地热发电
地热发电，利用液压或爆破碎裂法将水注入到岩层中，产生高温水蒸气，然后将蒸汽抽出地面推动涡轮机转动，从而发电。原理与火力发电类似，根据能量转换原理，先把地热能转换为机械能，再将之转换为电能。
目录
原理
能量转换
地热发电是来自地球深处的可再生热能，起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水深处的回圈和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。地热能的储量比人们所利用的能量总量都还要多，大部分集中分布在构造板块边缘一带。
地热发电，是利用地下热水和蒸汽作为动力源的一种新型发电技术。实际上是把地下热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。在这过程中，将一部分未利用的蒸汽或者废气，经过冷凝器处理还原为水回灌到地下，循环往复。
四种发电法
简而言之，地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。针对温度不同的地热资源，地热发电有4种基本发电方式，即直接蒸汽发电法、扩容（闪蒸法）发电法、中间介质（双回圈式）发电法和全流回圈式发电法。
起源
义大利最先开发
早在20世纪40年代，义大利的皮也罗•吉诺尼•康蒂王子在拉德雷罗首次把天然的地热蒸汽用于发电。1904年，义大利托斯卡纳的拉德瑞罗，第一次用地热驱动0.75马力的小发电机投入运转，并提供5个100瓦的电灯照明，建造了全球首座500千瓦的小型地热电站。地热能不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，还可再生。随著石化能源的紧缺人们对于再生的绿色能源-地热能，越来越重视。
美国居首
至今，地热发电已有近百年的历史了，纽西兰、菲律宾、美国、日本等国都先后投入到地热发电的大潮中，其中美国地热发电的装机容量居世界首位。在美国，大部分的地热发电机组都集中在盖瑟斯地热电站。堪萨斯地热电站位于加利福尼亚州三藩市以北约20公里的索诺马地区。1920年在该地区发现温泉群、喷气孔等热显示，1958年投入多个地热井和多台汽轮发电机组，至1985年电站装机容量已达到1361兆瓦。
系统类型
一次蒸汽法
一次蒸汽法直接利用地下的干饱和（或稍具过热度）蒸汽，或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。
二次蒸汽法
二次蒸汽法有两种含义，一种是不直接利用比较脏的天然蒸汽（一次蒸汽），而是让它通过换热器汽化洁净水，再利用洁净蒸汽（二次蒸汽）发电。第二种含义是，将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。
闪蒸系统
地热水中的水，按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的，必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。对温度低于100℃的非饱和态地下热水发电，利用抽真空装置，使进入扩容器的地下热水减压汽化，产生低于当地大气压力的扩容蒸汽然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功，这种系统称“闪蒸系统”。
中间工质法
低压蒸汽的比容很大，因而使气轮机的单机容量受到很大的限制。但运行过程中比较安全。如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热，使低沸点物质迅速气化，利用所产生气体进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再回圈使用。这种方法称“中间工质法”，这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。这种发电方式安全性较差，如果发电系统的封闭稍有泄漏，工质逸出后很容易发生事故。
混合蒸汽法
20世纪90年代中期，以色列奥玛特（Ormat）公司把上述地热蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，设计出一个新的被命名为联合回圈地热发电系统，该机组已经在世界一些国家安装运行，效果很好。
发电系统
利用地热蒸汽推动汽轮机运转，产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠，是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。
双回圈发电系统
也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。
全流发电系统
本系统将地热井口的全部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量，但技术上有一定的难度，尚在攻关。
干热岩发电系统
