ГЕО И ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Около 4% всех запасом воды на нашей планете сосредоточено под землей - в толщах горных пород. Воды, температура которых превышает 20 ° С, называют термальными (от греческого слова "терме" - "тепло", "жар"). Нагреваются подземные озера и реки в результате радиоактивных процессов и химических реакций, протекающих в недрах Земли. В районах вулканической деятельности на глубине 500-1000 м встречаются бассейны с температурой 150- 250 ° С, вода в них находится под большим давлением и, поэтому не кипит. В горных областях термальные воды нередко выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90 ° С. Энергетика земли - геотермальная энергетика базируется на использовании природной теплоты Земли. Верхняя часть земной коры имеет термический градиент, равный 20-30 С в расчете на 1 км глубины, и, по данным Уайта (1965), количество теплоты, содержащейся в земной коре до глубины 10 км (без учета температуры поверхности), равно примерно 12,6-10 26 Дж. Эти ресурсы эквивалентны теплоемкости 4,61016 т угля (принимая среднюю теплоту сгорания угля равной 27,6-109 Дж / т), что более чем в 70 тыс. Раз превышает теплоемкость всех мировых ресурсов, технически и экономически извлекаемых угля. Однако геотермальная теплота в верхней части земной коры (до глубины 10 км) слишком рассеяна, чтобы на ее базе решать мировые энергетические проблемы. Ресурсы, пригодные для промышленного использования, представляют собой отдельные месторождения геотермальной энергии, сконцентрированной на доступной для разработки глубине определенные объемы, что имеют, и температуру, достаточные для использования их в целях производства электрической энергии или теплоты.

С геологической точки зрения геотермальные энергоресурсы можно разделить на гидротермальные конвективные системы, горячие сухие системы вулканического происхождения и системы с высоким тепловым потоком.

Люди научились использовать глубинное тепло Земли в хозяйственных целях. В странах, где термальные воды подходят близко к поверхности, сооружают геотермальные электростанции (геоТЭС). Они преобразуют тепловую энергию подземных источников в электрическую. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г.. На юге Камчатки, в долине реки Паужетка, в районе вулканов Кошелева и кабальными. В 1980 ее мощность составляла уже II МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травел, работают 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в СЕЛА (в Калифорнии, в Долине Больших Гейзеров), Исландии (в озере Миватн), Новой Зеландии (в районе Уайракеи), Мексике и Японии.

Геотермальные станции устроены относительно просто: здесь нет котельной, оборудования для подачи топлива, золоутримувачив и многих других приспособлений, необходимых для обычных тепловых электростанций. Постольку топливо в ГеоТЭС бесплатное, то и себестоимость вырабатываемой электроэнергии в несколько раз ниже.

В принципе для производства электроэнергии на месторождениях с горячей водой применяется метод, основанный на использовании пара, образовавшаяся при испарении горячей жидкости на поверхности. Этот метод использует то явление, что при приближении горячей воды (находящейся под высоким давлением) по скважинах из бассейна к поверхности давление падает и около 20% жидкости вскипает и превращается в пар. Эта пара отделяется с помощью сепаратора от воды и направляется в турбину. Вода, выходящая из сепаратора, может быть подвергнута дальнейшей обработке в зависимости от ее минерального состава. Эту воду можно накачивать назад в скальные породы сразу или, если это экономически оправдано, с предварительным извлечением из нее минералов. Примерами геотермальных месторождений с горячей водой является Уайракей и Бродлендс в Новой Зеландии, Серро-Прието в Мексике, Солтон-Си в Калифорнии, Такое в Японии.

Другим методом производства электроэнергии на базе высоко- или средне-температурных геотермальных вод является использование процесса с применением двухконтурного (бинарного) цикла. В этом процессе вода, полученная из бассейна, используется для нагрева теплоносителя второго контура (фреона или изобутана), имеющего низкую температуру кипения. Пара, образовавшаяся в результате кипения этой жидкости, используется для привода турбины, пар, отработавший конденсируется и снова пропускается через теплообменник, создавая тем самым замкнутый цикл. Установки, использующие фреон в качестве теплоносителя второго контура, сейчас подготовлены для промышленного освоения в диапазоне температур 75-150 ° С при единичной электрической мощности в пределах 10-100 кВт. Такие установки могут быть использованы для производства электроэнергии в подходящих для этого местах, особенно в отдаленных сельских районах.

Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции.

Прямая схема: естественная пара направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами.

Косвенная схема: пара предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб.

Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют газы, не растворились в ней. Именно по смешанной схеме работает Паужетська электростанция. Пароводяной смеси, содержащей тепло в количестве 840 кДж / кг, выводится через скважину глубиной 350 м на поверхность и направляется в сепарационных устройство. Здесь пара при давлении 225 кПа отделяется от воды и по трубам поступают в турбины; вращающиеся и приводят в действие электрогенераторы. Пара, которая отработала в турбинах, попадает в смесительный конденсатор, где охлаждается и превращается в воду. Газы, выделившиеся при этом (азот и кислород) удаляют насосом. Горячую воду (120 ° С) используют для теплоснабжения населенных пунктов. Вода для охлаждения пара подается самотеком по трубопроводу длиной 600 м из реки Паужетки. На рис. 1.8. показано обе схемы получения электроэнергии с помощью геотермальной электростанции.

На рис. 8.1.а. показаны: 1 - источник горячего пара; 2 - турбина; 3 - генератор; 4 - устройство для конденсации воды; 5 - конденсат. На рис. 1.5.6. показаны: 1 - источник горячей воды 2 - сепаратор 3 - турбина; 4 генератор; 5 - устройство для конденсации воды (конденсатор) 6 -скидання отработанной воды.

Схемы получения электроэнергии с помощью геотермальной электростанции

Рис. 8.1. Схемы получения электроэнергии с помощью геотермальной электростанции

России, Болгарии, Венгрии, Грузии, Исландии, США, Японии и в других странах с термальными водами обогревают дома, теплицы, парники и плавательные бассейны. А столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительное от горячих подземных источников.

Зарубежный опыт показывает, что затраты на строительство геотермальных электростанций значительны. Однако поскольку эта энергия "дармовой", предлагаемая нам самой природой и к тому же возобновляемая, отопления потом становится дешевле в два раза. Для обеспечения экологической чистоты в технологической схеме геотермальных электростанций предусмотрены система накачки конденсата и сепараты назад в земные слои, а также системы снеготаяния и предотвращения выбросов сероводорода в атмосферу. По мнению некоторых ученых, большой прогресс по удешевлению и уменьшению эксплуатационных расходов будет достигнут применением в геотермальных турбинах верхнего выхлопа отвода пара.

