第五章 地热发电技术
(二 )
CQSONG
2
5-3 地热发电原理和技术
地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大
方面,
一、地热发电原理及分类 (示意图 2)
原理,地热发电是利用地厂热水和蒸汽为动力
源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球
物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电
工程等多种现代科学技术。 示意图 1
分类,按照载热体类型、温度、压力和其他特性
的不同，可把 地热发电的方式划分为 地热蒸汽
发电 和 地下热水发电 两大类,（外景图）
示意图 3
3
1、地热蒸汽发电
1．地热蒸汽发电
(1)背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电，
是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统 (如图 )
工作原理,首先把干蒸汽从 蒸汽井 中引出，先加以净
化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把
蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸
汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过
程。
应用,这种系统大多用于地热 蒸汽中不凝结气体含量
很高 的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活
的场合,
4
1、地热蒸汽发电
(2)凝汽式汽轮机发电系统
为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常
采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统 (如图 )。
在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很
低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸
汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打
入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。
在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空
状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽
气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外
界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。
5
2．地下热水发电
两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地
热发电系统
（ 1）闪蒸地热发电系统,直接利用地下热水
所产生的蒸汽进入汽轮机工作。 也叫做减
压扩容法地热发电系统。
类型,可以分为：
1）单级闪蒸地热发电系统 (又包括 湿蒸汽型
和 热水型两种 )；（图）
2）两级闪蒸地热发电系统； （图）
3）全流法地热发电系统； （图）
6
2．地下热水发电
（ 2）双循环地热发电系统,利用地下热水来加热某
种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作。
（图）
双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间
介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。
在这种发电系统中，低沸点介质常采用两种流体；
一种是 采用地热流体作热源； 另一种是 采用低沸点
工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热
能转变为机械能。所谓双循环地热发电系统即是由
此而得名。
常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟
利昂 — 11、氟利昂 — 12等。
7
双循环地热发电系统的优缺点
优点,利用低温位热能的热效率较高：设
备紧凑，汽轮机的尺寸小；易于适应化学
成分比较复杂的地下热水。
缺点,不像扩容法那样可以方便地使用混
合式蒸发器和冷凝器；大部分低沸点工质
传热性都比水差，采用此方式需有相当大
的金属换热面积；低沸点工质价格较高，
来源欠广，有些低沸点工质还有易燃、易
爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。
8
双循环地热发电系统的分类
a) 单级双循环地热发电系统 (如图 )；
b) 两级双循环地热发电系统 (如图 )；
c) 闪蒸与双循环两级串联发电系统 (如图 )。
经济性是考察地热发电站设计和建设的最重要的综
合性指标。
衡量地热发电站经济性的指标，主要有两个：
1）一个是 发电量 (kWh／ t热水 )，它表示地热发电站发
电效率的高低；
2）一个是地热发电站的 投资费用 (元 /kw)，它表示电站