利用地下干热岩体发电的设想，是美国莫顿和史密斯于1970年所提出的计划。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯，但迄今尚无大规模应用。
发电方法
把地下热能转换为机械能，然后再把机械能转换为电能的生产过程。根据地热能的赋存形式，他热能可分为蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型等五类。从地热能的开发和能量转换的角度来说，上述五类地热资源都可以用来发电，但日前开发利用得较多的是蒸汽型及热水型两类资源。地热发电的优点是：一般不需燃料，发电成本上多数情况下都比水电、火电、核电要低，设备的利用时间长，建厂投资一般都低于水电站，且不受降雨拉季节变化的影响，发电稳定，可以大大减少环境响污染，等等。
利用地下热水发电主要有降压扩容法和中间介质法两种:
降压扩容法
根据热水的汽化温度与压力有关的原理而设计的，如在0.3绝对大气压下水的汽化温度是68.7。通过降低压力而使热水沸腾变为蒸汽，以推动汽轮发电机转动而发电。
中间介质法
采用双循环系统即利用地下热水间接加热某些“低沸点物质”来推动汽轮机做功的发电方式。如在常压下水的沸点为与100℃，而有些物质如氯乙烷和氟里昂在常压下的沸点温度分别为12.4℃及-29.8℃，这些物质被称为“低沸点物质”。根据这些物质在低温下沸腾的特性，可将它们作为中间介质进行地下热水发电。利用“中间介质”发电万法，既可以用100℃以上的地下热水（汽），也可以用100℃以下的地下热水。对于温度较低的地下热水来说，采用“降压扩容法”效率较低，而且在技术上存在一定困难，而利用“中间介质法”则较为合适。
这两种方法都有它们各自的优缺点。地热发电仍是一个新的课题，其发电的方人仍在不断探索中。
地下热水往往含有大量的腐蚀性气体，其中危害性最大的是硫化氢、二氧化碳、氧等，它们是导致腐蚀的主要因素，这些气体进入汽轮机、附属设备和管道，使其受到强烈的腐蚀。此外，地下热水中含有结垢的成分，如矽、钙、镁、铁等，以及对结垢有影响的气体，如二氧化碳、氧和硫化氢等，产生的结垢经常以碳酸钙、二氧化矽等化合物出现。因此，在利用地下热水发电中要允分注意解决腐蚀和结垢问题。
发展现状
美国的地热能使用仅占全国能源组成的0.5%。据麻省理工学院的一份报告指出，美国现有的地热系统每年只采集约3000兆瓦能量，而保守估计，可开采的地热资源达到10万兆瓦。相关专家指出，倘若给与地热能源相应的关注和支持，在未来几年内，地热能很有可能成为与太阳能、风能等量齐观的新能源。
和其他可再生能源起步阶段一样，地热能形成产业的过程中面临的最大问题来自于技术和资金。地热产业属于资本密集型行业，从投资到收益的过程较为漫长，一般来说较难吸引到商业投资。可再生能源的发展一般能够得到政府优惠政策的支持，例如税收减免、政府补贴以及获得优先贷款的权力。在相关优惠政策的指引下，投资者们将更有兴趣对地热专案进行投资建设。
地热能的利用在技术层面上有待发展的主要是对于开采点的准确勘测，以及对地热蕴藏量的预测。由于一次钻探的成本较高，找到合适的开采点对于地热项目的投资建设至关重要。地热产业采取引进石油、天然气等常规能源勘测设备，为地热能寻找准确的开采点。
世界其他国家和地区也在为地热鞥的发展提供更多的便利和支援。全球大约40多个国家已经将地热能发展列入议程，预计到2010年，全球地热资源的利用将提升50%。
联合回圈地热发电系统的最大优点是，可以适用于大于150℃的高温地热流体（包括热卤水）发电，经过一次发电后的流体，在并不低于120℃的工况下，再进入双工质发电系统，进行二次做功，这就是充分利用了地热流体的热能，既提高发电的效率，又能将以往经过一次发电后的排放尾水进行再利用，大大地节约了资源。
据截止1997年的统计，全世界地热发电装机容量已达762.2万kw。美同加州吉塞斯地热电站是H前世界上最大的地热电站，装机容量达91.8万kw。
台湾发展远景
最具潜力的绿能产业
台湾拥有丰富地热资源，继太阳能和风力发电之后，地热发电已成最具潜力的绿色能源，堪称为明日之星。这样丰沛资源，连拥有成熟地热发电技术的美国爱达荷州都十分看好，2019年4月下旬为了因应石化能源过度使用所造成的气候变迁与全球暖化，全球均致力于发展节能减碳技术，包括发展洁净能源与提高能源使用效率。曾与经济部签定“台美绿能产业合作备忘录”，未来将结合国内产官学共同开发地热发电资源。 参与这项台美合作计画的单位包括：经济部工业局、工业技术研究院、台北科技大学，以及噶玛兰清水、台湾中油公司、永丰馀造纸、唐荣、汉翔、中兴工程、东元电机等厂商。噶玛兰清水公司目前已承包宜兰县政府的清水地热发电BOT案，成为国内第一座具商转价值的地热发电厂。国内台湾中油公司具有丰富的地热钻探能力与经验。工研院已完成开发50千瓦地热发电商品化机组；永丰馀集团旗下永丰能源科技公司，正规划发展地热发电，并运用相关技术于废热回收。台北科技大学万里分校预定地也因拥有地热资源，期与美国地热业者以产学合作方式开发。国内另有唐荣、汉翔、中兴工程、东元等厂商，也因具备发电机组开发能量及设备制造背景，纷纷投入地热发电设备领域。
有利条件
美方则包括爱达荷州政府商务厅、爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory, INL)、爱达荷先进能源研究中心(Center for Advanced Energy Studies, CAES)及美商美国地热公司（U.S. GEOTHERMAL INC.）、动力工程公司(POWER ENGINEERS INC.)，双方将共同开发地热发电设备模组，以及合作开拓东南亚、中国大陆乃至全球的地热市场商机，期盼台湾能成为亚洲地区发展地热发电的先驱领航者。
爱达荷州欧士杰州长在签约仪式中表示，美国地热发电容量占全球32%，居全球之冠[1]。爱达荷州早在1892年即建立全美首座地热发电系统，目前州境内地热电厂发电容量达855百万瓦，预计2025年可达1,670百万瓦。爱达荷州地热产业相当蓬勃，且拥有在绿能领域全球知名的爱达荷国家实验室及先进能源研究中心，均可与台湾合作地热电厂相关设备的制造、地热开发及电厂营运。
经济部张家祝部长则指出，爱达荷州之在亚洲地区之所以选择台湾为合作对象，除了台湾地热资源丰富之外，制造产业基础雄厚，特别是电子、机械等产业群聚。因此，台湾与爱达荷州在地热发电的合作，不仅可整合我国钻探、机电及系统等业者形成产业链，未来更可以地热为基础，扩及全球工业废(馀)热、废弃物热及太阳热等发电设备与能源开发商机。
台美签订这项地热发电合作开发计划，国内的民间科技团队认为这是一项重要的指标，象征台湾地热发电将进入成熟的阶段，参与当天签订仪式的大腾谘询顾问公司执行董事王嘉庆指出，该团队集合了台美专业人士，在地热发电技术的研究已先后投入二十年的时间，目前已拥有成熟的技术，领先国内各界，其参与的第一个个案为宜兰县大同乡清水地热发电厂，系台湾第一部地热发电机。
清水地热发电
清水地热位于宜兰县三星乡员山村与大同乡交界处，此地为宜兰民众皆知的观光胜地，地热露头就在溪水浅滩的河床上，温泉由地下冒出，水量丰沛，泉水属碱性泉，全温高达95℃，温泉的地面温度可算是全台数一数二的高温。因为优良的温泉现象，点出该地具备地热开发的潜能与条件。1976年中油即在此钻井探勘，未久即发现丰富的地热资源，具备工业使用的价值，且可做为发电用途；1981年时，全台第一座地热发电厂应运而生，为我国再生能源的使用写下新的里程碑。
清水地热发电的装置容量为3,000瓩，但初期营运时发电量只达1,600瓩，尔后因为蒸汽与热水生产量降低，发电成效也受到影响，清水地热电厂乃于1993年时关闭地热井，停止发电。今由于地热发电技术趋成熟，宜兰县政府决定重启清水地区的地热发电，积极推动台湾第一座地热发电厂BOT案(整建台电废弃旧电厂-营运-移转)，已与厂商噶玛兰清水公司签约并于日前完成用地交付，预定一年后营运，预估发电量可达1百万瓦[2]。
26处具开发潜能
在美国曾参与地热发电的大腾谘询顾问公司执行董事林日照指出，清水地热发电厂先前除了热水与蒸汽的产量减少外，尚面临严重的机件结垢问题。台湾地区地热井所产生的蒸汽，多含大量腐蚀性物质，对于水管、发电机组等设备，均会造成材质上的伤害，同时也将影响到发电的效率。
然而，地球中心温度可达6,000℃的高温，以平均30公里厚度的地壳岩石层来说，每向地心深入100公尺，温度将上升约3℃；像清水地热这样在地表温度均可达到90℃以上的例子，在世界上并不多见，如不善加利用，实在是非常可惜。
另一方面，台湾东部被视为是全岛电力建设最为稀疏的地方。由于人口较少，需求较低，同时各项建设的开发均以环境为前提，宜兰地区的电力需求虽然不大，但仍须倚靠其他地区的输入。如果能善用清水地区的地热，将为宜兰的电力带来符合环保与切合地方需求的新境界。
因此，在台电关闭清水地热发电之后，宜兰县政府乃与工研院能资所合作，希望能将清水地区完整规划，以BOT方式，邀请厂商在该地区投资设立地热发电厂，预计的发电量将可达到60,000瓩，是旧清水发电厂装置容量的20倍；60,000瓩的电力约可满足宜兰县10％的电力。
根据能资所初步评估，全台有近百处地区显示温泉地热征兆，其中较具开发地热潜能的有26处，理论上地热蕴藏量约有一百万瓩。以旧清水地热发电的成本为例，每度电约1.8至2.5元，显示出地热发电是非常有竞争力的再生能源；此外，除了发电，地热更可为工业、农业利用，同时具有观光的潜力，附加价值十分的高。
地热发电最早于1904年在义大利知名温泉区拉德瑞罗（Larderello）设立，现今，世界上最大的地热发电厂位于美国加州的盖瑟厂(Geysers)，该厂足够供给10万人都市所需的电量。中国西藏羊八井也有可供10万人电力的地热发电厂。此外，冰岛、日本、菲律宾等国家也正积极地在开发地热。大腾谘询顾问公司执行董事林日照指出，在历经两次主要的石油危机后，再生能源成为各国政府积极追求的替代能源，地热也是其中的重点，只是相较于风力、太阳能等部份，地热发电较少为大众所讨论。其实，目前世界上已有260座左右的地热发电厂；美国是最大的地热发电国家，发电容量约300万瓩，每年170亿度的电力生产，价值可达10亿美元。
视频
参考资料
- ↑ 国际间地热发展现况（二）：美国地热能发展与政策演变科技大观园
- ↑ 陈文姿，地热发电传好消息 民间与学界合作 清水地热成功并网台湾环境资讯中心，2019-04-29