Геотермальный вид возобновляемой энергии широко используется в мире. Артезианские бассейны термальных вод обнаружены в Саяно-Байкальской горной системе, в Бурятии (здесь насчитывается около 400 термальных источников), в Якутии, на севере Западной Сибири, Чукотке (здесь известны 13 высоко-термальных источников с суммарным дебитом 166 л / с). Самый "горячий" район - Курило- Камчатский вулканический пояс. На Камчатке обнаружено более 70 групп термальных источников, 40 из них имеют температуру воды 90-100 ° С. Наиболее крупные источники дают столько тепла, сколько можно получить от сжигания 200 000 тонн угля. Себестоимость получения 4.2 ГДж тепла в системах геотермального теплоснабжения Камчатки в 10 раз ниже, чем в котельных Петропавловска-Камчатского. Сегодня геотермальную энергию используют в 40 странах мира. В Швейцарии 10 000 теплоносителей забирают тепло из-под земли Сотни тысяч киловатт дают станции районов Лардерелло в Италии, Вайракей в Новой Зеландии. Треть электроэнергии для Сан-Франциско также дают геотермальные станции. Сегодня мощность канадских ГеоТЭС достигла 0.7 млн. КВт. Поляки начали заниматься геотермальной энергией десять назад. В Польше есть уже четыре геотермальные станции. Одна из них, в курортном Закопане. В Литве вся Клайпеда обеспечивается горячей водой с помощью геотермальной станции. В Японии с помощью геотермальной энергетики растапливают снег на дороге Геотермальная энергетика в Японии занимает значительное место - ее доля составляет 21%. Основным сдерживающим фактором для развития стали экологические движения. Это связано с тем, что станции расположены в природных парках и дальнейшее их развитие затруднено опасностью нанести вред охраняемым и заповедный территориям. Ядерные станции дают 35% общего энергопроизводства, работающих на природном газе - 24%. У нас максимум потребления электроэнергии приходится на зимние, самые холодные месяцы, а в Японии - на лето, когда из-за жары основное потребление электроэнергии связано с работой оборудования, производит холодный воздух. Следует отметить, что дальше всех в использовании геотермальных ресурсов продвинулась Исландия. Например столица Исландии Рейкьявик с 1943 года использует геотермальные воды для обогрева домов, учреждений, магазинов и фабрик. Установленная мощность всех исландских геотермальных станций еще в 1988 г.. Составляла 39 МВт. Украина масс значительный потенциал геотермальной энергии. Утверждены Министерством экологии и природных ресурсов Украины потенциальные геотермальные ресурсы составляют 27,3 млн.м 3 / сут теплоэнергетических вод, а их теплоэнергетический потенциал с учетом особенностей термальных вод, как теплоносителя - 84 млн. Гкал / год. Годовой технически достижимый энергетический потенциал геотермальной энергии в Украине является эквивалентным 12 млн. Т. У.т., его использование позволяет сэкономить около 10 млрд, г. 3 природного газа. По разным оценкам потенциальные ресурсы геотермальной энергии могут обеспечить работу геотермальных электростанций общей мощностью 200 - 250 млн. КВт и систем теплоснабжения общей мощностью 1,2 - 1500000000. КВт (с периодом работы станций до 50 лет). Районами ее возможного использования является Крым, Закарпатье, Прикарпатье, Донецкая, Запорожская, Полтавская, Харьковская, Херсонская и Черниговская области. Наиболее перспективным для добычи высокопотенциальный энергоресурсов является Карпатский геотермической район, который характеризуется высоким геотермическим градиентом и соответственно высокими температурами горных пород по сравнению с другими регионами Украины. Температура пород в скважинах, пробуренных в Карпатах, на глубине 4 км. достигает 210 ° С. Необходимые температуры теплоносителя для геотермальных электростанций находятся на значительно меньших глубинах (на 1-1,5 км.), Чем в других благоприятных местах. Также перспективным районом для развития геотермальной энергетики является Крым. Глубины пробуренных скважин здесь небольшие: до 2000 м; температура термальных вод на устье 50 - 70 ° С, их минерализация - 20 - 70 г / л. Третьим перспективным районом для развития геотермальной энергетики является Днепровско-Донецкая впадина, включающая в себя области: Черниговскую, Полтавскую, Харьковскую, Луганскую и другие. Этот регион одновременно является крупным потребителем тепловой и электрической энергии [1]. По состоянию на 2004г. В Украине введено девять геотермальных установок общей мощностью 10,6 МВт. В перспективе для извлечения энергии из недр Земли можно использовать не только запасы горячей воды и пара, но и тепло сухих горных пород. Области сухих горных пород с температурой около 3000 ° С встречаются значительно чаще, чем водоносные горячие породы, а также энергию магматических очагов, которые в некоторых районах планеты расположены на глубинах всего в несколько километров. Однако на сегодняшний день, наиболее оптимальная форма использования тепловой энергии - сухой пар. Прямое использование смеси пара и воды невозможно, так как геотермальная вода содержит обычно большое количество солей, вызывающих коррозию, и капли воды в паре могут повредить турбину. Частая форма поступления энергии - просто в виде горячей воды, прежде всего для получении тепла. Эта вода может быть использована также для получения пара рабочей жидкости, имеющей более низкую температуру кипения, чем вода. Потому что геотермальный пар и вода имеют сравнительно низкую температуру и давление, КПД геотермальных станций не превышает 20%, что значительно ниже атомных (30%) и тепловых работающих на ископаемом топливе (40%). К недостаткам геотермальных станций относится следующее: для конденсации пара на геотермальных станциях необходимо большое количество охлаждающей воды, в результате работы станции нагревается, поэтому геотермальные станции являются источниками теплового загрязнения. При одинаковой мощности с тепловыми электростанциями, геотермальные электростанция потребляет для охлаждения значительно большее количество воды, так как ее КПД ниже. Сброс сильно минерализованной геотермальной воды и поверхностные водоемы может привести к нарушению их экосистем. V геотермальных водах в больших количествах содержится сероводород и радон, который вызывает и может привести к радиоактивных загрязнений окружающей среды.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >