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地热能发电
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地热能发电（英语：Geothermal power）是指以地热能为动力来源，以驱动发电机产生电力。地热能发电技术主要可分为干蒸汽（Dry Steam）、闪发蒸汽（Flash Steam），以及双循环（Binary cycle）三种。目前全球已有29个国家或地区有地热能发电营运，截至2019年底总装机容量为15,400 MW。装置量领先的国家包括美国、印度尼西亚、菲律宾、新西兰等[1]。
位于冰岛的卡拉夫拉地热能发电站
已有地热能发电项目的国家或地区
根据地热能协会（Geothermal Energy Association，简称GEA）估计，目前全球地热能仅利用总潜能6.9%，政府间气候变化专门委员会估计全球地热能潜能在35 GW至2 TW之间[2]。地热能发电被认为是一个可持续发展的可再生能源，因为其提取的热量仅占地球内部热能很小的一部分[3]。地热能发电站的温室气体排放量平均约为每千瓦·时45克二氧化碳，不到传统燃煤电厂排放量的5%[4]。
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发展沿革
地热能发电起源于20世纪初期。1904年7月4日，皮耶罗·吉诺里·孔蒂（意大利语：Piero Ginori Conti）在意大利拉德雷洛测试了全球第一台地热发电机，成功点亮了四个灯泡[5]，之后当地于1911年建立第一座地热能发电站。1920年代日本别府与美国加州建造地热能发电实验机组。1958年，新西兰怀拉基发电站为第一座使用闪发蒸汽（Flash Steam）技术的地热能发电站[6]。1960年，太平洋瓦斯与电力公司在美国加州建立地热能发电站[7]。1967年，苏联首次展示双循环（Binary cycle）地热能发电站；美国于1981年发展双循环地热能发电站。2006年，位于美国阿拉斯加切纳温泉的双循环地热能发电站，使用57°C（135°F）的工作流体，创下最低温度记录[8]。
发电站类型
干蒸汽（Dry Steam，左）、闪发蒸汽（Flash Steam，中），以及双循环（Binary cycle，右）
干蒸汽（Dry Steam）是最简单，最古老的设计。这种类型的发电站并不常见，因为地壳中有可直接利用的干蒸汽之地点不易寻得。使用干蒸汽之地热能发电设施最简单，且效率最高[9]。使用干蒸汽之地热能发电直接使用超过150°C的地热蒸汽来推动涡轮发电机[2]，当涡轮旋转时，它为发电机提供动力，然后产生电力并且输出[10]，使用后的蒸汽被排放到冷凝器。在这里蒸汽冷却成水。水冷却后，经由管道将冷凝后的水导回深井，以便吸收地底的热能，并再次利用[11]。
闪发蒸汽（Flash Steam）适用于地层中的流体为水汽混合型态，为目前最常见之地热能发电站类型。此类型发电站需要流体温度至少180°C，甚至更高。流体在自身压力下，流经管道至分离器（Separator），在此由于压力下降而产生闪蒸现象，于此将蒸汽与水分离，并将蒸汽用于推动涡轮发电机。剩余的水和冷凝的蒸汽都可以注入回到地层中，从而成为可重复利用的可再生能源[12]。
双循环（Binary cycle）并不是直接使用地层中的流体来推动发电机，而是利用较低沸点的工作流体来推动涡轮发电机[8]，此种形式的地热能发电站有逐渐增加的趋势。工作流体在常温下为液态，其管路与地热源管路不相通，两者经由热交换器将地层中流体的热能传递至工作流体，使得工作流体转为气态，藉以推动涡轮发电机。此形式的流程称为朗肯循环（Rankine cycle），若是工作流体为有机化合物，则称为有机朗肯循环（Organic Rankine cycle，简称ORC）。这种类型的站的热效率通常约为10～13%[13]，通常机组越大效率越高，目前国内厂商有汉力，国外则有Ormat、Turboden、Orcan Energy、大陆天加收购的Xergy，其中Ormat、Turboden、Xergy主要都是MW级以上厂商，汉力提供的ORC 从10KW ~ 1500KW都有。Orcan Energy 提供50 KW~200KW的模组化ORC。
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参见
- 增强型地热系统
- 地热供暖
- 干热岩热能
参考资料
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