肯尼亚井口地热电站的环境因素分析

【摘 要】本文对地热电站运行过程中的主要环境因素进行了识别，以肯尼亚奥卡瑞地区井口地热电站为例进行了分析和定量计算，为有效地控制和防止地热电站运行中的环境污染提供了理论依据，保证了地热资源的可持续发展。

【关键词】环境因素；环境识别；井口电站

0 引言

地热能作为可再生能源越来越被世界各国重视和开发利用[1]。肯尼亚位于非洲东部，东非大裂谷纵贯南北，地热资源十分丰富，地热发电潜力估计为10000MW。随着经济的快速发展，肯尼亚对电力需求量逐步增加。根据肯尼亚电力照明有限公司公布的数据显示，2011年肯尼亚全国电力需求峰值为1200MW，2012年电力需求峰值为1221MW，2013年电力需求峰值增加到1334MW，电力需求的峰值以大约8%递增。截止2013年，肯尼亚全国装机容量约为1672MW，其中水电装机容量约为820MW，因此一旦肯尼亚出现干旱等缺水现象就会引起发电量严重不足，无法满足用电需求[2]。

肯尼亚政府目前大力推进开发地热资源，目标在近几年将地热发电能力由现在的255MW提高到约600MW。由于地热能发电与火电系统采用的纯蒸汽截然不同，其工作介质是从地热井中喷射出的热流体（蒸汽、热水及其混合物），含有腐蚀性很强的气体、离子或杂质， 因此在开发的过程中极易造成环境污染[3]。

1 肯尼亚地热电站中的环境因素识别

随着肯尼亚地热电站开发大规模的开展，环境问题越来越突出。环境问题中的管理体系核心内容包括：制定环境方针、识别环境因素、评价重要环境因素、确定相关法律法规和其他要求、建立环境目标、指标，制定实施方案等[4]。

肯尼亚地热田中唯一商业开发是奥卡瑞地热田，海拔高度约为2000米，周围主要是花卉和园艺耕作区、牧场、野生动物保护区、旅游和居住区、基础设施等，是Hell’s Gate和Longonot国家公园野生动物的重要分布区域，周边地区人口稀少，主要包括Maasai、Kamere社区居民以及来自周边花卉农场、肯尼亚野生动物保护局、肯尼亚发电公司及其承包商的员工。因此，该地区地热电站所处的环境包括：大气，水，土地，矿藏，森林，草原，野生动物，野生植物，风景旅游区，温泉疗养区自然保护区生活居住区等，涉及的主要环境因素有：热污染、水污染、空气污染、土壤污染、地面沉降诱发地震、噪声污染、地热水的可用性、固体废弃物、土地利用对植物和野生动物的影响经济和文化因素等。

本文以位于奥卡瑞（Olkaria）地热田东北区，总装机容量12MW，采用4×3MW凝汽式汽轮发电机组的井口地热电站为例对地热电站在开发和运行过程中的环境因素进行详细的识别和分析[5]。

（1）井口地热电站引起的热污染

奥卡瑞地区井口地热电站由于大多采用开放式冷却塔对循环水降温，电站运行过程中必然会向周围大气和水体排放大量的热量，使周围空气的温度上升。

根据资料显示，奥卡瑞地区的常年平均温度在25℃左右，根据计算和测量该井口电站每小时挥发到空气中的蒸汽就达96吨左右，整个电站周围的局部温度大幅升高。由于风力作用，整个电站周围的环境温度明显高于相邻地区温度5℃以上，一定程度上影响了周围的动植物的生长，破坏了该地区的大气环境。

（2）空气污染

地热电站排放的污染物主要是运行过程中的不凝气体（NCG），内含H2S、CH4、N2、O2、H2、CO2等气体，由抽真空系统排入大气。

a.硫化氢（H2S）污染

该地区的地热蒸气或地热水都不同程度地含有H2S气体，是一种易燃的有毒气体，在浓度10～500ppm下，其就可导致头痛，在浓度500～700ppm下，几分钟就可导致意识丧失，同时对金属材料有严重的腐蚀作用。

