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許多地方都可以利用地熱能來發(fā)電。但是，每個地方都會面臨與地震隱患、腐蝕性蒸汽以及其他因素等有關(guān)的*挑戰(zhàn)。針對地理條件量身定制的發(fā)電廠，可以經(jīng)濟劃算地開發(fā)這種清潔、可靠的能源。

冰島具備理想的地熱發(fā)電條件。

地核溫度非常高，達6000℃，與太陽表面溫度相當。通過火山、溫泉和間歇噴泉等形式，人們可以在地表感受到這種熱能的威力。不過，人們可以為有益的目的開發(fā)這部分熱能，如地熱發(fā)電。事實上，全球地熱電廠的年總發(fā)電量已經(jīng)超過600億度。據(jù)國際能源署（IEA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，地熱能仍有巨大潛力尚待開發(fā)。到2050年，全球地熱電廠的年總發(fā)電量將增至1.4萬億度，占全球總發(fā)電量的3.5%。

然而，在實現(xiàn)這樣的增長之前，還需要完成大量改進。而這正是20多年來，Donald Leger一直在為之做準備的事。在西門子旗下子公司TurboCare，Leger從事第三方蒸汽輪機設(shè)計和維修優(yōu)化工作已有很長一段時間。自2012年起，他參與了西門子能源開展的新型地熱發(fā)電用蒸汽輪機項目。在他的職業(yè)生涯中，Leger曾經(jīng)歷過許多地熱電廠的建設(shè)。并非每個地方都適于進行地熱發(fā)電。不過，譬如，沿著大陸板塊交界處的環(huán)太平洋火山帶，許多地方的地熱發(fā)電條件特別好。在這些地方，地球內(nèi)部的能量很容易上升至地表，造成火山噴發(fā)，以及在淺層地殼里形成水溫很高的蓄水層，后者可用于發(fā)電。

然而，電廠選址還必須滿足其他條件。Leger說：“當然，開發(fā)地熱能的 地點是既擁有接近地表的高溫熱能，當?shù)赜钟杏秒娦枨蟮牡胤?。正因如此，美國西海岸、印度尼西亞、菲律賓、冰島和肯尼亞等都具備特別好的地熱發(fā)電條件。”

在歐洲，地熱發(fā)電早已在電能構(gòu)成中占有一席之地。20世紀初，意大利修建了*座地熱電廠?，F(xiàn)在，德國和瑞士等其他國家也在進行地熱發(fā)電。問題是，在中歐只有通過鉆探極深的地熱井，并采用非常復雜的工藝，才能汲取到足夠的熱水。在瑞士，這樣的鉆井作業(yè)已經(jīng)導致小型地震，繼而招致了 之聲。

不論地熱電廠建在哪里，其基本工作原理始終相同。向地底深處鉆探地熱井，直至達到水溫很高的蓄水層，這通常是在地下1000米以下的地方。在這個地層中，水壓一般在3.5至15巴之間。在壓力作用下，地層中的熱水沿地熱井涌上地表。由此得到的既有流水，也有蒸汽。這些溫度高達250℃的蒸汽可以驅(qū)動輪機以及與之相連的發(fā)電機。待其冷卻之后，將利用電泵將這些水回灌到地下高溫區(qū)。取決于水溫，可以利用多種不同的方法來進行地熱發(fā)電。如果水溫較低，約150℃左右，那么一般而言，地熱水將在一個封閉循環(huán)中通過熱交換，將熱能傳遞給沸點更低的有機工質(zhì)。轉(zhuǎn)化為蒸汽狀態(tài)后，這種工質(zhì)將驅(qū)動輪機。如果地熱水溫度較高，那么，來自地底深處的干蒸汽也可以被直接導入輪機。這能提高電廠的總體效率，同時降低發(fā)電成本。Michael Barth是西門子*地熱發(fā)電用蒸汽輪機開發(fā)負責人，他解釋道：“我們可以使用溫度高達250℃的蒸汽。蒸汽溫度越低，所含液態(tài)水分越多。我們必須首先清除這些水分，以確保不超過輪機允許蒸汽濕度。我們將這個過程稱為‘閃蒸’。大多數(shù)情況下，閃蒸需要使用安裝在輪機上游的離心機。”

除水分之外，還必須從蒸汽中清除其他物質(zhì)。這是因為在經(jīng)層層巖石滲出的過程中，含水蒸汽會吸收硫化氫、其他氣體、鹽分以及小礫石。位于輪機上游的系統(tǒng)可以清除許多這樣的物質(zhì)，但仍有殘余，對于直接使用從地底獲得的蒸汽的輪機而言，這是一個重大問題。

