1、PDF外文：http:/ 4300 字 出处： Zeyghami M. Thermoeconomic Optimization of Geothermal Flash Steam Power PlantsC/Proceedings World Geothermal Congress 2010. 2010. 地热闪蒸发电厂的热经济优化 迈赫迪 关键词 ： 热经济学模型， 一级扩容（闪蒸），二级扩容（闪蒸） ，优化。 摘要 ： 地热闪蒸发电是目前最广泛的发电技术 。是利用饱和热蒸汽和热地下水闪蒸后对汽轮机做功发电。在相同的条件下，双闪蒸发电量比单闪蒸
2、发电量高。然而，二级闪蒸发电技术成本比较高。本文提出了对一级闪蒸和二级闪蒸发电技术的优化方案。经过考虑，将 分离器和闪蒸罐 （仅二级闪蒸器） 压力作为独立变量 ，用客观分析和数值计算分析对比，寻找在不同流体下，单闪蒸和双闪蒸发电技术的最佳参数，使经济成本最低。 从 5 到 150MV 大小的 发电站 当中得出分析 结论， 在投资成本和运行维护成本当中考虑规模的经济 ， 使用单双闪 蒸地 热发电 站 最小发电成本和净功率输出的结果是为了提出不同的流体温度和流量。 1. 引言 地热能是藏在地球内部的自然热能。这种能量在特定的地区以热水和蒸气的形式存
3、在。热液系统是天然的地热资源，是在地下熔岩把水加热成热水和蒸汽，以热水（主导系统）和蒸气（主系统）的形式存在。对于地下热流体通过打井到合适的深度取出地下热水，热流体可以根据自身的压力自然流动到地面或者通过泵来把热流体输送到地面来。 在液体系统中压力占主导地位，在井口降低压力时有些热流体会变成蒸汽，这 样会在井口得到低质量的水蒸气混合物。闪蒸器是最常用的将这个热能转换成机械能来发电的方法之一。单闪蒸汽发电厂通常设立在以热流体为主导的热地田中。术语“单闪”表示地热流体经过一次闪蒸系统。闪蒸是指将热流体压力降低到饱和压力一下，使液体温度发生变化得到液体和蒸汽的混合物。为了实现更高质量的流
4、体混合物经过单闪蒸推动涡轮机发电，该热流体应该有恒定的焓流，经过一次分离器后蒸汽用于推动涡轮机，将热能转换成机械能发电，液体部分由井重新注入到地下。 由于流体在分离器中是高温且相对质量比较低，排出的高温高流速的蒸汽用于推动涡轮机发电。为了不浪费排出的热流体能量，使用于二次闪蒸，二次闪蒸所得的低压蒸汽送到涡轮机相同压力段或者送到另一个涡轮机的下一段。在相同热流体的条件下，二次闪蒸发电比一次闪蒸发电高 15-25%电量。但是这样的发电系统更复杂，费用高并且需要更多的维护。 在世界上所有的地热发电中，闪蒸发电占主导地位。根据 （ Dipippo） 可以获得有效的数据。在世界上
5、 32%的发电厂的设计是一级闪蒸发电， 14%的发电厂的设计是由双闪蒸发电。 对于一个单闪蒸发电站 ，分离器压力对于从提取出的地热流体生成的能源量和性能周期有显著的效果。 对井口的流体有特殊的条件，分离压力太高会使更高的高压蒸汽离开分离器。因此，蒸汽在蒸汽机入口处有更高的工作电位。然而，通过降低闪蒸压力来增大在分离器中混合物的质量，这样会在蒸汽机入口产生更高流速的蒸汽。然而，蒸汽的可用能源（火用）会有所降低。因此，对单闪蒸发电厂来说，分离器压力是一个关键设计参数，对电力和发电系统的性能有重大的影响。对双闪蒸发电站，闪蒸压力也是一个重要的设计参数。对闪蒸汽发电站评价，设计参数应该选择
