了采用空冷工藝對有效的保證地熱資源可持續(xù)發(fā)展的重要性。

關(guān)鍵詞：地熱發(fā)電；水資源；空冷工藝

中圖分類號：TE933.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0156-02

肯尼亞是東非經(jīng)濟發(fā)展最具活力的國家之一，近幾年來電力需求量以年均6.4%的速度遞增，然而電價過高、電力供應短缺成為制約其國民經(jīng)濟發(fā)展的主要瓶頸之一?？夏醽嗠娏χ饕獊碓从谌N能源：水力發(fā)電、火力發(fā)電和地熱發(fā)電，其中水力發(fā)電和地熱發(fā)電為環(huán)保型發(fā)電，不產(chǎn)生溫室氣體，且不存在燃料費用，發(fā)電成本較低。由于肯尼亞氣候分為旱季和雨季，受降雨量的影響，目前主要通過建立地熱電站來替代燃油發(fā)電和彌補水力發(fā)電的不足。整個肯尼亞裂谷已經(jīng)證實的主要地熱遠景區(qū)有14個，肯尼亞的理論地熱潛力為7000～10000兆瓦。

在地熱資源的形成和開發(fā)過程中都離不開水資源，然而肯尼亞卻又是典型的水資源嚴重短缺的國家，全國多年平均總降水量約為3580億立方米，其中3328億立方米的降水被蒸發(fā)掉，地表水僅為246億立方米，地下水為6億立方米?？夏醽喴荒暧袃蓚€雨季，長雨季一般在3～6月、短雨季在10～12月，其余均為旱季，人均年用水量只有650立方米，大幅低于全球人均1000立方米/年用水量。因此隨著地熱電站的大規(guī)模建設(shè)和運行，對水資源的合理利用越來越迫切，水資源的缺乏將越來越嚴峻。

1 肯尼亞地熱電站常見冷卻工藝簡介[1][2][3][4]

肯尼亞目前總地熱發(fā)電裝機容量為675MW，發(fā)電量約占全國發(fā)電量的50%。除集中式地熱電站外，肯尼亞還建有總裝機容量約81MW的井口地熱電站，另有小規(guī)模零散地熱電站，如表1。

根據(jù)裝機情況分析，肯尼亞地熱電站的發(fā)電模式分為采用單級閃蒸凝氣式汽輪發(fā)電機組和采用雙工質(zhì)空冷發(fā)電機組的發(fā)電工藝。

1.1 單級閃蒸凝汽式發(fā)電工藝（濕式冷卻塔）

在采用單級閃蒸發(fā)電工藝流程中，如圖1所示，兩相地熱流體先進入汽水分離器分離為蒸汽和鹵水，鹵水就近輸送至回灌井進行回灌，蒸汽進入汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電，乏汽進入混合式凝汽器冷卻成為凝結(jié)水，凝結(jié)水與冷卻水以混合狀態(tài)經(jīng)凝結(jié)水泵抽出凝汽器。冷卻水經(jīng)冷卻塔降溫后在凝汽器負壓引吸下重新進入凝汽器，實現(xiàn)循環(huán)冷卻。凝結(jié)水補充濕式冷卻塔的蒸發(fā)損失和排污損失，多余的水量在濕式冷卻塔水池溢流后用于回灌。肯尼亞單級閃發(fā)

電典型電站如圖2所示。

1.2 有機朗肯循環(huán)（ORC）空冷發(fā)電工藝（直接空冷塔）

在采用有機朗肯循環(huán)（ORC）空冷發(fā)電工藝流程中，如圖3所示，兩相地熱流體先進入汽水分離器，分離的蒸汽和鹵水均輸送至ORC地熱電站，用于加熱蒸發(fā)有機工質(zhì)。經(jīng)過回熱換熱器，再進入空冷凝氣器。經(jīng)回熱器加熱的液態(tài)工質(zhì)先進入預熱器，再進入蒸發(fā)器，由地熱蒸汽進一步加熱實現(xiàn)蒸發(fā)氣化，高溫高壓工質(zhì)蒸汽輸送至有機工質(zhì)汽輪機，推動汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電?？夏醽哋RC發(fā)電典型電站如圖4所示。