根据该地热电站的蒸汽及卤水数据保守计算，不凝结气体为地热蒸汽的质量1%，H2S的排量计算值为4.84Nm3/h，由冷却塔稀释后排气的H2S浓度为1.86ppm，虽然低于世界卫生组织及世界银行所规定的10ppm所容许排放的最高浓度，但是长期对空的排放对整个地区的空气质量造成了很大的破坏。

b.二氧化碳（CO2）污染

CO2不属于有害气体，但是作为温室气体，其产生的温室效应对环境有显著影响，是地热流体中不凝气体的主要成分一般含量在80%～95%之间。

根据计算，该井口电站的冷却塔排气的总CO2浓度估计为453.6Nm3/h，经冷却塔排气稀释的冷却塔排放物CO2浓度估计为174.5ppm，长期的排放使该区域的环境温度明显高于相邻地区的温度5度以上。

（3）水污染

由于地热蒸气形成水的过程中一部分有害的元素如坤、汞、镉、氟和硼等物质会析出，特别是地热水中含有的各种盐类甚多，将含有这些有害元素的地热水排入河流和其他水体中去也将造成水体污染。

根据测量和计算，该井口地热电站每小时排废水近50吨。如果处理不当会造成严重的水体污染。

（4）土壤污染，草原生态破坏

地热水中都含有大量的盐类排入农田会造成严重的土壤板结和盐碱化，如果不注意水污染防治对于地下水及附近草原将存在着潜在的严重危害。

（5）噪声污染

地热电站的主要噪声来源为汽轮发电机组产生的噪声，大概为80分贝左右，应对机组设置消音罩壳。另一个噪声源为蒸汽排汽消声器，当机组故障时，短时的蒸汽排汽產生的，其噪声值可达120dB以上。该电站的运营和建设极大的影响了该地区野生动物的生活，使得动物远离电站，主要活动在奥卡瑞地热田的周围草原，影响了草原的生态活动。

（6）地面沉降和诱发地震

由于地热储层进行长期地热流体开采，使热储压力下降从而导致软质松散地层或受水热长期侵蚀过的岩层的地面沉降和水平位移。为了防止地面沉降，延长热储寿命和减轻地热水的环境污染。因此，在肯尼亚奥卡瑞地区地热田的边缘打了很多回灌井，将温度较低的回灌水进入储层边缘温度较低的地层进行加热，补充地层的亏空，同时也不降低高温地层中热储温度。

（7）文化因素

由于地热电站的建立，奥卡瑞地区大批的当地原始人群被迫迁移，原始村落被拆迁，当地人文环境发生了巨大变化，人们的生活方式由散居变成了集中新村居住，很多特色生活风俗和文化遗迹逐渐消失。

2 结论

综上所述地热能开发利用过程中引起的环境问题是不容忽视的，对于这些问题只要人们正确认识，给予必要的重视并且积极认真地加以研究，采取各种有效的技术措施严格监测和防治是有可能解决或控制的，保证地热开发的可持续性发展。

【参考文献】

[1]地热和地热发电技术指南[S].西藏地热工程处（译）.水利电力出版社，1988，2.

[2]P. A. Ouma，Analysis of well test data for Olkaria westandpreliminary assessment of its power potential，Proceedings 15th Geothermal Workshop 1993[Z].

[3]Ronald DiPippo， Small geothermal power plants：design， performance and economics， Mechanical Engineering Deparment， Unversity of Massachusetts Dartmouth， North Dartmouth， Massachustts 02747， GHC Bulletin， June 1999[Z].

[4]Peter Bayer， Ladislaus Rybach， Philipp Blum， Ralf Brauchler， Review on life cycle environmental effects of geothermal power generation， Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2013，26：446-463[Z].

[5]C. Coskun， Z. Oktay， I. Dincer， Performance evaluations of a geothermal power plant ， Applied Thermal Engineering， 2011， 31（17-18）：4074-4082[Z].

[責任编辑：汤静]

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