建设费用的大小。
9
二、地热发电资源勘探与开采
1．地热勘探
（ 1）勘探内容主要有,
a) 载热流体的类型,如蒸汽、热水或汽水混合物等；
b) 地热田的热力参数,包括地热田的热储量、地热水和
冷水的稳定流量、温度及其昼夜、季节、年度变化数
据等；
c) 地热水输出计算参数,包括钻井井口的静水压力 (水头
高度 )、动水压力、密封压力等；
d) 地热发电防腐蚀有关数据,如地热水的化学成分等；
e) 地热发电工程施工的有关数据,如地热水开采区的工
程地质条件 (包括工程基础砌臵深度内土层岩性、厚度、
土壤的物理和力学性质 )反地下水的水温、水位、水量
等。
10
1．地热勘探
（ 2）地热资源的普查勘探方法
地球物理方法,地球物理方法包括地表温度
测量、热流测量以及电法、重力、磁力和
地震勘探等方法。
地球化学方法,它主要是分析热泉或沸泉
的化学成分，为确定是否勘探提供指导。
从勘探到地热田开发，化学勘探都是了解
地热田的重要方法。
11
2．地热开采
概念,地热资源经查明后，为确定地热田的开
发方案、必须进行钻探。通过钻探打成 地热井,
取出地热，就叫做 地热开采 。地热并的结构包
括 钻孔直径 和 套管 两大方面。
(1)自流井。 图
(2)非自流并。
(3)中、高温地热井。 图
12
三、地热发电系统设计与建设
地热发电系统的设计与建设，涉及到地热资
源的勘探与开采、冷却水源的选择、地热流
体的输送以及地热发电没备的选型与安装及
调试等一整套综合工程技术。
1、地热发电设备
① 汽轮发电机发电功率的计算。
② 机组容量选择。单机容量不宜过大。因为？
③ 汽轮机进口初压。
④ 凝汽器
⑤ 抽气器。
13
2、冷却水源及冷却水塔选择
地热电站与火力发电厂一样，通常以地表水作
为冷却水源来对汽轮机的排汽进行冷凝。为了
维持较低的冷凝温度，提高电站的出力，冷凝
器冷却水的温升一般取得比较小。
1）开式供水冷却系统。水源充足的地方用
2）循环供水冷却系统。水源不足的地方用
14
3．地热流体输送
设计地热流体输送系统，要事先了解地热流体的
化学性质、井口压力变化 对流量和气水比的影响
以及 闭井时的最大井口压力 等。
地热流体输送系统一般由一条或几条大口径的主
干管道和接自井口装臵的小口径分支管道所组成。
设计地热流体输送系统要考虑的主要问题之一，
是 管径 的选择，以使井口到管道交付端之间的压
降不至过大，避免过大的压降使井口产量过低。
15
4．低沸点工质选择
在中间介质法地热发电系统中，是由蒸汽或低沸点工
质蒸汽向地下水吸热、对汽轮机作功、向冷却水放热
等过程实现热能转换的。
（ 1）工质概念,水和低沸点物质在设备系统中起着传送
和转换热能的作用，把这些物质称 工质 。
（ 2）选择工质时应注意考虑以下基本要求：
a) 发电性能好,即在相同条件下每吨热水的实际发电量
较大；
b) 传热性能好,即在相同条件下放热系数较大；
c) 压力水平适中,即在地下热水温度下相应的饱和压力
不很高，在冷源温度下不山现高度真空；
d) 来源丰富，价格较低；
e) 化学稳定性好，不易分解，腐蚀性和毒性小，不易燃
易爆。
16
5、地热电站防腐蚀
（ 1）危害：
（ 2）地热流体腐蚀的主要物质有,氧 (02)、氢离子 (H+)、
氯离子 (Cl-)、硫化氢 (H2S)、二氧化碳 (C02)、氨 (NH3)
和硫酸盐 (sO42-)等。
（ 3）防腐措施：
a) 整个系统采用耐腐蚀的金属和非金属材料。
b) 使系统尽量密封，以隔绝外界空气的进入。也可在系
统中加亚硫酸盐等除氧剂除氧。
c) 在系统中安装热交换器，使地热水不直接进入利用系统。
d) 对非传热的金属表面涂敷防腐涂料。
e) 针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐蚀措施。
17
6．地热电站防结垢
（ 1）垢的类型,按化学成分，可将垢分为 碳
酸钙垢, 硫酸钙垢, 硅酸盐垢 和 氧化铁垢
等种类，其物性指标是 硬度 和 孔隙度 。
（ 2）防结垢方法：
a) 机械除垢：
b) 化学方法处理：
c) 在地热利用系统前部增加阀门：
d) 物理方法除垢：
e) 根据热力学原理计算与控制井口压力。
18
7．地热电站回灌技术
（ 1）意义,地热田的大量开采，必将会造成
热储寿命缩短，地下水位下降，并导致地
面沉降。如把地热发电后的地热弃水回灌
地下，就可大大减轻这些弊端，并减轻地
热弃水对于环境的污染。
（ 2）方法：
不同的地热田采用的回灌方式会有所不同。
问灌方式的选择．取决于地质、环境和经
济等综合因素，但一般来说边对边的、深
一些的回灌井布局在多数情况下可较好地
避免热干扰。
19
8．地热电站尾水综合利用
地热电站发电后排出的尾水，温度一般都在 60
~ 70℃ 左右或更高．适合于工农业生产以及生活
上利用，或从中提取有用的化学元素等。
如,广东丰顺邓屋地热试验电站 将排出的热水与
冷水混合，每小时约有 300t水供给农田灌溉； 湖
南灰汤地热试验电站 将排出的热水供当地疗养院
和温室利用； 江西温汤地热试验电站 将发电后排
出的余热水用于繁育水稻良种和治疗皮肤病、关
节炎等。
20
9、地热电站对环境的影响
地热能开发利用对环境的有害影响很小。地热能作为新
能源，无论是用来发电，还是用于非电直接用热，都能
大幅度削减温室气体排放量，减轻环境污染。
但地热能的开发利用仍有少量有害物质排放，造成大气、
地面和水泥的一定污染，必须加以重视。
例如地下热水和地热蒸汽中含有 二氧化碳、甲烷、氢、
氮、氨、硫化氢等不凝结气体 可能造的空气污染,废水
中硼、砷 等有害物质可能造成地表和水源的化学污染；