2 地熱電站中空冷技術(shù)的優(yōu)勢

目前，肯尼亞大多數(shù)的地熱電站采用濕式冷卻塔進行冷卻，用水作為循環(huán)冷卻劑，從系統(tǒng)中吸收熱量排放至大氣中，通過蒸汽揮發(fā)帶走熱量達到蒸發(fā)散熱的作用。因此在運行的過程中需要消耗大量的水，當前肯尼亞奧卡瑞地熱田中的地熱電站水源來自附近的納瓦沙（Naivasha）湖，通過管道輸送的方式將湖水供給地熱電站。

根據(jù)資料顯示，奧卡瑞地區(qū)常年平均溫度在25℃左右，這些電站每小時揮發(fā)到空氣中的蒸汽高的驚人，地熱電站長期運行會浪費大量的淡水資源，盡管由于地熱蒸汽在發(fā)電做功后凝結(jié)成水補充了一部分損失，但是隨著地下蒸汽的大規(guī)模開采需要地面進行回灌補充，否則難以保證地熱田能長期提供高品質(zhì)的蒸汽，如果地下水補充不及時，會嚴重影響整個地熱田的資源品質(zhì)，地熱蒸汽的壓力和溫度衰減的會非常快，目前納瓦沙湖水位下降進度很快，且水量有限。

因此，近幾年來肯尼亞政府一直鼓勵采用空冷技術(shù)的地熱電站建設(shè)，目前奧瑪特公司已建成140兆瓦的大型雙工質(zhì)空冷式地熱電站。地熱電站的空冷系統(tǒng)包括直接空冷和間接空冷系統(tǒng)。

（1）直接空冷系統(tǒng)——系利用機械通風使汽輪機排出的工作介質(zhì)在空冷凝汽器中凝結(jié)，一般由空冷器、風機和凝結(jié)泵等組成。

（2）間接空冷系統(tǒng)——系統(tǒng)由表面式凝汽器、空冷器、循環(huán)水系統(tǒng)與空冷塔等組成。

采用空冷技術(shù)具有實現(xiàn)全部回灌、防止腐蝕、不排放霧氣團、沒有熱污染、沒有淋水噪聲、整個地熱電廠實現(xiàn)廢水的零排放。

盡管間接空冷系統(tǒng)也會消耗一部分水，但是比起濕式冷卻塔還是節(jié)約了大量的蒸發(fā)掉的循環(huán)水?？绽浼夹g(shù)是一個正在逐漸的取代冷卻塔這種需消耗大量淡水資源且會造成環(huán)境污染的技術(shù)，目前空冷技術(shù)在肯尼亞地熱電站的開發(fā)中越來越引起重視。

3 結(jié)語

綜上所述，盡管地熱能是一種清潔能源，但是開發(fā)利用過程中引起的水資源消耗問題是急需解決的問題，蒸發(fā)冷卻方式引起的環(huán)境問題得到持續(xù)的關(guān)注，空冷技術(shù)的優(yōu)勢使其在地熱電站工藝的應用具有很廣闊的前景。

參考文獻

[1]蔡正敏，等.肯尼亞井口地熱電站的環(huán)境因素分析[J].科技視界，2015，（33）：84.

[2]蔡正敏，等.淺談基于肯尼亞Olkaria地熱資源的地熱電站環(huán)保措施[J].科技視界，2015，（11）：60.

[3]長城鉆探工程有限公司.中國石油集團長城鉆探工程有限公司肯尼亞地熱發(fā)電項目4×3MW井口先導試驗電站可行性研究報告，2014.

[4]（美）迪皮珀.地熱發(fā)電廠[M].北京：中國石化出版社，2016.