相比于常規(guī)蒸汽輪機電站使用的蒸汽，來自地底的物質(zhì)對輪機葉片及地熱發(fā)電裝置的其他組件造成的損害更加嚴重。這會導致腐蝕和侵蝕，從而降低效率。Barth說：“地熱發(fā)電用蒸汽輪機內(nèi)部的磨損程度，由電站廠址的地質(zhì)條件決定。取決于蒸汽質(zhì)量，每隔3到10年，必須對輪機進行一次*檢修。”

就地熱發(fā)電而言，每個廠址都是 的。必須相應(yīng)地調(diào)整蒸汽輪機、輪機級數(shù)和材料。

西門子生產(chǎn)的地熱發(fā)電用蒸汽輪機能夠很好地應(yīng)對這樣的條件——盡管2011年西門子才開始開發(fā)地熱發(fā)電用蒸汽輪機。要知道，西門子可以借鑒其常規(guī)蒸汽輪機開發(fā)經(jīng)驗，更重要的是，可以汲取旗下子公司TurboCare在維護其他公司制造的地熱發(fā)電用蒸汽輪機的過程中積累的豐富經(jīng)驗。Leger指出：“從TurboCare公司的維護工作中，我們懂得了如何開發(fā)適于在惡劣條件下運行的蒸汽輪機。現(xiàn)在，我們知道該使用哪些材料來最大限度地減輕腐蝕和侵蝕。”譬如，設(shè)計人員使用了耐腐蝕不銹鋼來制造輪機葉片。Barth補充道：“根據(jù)電站廠址出產(chǎn)的地熱蒸汽的化學成分，我們調(diào)整了用料，改良了設(shè)計。譬如，如果蒸汽具有超乎尋常的破壞力，那么，我們將提高制造葉片所用鋼材的含鉻量。為了應(yīng)對極端條件，我們使用了含鉻量高達12%的鋼材。此外，可能接觸到蒸汽的輪機部件均使用了高級鋼材，而不是普通鋼材。”西門子輪機規(guī)格齊全，輸出功率從5千千瓦到12萬千瓦不等。取決于蒸汽體積和壓力，還可以針對項目的特定條件，調(diào)整級數(shù)和葉片長度。由于來自地底深處的某些物質(zhì)可能對地表環(huán)境有害，因此，必須精心設(shè)計電廠及其設(shè)備，以處理不可凝氣體。其目的是利用電泵，將幾乎所有有害物質(zhì)回灌到地下。

地震前關(guān)閉。除惡劣的蒸汽輪機條件之外，開發(fā)人員還必須應(yīng)對另一個主要挑戰(zhàn)：地震。凡是火山活動活躍和大陸板塊經(jīng)常碰撞的地方，輕微地震總是不斷。正因如此，西門子蒸汽輪機配備了一個自動關(guān)斷系統(tǒng)，可在出現(xiàn)過度地震活動時，立即安全地關(guān)閉輪機。這降低了受損風險，因為在運行狀態(tài)下，輪機更容易受到外部震動的破壞。電廠地基必須具備抗震性能。盡管存在種種挑戰(zhàn)，但在適當條件下，地熱發(fā)電的回報是豐厚的，因為，它兼具常規(guī)電廠和可再生能源發(fā)電的優(yōu)勢。與風電場和太陽能電站不同的是，地熱電廠可以常年運行，因而可用于滿足基本用電需求。

此外，同可再生能源一樣，地熱發(fā)電不會產(chǎn)生燃料費用。然而，地熱電廠的規(guī)劃十分復雜。Leger說：“建造一座燃煤電廠相對容易一些，因為不論所用煤炭來自哪里，都可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)其壓力和溫度。但在規(guī)劃一座地熱電廠時，則必須首先對廠址進行地質(zhì)勘測，以確保有足夠的熱能和水源。”然后，開發(fā)人員將鉆探若干地熱井，以獲取地熱蒸汽或熱水。接下來，工程師將根據(jù)蒸汽成分、溫度及其他參數(shù)等，調(diào)整輪機。如此建成的地熱電廠將是較經(jīng)濟高效的發(fā)電設(shè)施之一。事實上，這樣的地熱電廠已經(jīng)可與常規(guī)電廠一較高下。據(jù)金融咨詢公司Lazard有限公司計算，地熱發(fā)電的單位成本約為90美元/1000度電。換句話說，地熱發(fā)電的成本通常低于太陽能發(fā)電。在條件*的地方，地熱發(fā)電系統(tǒng)甚至比燃煤發(fā)電廠還要經(jīng)濟高效。