可再生能源综合技术案例介绍

结合使用可再生能源技术的特定特性和资产，可以提高发电效率和增加发电量。

生物质、地热、水力、太阳能、风能等可再生能源资源取决于一定的天气、地理、地质和其他条件——通过利用协同效应和某些技术的优势将它们结合起来，可以带来更多的成功项目。尤其是地热能的主要优势在于可靠性、紧凑的场地开发和 24/7 基本负载电力等因素。下面展示了三个混合示范项目：

1. 萨尔瓦多 Ahuachapán 发电厂：地热场和带有抛物面镜原型阵列的集中太阳能用于发电。
2. 美国斯蒂尔沃特混合发电厂：为了增加 47 兆瓦地热发电厂的峰值，增加了 24 兆瓦的太阳能装置。

Ahuachapán 发电厂，萨尔瓦多

除了两台 30 兆瓦单闪机组外，第三台双闪机组于 1981 年上线，总容量达到 95 兆瓦。Ahuachapán 是萨尔瓦多第一个开发用于商业发电的地热田（Guidos 和 Burgos 2012）。

2007 年，国家电力供应商 LaGeo 在其地热发电厂 Ahuachapán 启动了热太阳能研发项目，旨在提高地热设施的输出功率。

Ahuachapán 的技术细节

太阳能-地热混合系统及其 160 m2 抛物面镜阵列原型在 4.4 bar-g 和 154°C 井口条件下产生了 0.1 kg/s 质量为 99.8% 的蒸汽。两个太阳能收集器将太阳辐射集中到一个吸收管中（见图 1）。

图 1：太阳能集热器

吸收器管中充满了高温流体 (HTF) Therminol 55，这是一种最高温度可达 290°C 的导热油。它以 1.5kg/s 的质量流量在系统中循环，直至达到蒸汽发生器的最低工作温度 225°C。

LaGeo 进行的研究得出结论，合适的方案是将蒸汽发生器安装在旋风分离器和闪蒸器系统之间的分离水管线中。一部分地热液体在蒸汽发生器中沸腾，产生的蒸汽可以输送到中压蒸汽管线。未沸腾的剩余水被送到当前的闪蒸罐。

旋风分离是一种通过使用旋转效应和重力从流中去除颗粒的方法，以分离固体和流体的混合物。在闪蒸器中，液体被闪蒸为驱动涡轮发电机的蒸汽。

Handal 等人的研究。（2007 年）得出的结论是，聚光太阳能 (CSP) 和地热发电设施的组合成本可能低于混合太阳能 – 化石发电厂的成本。萨尔瓦多近 12 小时的高太阳辐射和超过 4.7 千瓦时/平方米/天的全球太阳能非常有利于这种类型的混合系统。

美国 Honey Lake 混合动力发电厂

蜂蜜湖发电厂位于加利福尼亚州东北部的温德尔镇。该工厂建于 1989 年，Greenleaf Power 于 2010 年获得所有权。这座 30 兆瓦的工厂与 Pacific Gas & Electric 就所生产的电力签订了长期协议。该工厂还利用地热资源，使该工厂成为非常高效的混合生物质-地热能源设施。

因此，降低了燃料消耗并提高了锅炉效率。节省了大约 19% 的燃料。使用三个孔：WEN-1、WEN-2 和 WEN-3。Honey Lake 工厂拥有 25 名员工，间接负责该地区另外 85 个工作岗位。

电力在两个循环中产生，即木材-地热循环和二元循环。整个工厂有以下组成部分：

1. 发电周期
2. 燃木动力循环
3. 地热发电循环
4. 燃料供应和交付流程
5. 供水、处理、冷却和排放
6. 防火系统
7. 输电线路

项目组成如图4所示，井、输电线路等位置如图5所示。

燃木动力循环

燃木动力循环采用传统的燃木锅炉来产生高压蒸汽。蒸汽锅炉可以提供每小时 300,000 磅的过热蒸汽（950 华氏度，每平方英寸 1,280 磅）。这种蒸汽驱动涡轮发电机，能够产生大约 34.5 兆瓦的电力。

图 4：蜜湖发电厂组件

地热生产周期

在二元循环中，地热流体加热在较低温度下蒸发的工作流体异丙烷。从燃木循环涡轮机中提取的蒸汽在热交换器中冷凝并用于进一步加热工作流体。一旦完全加热，蒸发的工作流体被输送到膨胀机（涡轮机），在那里它膨胀并驱动涡轮发电机。

它有能力生产4 MWel。与其他二元循环一样，汽化的工作流体随后被转移到冷凝器，由冷却塔中的水冷却，然后作为液体返回地热热交换器以重复该过程。

该项目的总资本成本最初估计为 71,160,000 美元，包括建设期间的资本化利息、费用、互连成本、开发费用和税收（GeoProduct Corporation 1988）。

美国斯蒂尔沃特地热-太阳能光伏混合电站

太阳能光伏和地热联合发电厂由 Enel Green Power North America 在内华达州丘吉尔县法伦镇建造。89,000 块多晶硅太阳能电池板在高峰期补充了 47 兆瓦的地热发电厂（Singh，2012 年），为发电厂的输出增加了 26 兆瓦。

Enel 预计每年产生约 4000 万千瓦时的清洁能源，足以满足 15,000 个美国家庭的需求，并避免每年向大气排放超过 28,000 公吨的二氧化碳（Enel Green Power 2012）。这是首批将二元循环、中焓地热发电的连续发电能力与太阳能的峰值发电能力相结合的混合可再生能源项目之一。

当考虑到这两种技术的优缺点时，结合太阳能和地热能背后的逻辑是有道理的。在过去的几年里，由于快速的发展转变、投资者的前期风险相对较低以及太阳能电池板价格的急剧下降，太阳能发电有所增长。

然而，高昂的前期地热开发成本、相关风险以及在寻找可行的地下资源时的长期成功，使得这种组合非常有资源。

Singh (2012) 告称，内华达州到 2025 年实现 25% 的可再生能源投资组合标准目标在近年来扩大该州的绿色部门方面取得了长足的进步。内华达州北部是该州地热活动的中心，其约 24% 的能源来自可再生能源——远高于 13% 的全国平均水平。内华达州立法机构还制定了几项措施，以加快该州的可再生能源发展。

结论

世界各地存在与地热能相结合的混合可再生能源项目，表明它们是可行的，并提供了可行的解决方案。聚光太阳能 (CSP) 和地热发电设施的组合可以比混合太阳能 – 化石发电厂的成本更低。

工业界和研究机构需要进一步承诺对专注于非传统能源的项目进行调查。在具有高太阳辐射和有利地热资源的国家，如萨尔瓦多，建议将这两种可再生能源结合起来。