地热电站 排出大量度热水可能造成的热污染 ；大量开采
地下热水可能引起的 地变形、地面沉降和诱发地震 等危
害。
21
10、地热电站运行
(1)启动和停机：快；操作方便
(2)运行中应注意的主要事项：
1)背压的异常变化。
2)最佳蒸发工况。
3)系统的密封性。
4)腐蚀和结垢。
22
课堂作业（ 2005-11-1）
1、地热发电系统有哪两大类？
2、简要介绍地下热水发电的两种方式？
3、选择地热发电工质时的基本要求？
4、地热电站为什么还要回灌？
5、地热电站的防腐措施有哪些？
6、地热电站的防结垢措施有哪些？
23
地热发电示意图
24
地热发电示意图 2
25
背压式汽轮机地热蒸汽发电系统
26
凝气式汽轮机地热蒸汽发电系统
27
单级双循环地热发电系统
28
两级双循环地热发电系统
29
闪蒸与双循环两级串联发电系统
30
地热自流井井口装臵
31
高温地热井图
32
地热电站外景图
33
地热发电示意图 3
(二 )
CQSONG
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5-3 地热发电原理和技术
地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大
方面,
一、地热发电原理及分类 (示意图 2)
原理,地热发电是利用地厂热水和蒸汽为动力
源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球
物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电
工程等多种现代科学技术。 示意图 1
分类,按照载热体类型、温度、压力和其他特性
的不同，可把 地热发电的方式划分为 地热蒸汽
发电 和 地下热水发电 两大类,（外景图）
示意图 3
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1、地热蒸汽发电
1．地热蒸汽发电
(1)背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电，
是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统 (如图 )
工作原理,首先把干蒸汽从 蒸汽井 中引出，先加以净
化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把
蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸
汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过
程。
应用,这种系统大多用于地热 蒸汽中不凝结气体含量
很高 的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活
的场合,
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1、地热蒸汽发电
(2)凝汽式汽轮机发电系统
为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常
采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统 (如图 )。
在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很
低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸
汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打
入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。
在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空
状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽
气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外
界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。
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2．地下热水发电
两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地
热发电系统
（ 1）闪蒸地热发电系统,直接利用地下热水
所产生的蒸汽进入汽轮机工作。 也叫做减
压扩容法地热发电系统。
类型,可以分为：
1）单级闪蒸地热发电系统 (又包括 湿蒸汽型
和 热水型两种 )；（图）
2）两级闪蒸地热发电系统； （图）
3）全流法地热发电系统； （图）
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2．地下热水发电
（ 2）双循环地热发电系统,利用地下热水来加热某
种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作。
（图）
双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间
介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。
