空冷工艺在肯尼亚地热资源开发中的应用前景

摘 要：本文对肯尼亚国家的地热资源情况、地热电站装机容量进行了概述，并对主要使用的单级闪蒸凝气式发电工艺和双工质空冷式循环发电工艺进行了对比和分析。结合肯尼亚的自然环境及气候条件，分析了减少水资源消耗和增加回灌的重要性和迫切性，提出了采用空冷工艺对有效的保证地热资源可持续发展的重要性。

关键词：地热发电；水资源；空冷工艺

中图分类号：TE933.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0156-02

肯尼亚是东非经济发展最具活力的国家之一，近几年来电力需求量以年均6.4%的速度递增，然而电价过高、电力供应短缺成为制约其国民经济发展的主要瓶颈之一。肯尼亚电力主要来源于三种能源：水力发电、火力发电和地热发电，其中水力发电和地热发电为环保型发电，不产生温室气体，且不存在燃料费用，发电成本较低。由于肯尼亚气候分为旱季和雨季，受降雨量的影响，目前主要通过建立地热电站来替代燃油发电和弥补水力发电的不足。整个肯尼亚裂谷已经证实的主要地热远景区有14个，肯尼亚的理论地热潜力为7000～10000兆瓦。

在地热资源的形成和开发过程中都离不开水资源，然而肯尼亚却又是典型的水资源严重短缺的国家，全国多年平均总降水量约为3580亿立方米，其中3328亿立方米的降水被蒸发掉，地表水仅为246亿立方米，地下水为6亿立方米。肯尼亚一年有两个雨季，长雨季一般在3～6月、短雨季在10～12月，其余均为旱季，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。因此随着地热电站的大规模建设和运行，对水资源的合理利用越来越迫切，水资源的缺乏将越来越严峻。

1 肯尼亚地热电站常见冷却工艺简介[1][2][3][4]

肯尼亚目前总地热发电装机容量为675MW，发电量约占全国发电量的50%。除集中式地热电站外，肯尼亚还建有总装机容量约81MW的井口地热电站，另有小规模零散地热电站，如表1。

根据装机情况分析，肯尼亚地热电站的发电模式分为采用单级闪蒸凝气式汽轮发电机组和采用双工质空冷发电机组的发电工艺。

1.1 单级闪蒸凝汽式发电工艺（湿式冷却塔）

在采用单级闪蒸发电工艺流程中，如图1所示，两相地热流体先进入汽水分离器分离为蒸汽和卤水，卤水就近输送至回灌井进行回灌，蒸汽进入汽轮发电机组做功发电，乏汽进入混合式凝汽器冷却成为凝结水，凝结水与冷却水以混合状态经凝结水泵抽出凝汽器。冷却水经冷却塔降温后在凝汽器负压引吸下重新进入凝汽器，实现循环冷却。凝结水补充湿式冷却塔的蒸发损失和排污损失，多余的水量在湿式冷却塔水池溢流后用于回灌。肯尼亚单级闪发

电典型电站如图2所示。

1.2 有机朗肯循环（ORC）空冷发电工艺（直接空冷塔）

在采用有机朗肯循环（ORC）空冷发电工艺流程中，如图3所示，两相地热流体先进入汽水分离器，分离的蒸汽和卤水均输送至ORC地热电站，用于加热蒸发有机工质。经过回热换热器，再进入空冷凝气器。经回热器加热的液态工质先进入预热器，再进入蒸发器，由地热蒸汽进一步加热实现蒸发气化，高温高压工质蒸汽输送至有机工质汽轮机，推动汽轮发电机组做功发电。肯尼亚ORC发电典型电站如图4所示。

2 地热电站中空冷技术的优势

目前，肯尼亚大多数的地热电站采用湿式冷却塔进行冷却，用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，通过蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热的作用。因此在运行的过程中需要消耗大量的水，当前肯尼亚奥卡瑞地热田中的地热电站水源来自附近的纳瓦沙（Naivasha）湖，通过管道输送的方式将湖水供给地热电站。

根据资料显示，奥卡瑞地区常年平均温度在25℃左右，这些电站每小时挥发到空气中的蒸汽高的惊人，地热电站长期运行会浪费大量的淡水资源，尽管由于地热蒸汽在发电做功后凝结成水补充了一部分损失，但是随着地下蒸汽的大规模开采需要地面进行回灌补充，否则难以保证地热田能长期提供高品质的蒸汽，如果地下水补充不及时，会严重影响整个地热田的资源品质，地热蒸汽的压力和温度衰减的会非常快，目前纳瓦沙湖水位下降进度很快，且水量有限。

因此，近几年来肯尼亚政府一直鼓励采用空冷技术的地热电站建设，目前奥玛特公司已建成140兆瓦的大型双工质空冷式地热电站。地热电站的空冷系统包括直接空冷和间接空冷系统。

（1）直接空冷系统——系利用机械通风使汽轮机排出的工作介质在空冷凝汽器中凝结，一般由空冷器、风机和凝结泵等组成。

（2）间接空冷系统——系统由表面式凝汽器、空冷器、循环水系统与空冷塔等组成。

采用空冷技术具有实现全部回灌、防止腐蚀、不排放雾气团、没有热污染、没有淋水噪声、整个地热电厂实现废水的零排放。

尽管间接空冷系统也会消耗一部分水，但是比起湿式冷却塔还是节约了大量的蒸發掉的循环水。空冷技术是一个正在逐渐的取代冷却塔这种需消耗大量淡水资源且会造成环境污染的技术，目前空冷技术在肯尼亚地热电站的开发中越来越引起重视。

3 结语

综上所述，尽管地热能是一种清洁能源，但是开发利用过程中引起的水资源消耗问题是急需解决的问题，蒸发冷却方式引起的环境问题得到持续的关注，空冷技术的优势使其在地热电站工艺的应用具有很广阔的前景。

参考文献

[1]蔡正敏，等.肯尼亚井口地热电站的环境因素分析[J].科技视界，2015，（33）：84.

[2]蔡正敏，等.浅谈基于肯尼亚Olkaria地热资源的地热电站环保措施[J].科技视界，2015，（11）：60.

[3]长城钻探工程有限公司.中国石油集团长城钻探工程有限公司肯尼亚地热发电项目4×3MW井口先导试验电站可行性研究报告，2014.

[4]（美）迪皮珀.地热发电厂[M].北京：中国石化出版社，2016.

推荐访问:肯尼亚 地热 资源开发 前景 工艺