第二次世界大战以后，世界各国对能源的需求日益增加，在开发传统能源的同时，要求开发新的能源。特别是意大利在拉德瑞罗的实践证明了地热发电是大有前途的。许多国家把地热能作为一种新能源来加以开发，特别是20世纪70年代的能源危机，促进了世界性地热发电的热潮。
把地热能用来生产电力是容易理解的。因为地热田一般都出露在偏远地区，电力可以在热田内就地生产，然后输送到远方的居民中心。地热电站维修期短，能运转的时间长，即负荷因子高，不受降雨多少、季节变化、昼夜因素的影响，能提供既便宜又可靠的基本负荷，使一个地区获得稳定的电力供应量。在这一点上，地热发电比水力发电还要优越。
地热发电实际上就是把地下热能转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的能量转变过程。地热发电的原理与一般火电站并无根本区别，不同之处是地热发电用“大地”代替了锅炉，去掉了火电站由燃料的化学能转变为热能的过程。地下热能的载热体可以是蒸汽，或是热水，它们的温度和压力要比火电站的高压锅炉生产的蒸汽的温度和压力低得多。由于地热流体的类型、温度、压力和其他特性不同，地热发电的方式也不一样。地热流体可以分为干蒸汽和地下热水两大类，因此地热发电也可分为两大类：
1.地热蒸汽发电
地热田的热储流体如果是干蒸汽，地热发电就有比较理想的热源，因为它的热效率高。它们通过钻孔涌出地面后，经过净化，就可以直接进入汽轮机做功，并驱动发电机发电。这种发电系统最简单，称为背压式汽轮机发电系统。但是，它们的热效率比较低，常常只用于地热蒸汽中不凝气体含量特别高的场合，或者它排出的蒸汽能直接进行综合利用。
为了提高地热电站机组的发电效率，通常采用凝汽式汽轮机发电系统，从而使得蒸汽能在汽轮机中膨胀到很低的压力，做出更大的功。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的冷水所冷却，最终凝结成水被排掉。
2.地下热水发电
利用地下热水发电就不像利用地热蒸汽那样方便，因为利用地热蒸汽发电时，蒸汽既是载热体，又是工作流体（或称工质）。按照常规的发电方法，地下热水中的水是不能送入汽轮机中做功的，必须将汽和水分离，使水排掉，使汽进入汽轮机做功，这种系统称为“闪蒸系统”或称减压扩容系统；或者利用地下热水来加热某种低沸点工质，使它产生蒸汽，进入汽轮机做功，这种系统称为双流系统或称“低沸点工质发电系统”。此外，还有正在进行试验的使地下热水（汽水混合物）直接进入汽轮机做功的“全流系统”。
图3-27 单级扩容法地热电站热力系统图
图3-27是单级扩容法地热电站热力系统图，从地热井流出的湿蒸汽，经汽水分离器分离后，蒸汽进入汽轮发电机组发电，余下的热水则排掉不用。发电后的蒸汽排入凝汽器凝结为水后排走，凝汽器中不凝气体由抽气器抽出后排入大气中。但是，单级闪蒸往往是不经济的，因为从汽水分离器分离出来的蒸汽，数量很少，一般约为10%，而同等温度的90%的热水则被排掉了。为了利用这部分能量，以提高机组效率和地热电站的经济性，我们可以采用多级闪蒸发电系统，即让一次闪蒸后排出的热水进入另一个闪蒸器，以产生二次蒸汽，并进入汽轮机的中间压力级，与做了功的一次蒸汽混合后一起做功，最后一起排入凝汽器凝结成水排走，未被蒸发的热水仍然排掉。
双流系统的地热发电不是直接利用地下热水产生蒸汽进入汽轮机做功，而是地下热水所带来的热量加热某种低沸点工质，使它变成蒸汽。然后，用低沸点工质的蒸汽去推动汽轮机做功，做功后的工质蒸汽从汽轮机排入表面式凝汽器，并在其中受冷却水所冷却，且凝结成液体，然后再循环使用。所用的低沸点工质的特点就是沸点比较低。如氯乙烷为12.4℃，正丁烷为-0.5℃，异丁烷为-11.7℃，氟利昂为-29.8℃。