在这种发电系统中，低沸点介质常采用两种流体；
一种是 采用地热流体作热源； 另一种是 采用低沸点
工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热
能转变为机械能。所谓双循环地热发电系统即是由
此而得名。
常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟
利昂 — 11、氟利昂 — 12等。
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双循环地热发电系统的优缺点
优点,利用低温位热能的热效率较高：设
备紧凑，汽轮机的尺寸小；易于适应化学
成分比较复杂的地下热水。
缺点,不像扩容法那样可以方便地使用混
合式蒸发器和冷凝器；大部分低沸点工质
传热性都比水差，采用此方式需有相当大
的金属换热面积；低沸点工质价格较高，
来源欠广，有些低沸点工质还有易燃、易
爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。
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双循环地热发电系统的分类
a) 单级双循环地热发电系统 (如图 )；
b) 两级双循环地热发电系统 (如图 )；
c) 闪蒸与双循环两级串联发电系统 (如图 )。
经济性是考察地热发电站设计和建设的最重要的综
合性指标。
衡量地热发电站经济性的指标，主要有两个：
1）一个是 发电量 (kWh／ t热水 )，它表示地热发电站发
电效率的高低；
2）一个是地热发电站的 投资费用 (元 /kw)，它表示电站
建设费用的大小。
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二、地热发电资源勘探与开采
1．地热勘探
（ 1）勘探内容主要有,
a) 载热流体的类型,如蒸汽、热水或汽水混合物等；
b) 地热田的热力参数,包括地热田的热储量、地热水和
冷水的稳定流量、温度及其昼夜、季节、年度变化数
据等；
c) 地热水输出计算参数,包括钻井井口的静水压力 (水头
高度 )、动水压力、密封压力等；
d) 地热发电防腐蚀有关数据,如地热水的化学成分等；
e) 地热发电工程施工的有关数据,如地热水开采区的工
程地质条件 (包括工程基础砌臵深度内土层岩性、厚度、
土壤的物理和力学性质 )反地下水的水温、水位、水量
等。
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1．地热勘探
（ 2）地热资源的普查勘探方法
地球物理方法,地球物理方法包括地表温度
测量、热流测量以及电法、重力、磁力和
地震勘探等方法。
地球化学方法,它主要是分析热泉或沸泉
的化学成分，为确定是否勘探提供指导。
从勘探到地热田开发，化学勘探都是了解
地热田的重要方法。
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2．地热开采
概念,地热资源经查明后，为确定地热田的开
发方案、必须进行钻探。通过钻探打成 地热井,
取出地热，就叫做 地热开采 。地热并的结构包
括 钻孔直径 和 套管 两大方面。
(1)自流井。 图
(2)非自流并。
(3)中、高温地热井。 图
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三、地热发电系统设计与建设
地热发电系统的设计与建设，涉及到地热资
源的勘探与开采、冷却水源的选择、地热流
体的输送以及地热发电没备的选型与安装及
调试等一整套综合工程技术。
1、地热发电设备
① 汽轮发电机发电功率的计算。
② 机组容量选择。单机容量不宜过大。因为？
③ 汽轮机进口初压。
④ 凝汽器
⑤ 抽气器。
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2、冷却水源及冷却水塔选择
地热电站与火力发电厂一样，通常以地表水作
为冷却水源来对汽轮机的排汽进行冷凝。为了
维持较低的冷凝温度，提高电站的出力，冷凝
器冷却水的温升一般取得比较小。
1）开式供水冷却系统。水源充足的地方用
2）循环供水冷却系统。水源不足的地方用
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3．地热流体输送
设计地热流体输送系统，要事先了解地热流体的
化学性质、井口压力变化 对流量和气水比的影响
以及 闭井时的最大井口压力 等。
地热流体输送系统一般由一条或几条大口径的主
干管道和接自井口装臵的小口径分支管道所组成。
设计地热流体输送系统要考虑的主要问题之一，
是 管径 的选择，以使井口到管道交付端之间的压
降不至过大，避免过大的压降使井口产量过低。
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4．低沸点工质选择
在中间介质法地热发电系统中，是由蒸汽或低沸点工
质蒸汽向地下水吸热、对汽轮机作功、向冷却水放热
等过程实现热能转换的。
（ 1）工质概念,水和低沸点物质在设备系统中起着传送
和转换热能的作用，把这些物质称 工质 。
（ 2）选择工质时应注意考虑以下基本要求：
a) 发电性能好,即在相同条件下每吨热水的实际发电量
较大；
b) 传热性能好,即在相同条件下放热系数较大；
c) 压力水平适中,即在地下热水温度下相应的饱和压力
不很高，在冷源温度下不山现高度真空；
d) 来源丰富，价格较低；
