1、地热发电

我国中低温热源丰富，特别是中低温工业余热，利用率低，造成大量的能源浪费和热污染。针对90-150℃的中低温余热品位低、规模小的特点，现有的蒸汽发电方式设备庞大、效率不高。为提高发电效率，减小设备体积，可采用有机朗肯发电方式，利用余热加热有机工质，通过有机工质的高压方式驱动膨胀机发电，减小了系统体积，提高了效率。依托863课题，开发出高效有机工质动力膨胀机，研发了高效蒸发冷凝技术，形成了便于运输的百千瓦级模块化地热发电机组。研制的径向轴流式有机朗肯模块化发电机组，装机容量300kW。在广东丰顺进行了示范运行，在热源温度91℃，冷却水25℃工况下，每吨地热水发电1.6kW.h，膨胀机内效率大于80%，热电效率大于5%。节省了占地，提高了效率和发电量。

该300kW有机朗肯模块化发电机组采用了如下创新工艺和技术：

u 采用降膜蒸发技术，工质充注量小，换热系数高，节省管材，总换热系数达到1300W/m2/K以上；

u 全封闭技术，膨胀机和发电机全封闭，实现了工质的零泄漏，可以采用碳氢化合物等便宜工质；

u 采用径向轴流膨胀叶轮，结构简单，制造容易，费用低，转速高，体积小，系统效率高；

u 膨胀机和发电机主轴直连，没有减速齿轮，效率高；

u 发电机和膨胀机主轴立式布置，减小了摩擦和振动，提高了效率。

300kW有机朗肯模块化发电机组               降膜蒸发                   径向轴流式叶轮

目前的研究方向为：

（1）先进的发电循环系统研究，目的是提高系统热电效率；

（2）有机朗肯发电装备研发，旨在减小装机成本，积极进行产业化推广。

基本朗肯循环                  闪蒸朗肯循环                    两级朗肯循环

2、中高温地热井井下防垢除垢理论和实验研究

自2014年开始，与中石化新星石油公司合作项目“甘孜地热发电关键技术研究”，主要解决的问题之一为地热井下结垢。甘孜地热井井深1847 m，属于自喷井，放喷三天，井口和地表管线结垢严重。

井口结垢                                  地表输运管线结垢

地热水化学类型属于HCO₃-Na型。雷兹诺数为5.58，结垢程度中等。结垢成分主要为CaCO₃，含量大于90%，SiO₂的含量极少。

目前的研究方向为：

（1）地热气液成分以及不凝气体的规范化取样和测试；

（2）基于CaCO₃溶解平衡的热储平衡体系重建；

（3）多元素电解质体系内沿井深方向各离子浓度场和压力、温度场构建；

（4）理论和实验研究结垢位置和结垢速率；

（5）不凝气体（氮气、甲烷和硫化氢等）种类和含量对结垢位置和速率的影响；

（6）实验室内阻垢剂性能检测及优选；

（7）井下阻垢工艺研究。

结垢位置速率确定以及阻垢实验台                           井下阻垢工艺设计

井下结垢位置确定（结垢位置为井下273m）

3、地热单井强化换热

开展地热单井取热存热研究，通过地下同心套管（外壁金属管与岩石换热，内壁保温管）实现全封闭存取热，解决了开式地热取热系统结垢腐蚀的问题。地热单井取热方式占地小，施工方便，而且可以利用我国大量的废弃油气井改造为单井地热，具有良好的应用前景。针对目前岩石导热系数小，单井取热和存热量小的瓶颈问题，课题组主要研究方向为强化岩石换热，提高单井取热和存热量。

地热单井采热系统