全流系统是目前正在研究的一种地热发电方法。它将井口产生的汽水混合物直接送入一个膨胀机去膨胀做功，它们只在膨胀机的喷管中进行膨胀，把热能转变为动能，然后从喷管中喷出高速流体，驱动膨胀机的叶轮转动，产生机械功，最后带动发电机发电。20世纪30年代发明的螺杆膨胀机在20世纪70年代用于美国做地热发电试验，但是由于地热流体因冷却结垢的问题而未能解决。近年来，我国江西华电电力有限责任公司专利生产的螺杆膨胀发电机组实际上就是利用地下热水直接发电的全流系统。2010年，该机组已安装于西藏羊八井地热田、羊易地热田，并正式投产。
由于地热发电工艺比较成熟，因此有地热资源的国家都在积极从事地热发电工作。地热发电的发展是比较迅速的。1960年进行地热发电的只有意大利（图3-28）、新西兰、美国（图3-29）和墨西哥4个国家，总发电量为385.7MWe（兆瓦电功率）。到1969年增加到6个国家，新加入的有日本和苏联，总发电量达673.35MWe。到1980年时，增达13个国家（包括中国），地热发电的总发电量达2583.7MWe。1987年地热发电的总发电量已上升到5004MWe。表3-1是自1950年以来地热发电的进展情况。表3-2是目前世界上进行地热发电的主要国家及发展状态。
图3-28 意大利拉德瑞罗地热电站是世界上第一个地热蒸汽电站
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图3-29 美国盖瑟尔斯地热电站是世界上最大的一个地热电站
表3-1 全世界地热发电的进展（据R.BertaNi，2010）
表3-2 世界主要地热发电国家的现状与展望（据R.BertaNi，2010）
20世纪70年代以来，地热发电的发展如此迅速的真正原因是什么呢？难道就是20世纪70年代发生的“能源危机”吗？一些有识之士的看法并非如此，他们看到了常规能源的大量利用带来的严重的环境冲突，如大量燃煤造成酸雨的出现和二氧化碳的净增，使大气圈产生了“温室效应”。因此人们希望寻求一种代用的能源。
然而，地热发电的发展情况并非如人们所愿。根据世界能源协会的统计，在可再生能源中，地热能的潜力是最大的，而且利用系数比较高，但是其装机容量最小，增长速率最小（表3-3）。
表3-3 可再生能源潜力、装机容量和增长速率（据L.Rybach.，2010）
国际地热协会主席Rybach（2010）认为：地热发电的装机容量如果仅仅依靠开发水热对流系统永远也超不过风能和太阳能光伏发电。因此，他提议应该开发增强型地热系统，即干热岩系统。他认为一个能够生产电力的增强型地热系统的热储应该满足下列要求：
流体生产率50～100kg/s
井口流体温度150℃～200℃
总有效热交换面积≥2×106m2
岩石体积≥2×108m3
流体阻抗≤0.1MPa/（kg·s-1）
水耗≤10%
有人认为增强型地热系统有着巨大的理论潜力。很多国家在从事这方面的研究工作。1972年至1996年，美国在新墨西哥州芬顿山钻了几口井，2.8km的浅孔，循环了282天，测得温度155℃；4.2km的深孔，循环了112天，测得温度183℃。英国于1978年至1991年在康瓦尔的海西期花岗岩中钻了2.2km的浅孔，循环了200天，测得的温度仅有70℃。日本从1985年至2002年在一个破火山口中钻了几口井，最深2.2km，测得最高温度180℃。另外法国、澳大利亚都在从事这项研究，但都是刚刚起步。看来，能在一个增强型地热系统中制造“人工热储”的花岗岩，年代越新温度越高。
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