e) 化学稳定性好，不易分解，腐蚀性和毒性小，不易燃
易爆。
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5、地热电站防腐蚀
（ 1）危害：
（ 2）地热流体腐蚀的主要物质有,氧 (02)、氢离子 (H+)、
氯离子 (Cl-)、硫化氢 (H2S)、二氧化碳 (C02)、氨 (NH3)
和硫酸盐 (sO42-)等。
（ 3）防腐措施：
a) 整个系统采用耐腐蚀的金属和非金属材料。
b) 使系统尽量密封，以隔绝外界空气的进入。也可在系
统中加亚硫酸盐等除氧剂除氧。
c) 在系统中安装热交换器，使地热水不直接进入利用系统。
d) 对非传热的金属表面涂敷防腐涂料。
e) 针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐蚀措施。
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6．地热电站防结垢
（ 1）垢的类型,按化学成分，可将垢分为 碳
酸钙垢, 硫酸钙垢, 硅酸盐垢 和 氧化铁垢
等种类，其物性指标是 硬度 和 孔隙度 。
（ 2）防结垢方法：
a) 机械除垢：
b) 化学方法处理：
c) 在地热利用系统前部增加阀门：
d) 物理方法除垢：
e) 根据热力学原理计算与控制井口压力。
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7．地热电站回灌技术
（ 1）意义,地热田的大量开采，必将会造成
热储寿命缩短，地下水位下降，并导致地
面沉降。如把地热发电后的地热弃水回灌
地下，就可大大减轻这些弊端，并减轻地
热弃水对于环境的污染。
（ 2）方法：
不同的地热田采用的回灌方式会有所不同。
问灌方式的选择．取决于地质、环境和经
济等综合因素，但一般来说边对边的、深
一些的回灌井布局在多数情况下可较好地
避免热干扰。
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8．地热电站尾水综合利用
地热电站发电后排出的尾水，温度一般都在 60
~ 70℃ 左右或更高．适合于工农业生产以及生活
上利用，或从中提取有用的化学元素等。
如,广东丰顺邓屋地热试验电站 将排出的热水与
冷水混合，每小时约有 300t水供给农田灌溉； 湖
南灰汤地热试验电站 将排出的热水供当地疗养院
和温室利用； 江西温汤地热试验电站 将发电后排
出的余热水用于繁育水稻良种和治疗皮肤病、关
节炎等。
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9、地热电站对环境的影响
地热能开发利用对环境的有害影响很小。地热能作为新
能源，无论是用来发电，还是用于非电直接用热，都能
大幅度削减温室气体排放量，减轻环境污染。
但地热能的开发利用仍有少量有害物质排放，造成大气、
地面和水泥的一定污染，必须加以重视。
例如地下热水和地热蒸汽中含有 二氧化碳、甲烷、氢、
氮、氨、硫化氢等不凝结气体 可能造的空气污染,废水
中硼、砷 等有害物质可能造成地表和水源的化学污染；
地热电站 排出大量度热水可能造成的热污染 ；大量开采
地下热水可能引起的 地变形、地面沉降和诱发地震 等危
害。
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10、地热电站运行
(1)启动和停机：快；操作方便
(2)运行中应注意的主要事项：
1)背压的异常变化。
2)最佳蒸发工况。
3)系统的密封性。
4)腐蚀和结垢。
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课堂作业（ 2005-11-1）
1、地热发电系统有哪两大类？
2、简要介绍地下热水发电的两种方式？
3、选择地热发电工质时的基本要求？
4、地热电站为什么还要回灌？
5、地热电站的防腐措施有哪些？
6、地热电站的防结垢措施有哪些？
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地热发电示意图
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地热发电示意图 2
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背压式汽轮机地热蒸汽发电系统
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凝气式汽轮机地热蒸汽发电系统
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单级双循环地热发电系统
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两级双循环地热发电系统
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闪蒸与双循环两级串联发电系统
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地热自流井井口装臵
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高温地热井图
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地热电站外景图
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地热发电示意图 3