6、发电量最高并且发电成本最低 的参数。 本次的首要目的是介绍地热闪蒸蒸汽动力热经济学模型，基于这种模型的单双闪蒸发电站的设计参数优化使得在相同条件下比较利用 这些电站成为可能。为了实现这一目标，闪蒸发电站的净输出功率是通过用热力学平衡和循环规律在不同的地热流体问下下计算出来的。经过考虑经济因素的影响，热经济学目标函数被定义为电站的发电成本。然而，即尽量减少相应的设计变量值，目标函数的采用数值代入法计算。分析的结果可以跟不同条件的地热闪蒸发电站对比。所分析的功率容量范围为 5150 兆瓦。 2热力学分析 2.1 单闪蒸系统（一级闪蒸） 典
7、型的单闪蒸发电站的示意图如图 1 所示，能量循环的 T-S 图为如图 2，如井里的地热源到热卤水的流动经历了一个恒定焓压降过程。这个过程是一个绝热节流过程，它的结果是使井口形成低质量的饱和混合物。流体经过闪蒸分离器节流后在分离器中形成高质量的混合物（ 2），其中流体被分成干蒸汽（ 3）和饱和液体（ 4），后者被重新注入到地下。总的干蒸汽的一小部分地热流体流动到电站，膨胀推动涡轮机（ 5）做功产生电力。从涡轮机排出的蒸汽在直接接触时冷凝器中与来自冷却塔的冷却水（ 8）混合后排出，从冷凝器排出的液体是饱和液体（ 6）。大多数被污水 泵抽到冷却塔（ 7）重新利用，其余部分重新注入到地下。液体在冷却塔
8、损失热量后再次进入冷凝器与涡轮机排出的蒸汽混合。 图 1 工作液体条件下，通过质量和能量的循环位置守恒定律和热力学性质来评价的的不同的方法已被提交到 （ Dipippo） (2007)且不再本文中重复。一个模拟代码程序已经在Visual Basic 中开发并且有必要时能在短时间内高精度计算。如果流体在不同点的循环条件是已知的，它就很容易计算出电站的性能特征。 由涡轮机产生的总功率计算方程如下 1： WT.S=mS(3)XhS(3)-hS(5) &n
9、bsp; (1) 其中 m 是所述工作流体的质量流速， h 是焓值，下标 s 表示单闪蒸系统。寄生功率 占总功率的 5%： Wnet.s =0.95XwT.S (2) 地热发电站不是利用蒸汽循环，但是这
10、里涉及到一系列的能量转换过程。比较有效的热力学基础在地热热力完全转换过程中提供利用系数。利用系数的定义为净产出和理想的工作流体初始状态和水槽（最低温度放热）（ 3）之间的热量之比。利用系数在一个单闪蒸发电厂可以用方程 4 表示，理想工作时的方程 5 Ein.S是地热能资源的最大可利用能量， T0是散热片的温度， h0和 S0是焓和在周围压力和温度下的流体熵 。 假设井口的流体为饱和液体。因此，可以知道流体流动到这一点的的 速度和温度，热力学状态下的热流体流量也可以知道。冷凝压力（在 5 点）取决于冷却介质的特点和冷却塔的设计。一个较低的冷凝压力的结果是会产生更高的利用率
11、。因为这项研究的目的是对单双闪蒸发电站在相同条件下比较，冷凝压假定为常数，冷凝压力假定为恒定在 12.3KPa 的系统，剩下的唯一的设计变量是分离器的压力。 如果优化的目的是获得最高利用率，循环的净输出功率将被目标函数适当的优化（在这种情况下，最大化）。但是，考虑到电站发电成本为目标函数，有可能从经济上分析这两个系统。 2.2 双闪蒸系统 一个双闪蒸发电站及其 T-S 示 意图分别为如图 3 和 4。在一个双闪蒸发电站来说，盐水从分离器（ 4）流到闪蒸罐（ 5），这是二次经过低压分离器。在闪蒸罐（ 5）中，饱和液体在较低的压力下闪蒸，蒸汽部分流到涡轮机低压级。从闪蒸罐剩余的部分液体注入到地下。其他部分循环跟单闪蒸发电厂原理一样。从发电厂出来的盐水有较低的可用能量，从而在能量转换过程中减少损失。
