Геотермальные электростанции

 

Сожержание

1. Геотермальные электростанции
2. Использование геотермальных источников в мире
3. Энергия низкопотенциальная, но перспективная
4. Энергия низкопотенциальная, но перспективная

          Заключение

 

1. Геотермальные  электростанции

 

Определение геотермальной энергии заложено в самом её названии – это энергия тепла земных недр. Слой магмы, расположенный под земной корой, представляет собой огненно-жидкий, чаще всего силикатный расплав. Согласно подсчетам, энергетический потенциал тепла на глубине 10 тысяч метров в 50 тысяч раз превышает энергию мировых запасов природного газа и нефти.

Выходящая на поверхность  земли магма называется лавой. Наибольшая «пропускная способность» Земли  в извержении лавы наблюдается на границах тектонических плит и там, где земная кора достаточно тонка. Когда лава входит в соприкосновение с водными ресурсами планеты, начинается резкий нагрев воды, что в результате приводит к гейзерным извержениям, формированию горячих озёр и подводных течений. Словом, возникают природные явления, свойства которых можно использовать в качестве практически неиссякаемого источника энергии.

Источники геотермальной  энергии практически неисчерпаемы. Правда, распространены они не повсеместно, хотя и обнаружены в более чем 60 странах мира. Наибольшее количество действующих наземных вулканов расположено в зоне Тихоокеанского вулканического огненного кольца (328 из 540 известных).

Геотермический градиент в скважине, с помощью которой  добираются до подземной энергии, повышается на 1^оС каждые 36 метров. Получаемое таким образом тепло поступает на поверхность в виде горячего пара или воды, которые можно использовать напрямую для обогрева зданий или косвенно, для производства электроэнергии.

На практике геотермальные  источники в различных регионах планеты значительно отличаются друг от друга, из-за чего их приходится классифицировать по десяткам различных характеристик, таким как средняя температура, минерализация, газовый состав, кислотность и пр. В плоскости практического применения для выработки электрической энергии основной классификацией геотермальных источников можно считать деление на три основных типа:

• Прямой – используется сухой пар;
• Непрямой – используется водяной пар;
• Смешанный (бинарный цикл).

 

 

Схема ГеоТЭС прямого типа

 

В простейших геотермальных  электростанциях прямого типа для  производства электроэнергии используют пар, который поступает из скважины непосредственно в турбину генератора. Самая первая геотермальная электростанция в мире работала именно по такому принципу. Эксплуатация этой станции началась в итальянском городке Лардерелло (недалеко от Флоренции) ещё в 1911 году. Семью годами ранее, 4 июля 1904 года с помощью геотермального пара здесь был приведен в действие генератор, который смог зажечь четыре электрические лампочки, после чего и было принято решение о строительстве электростанции. Что примечательно, станция в Лардерелло функционирует и по сей день.

Одна из самых крупных  ныне действующих геотермальных  электростанций в мире мощностью 1400 МВт расположена в районе «Гейзерс» в Северной Калифорнии (США), и она также использует сухой пар.

 

 

Схема ГеоТЭС непрямого типа

 

Геотермальные электростанции с непрямым типом производства электроэнергии сегодня наиболее распространены. Для их работы используются горячие подземные воды, которые закачиваются при высоком давлении в генераторные установки, установленные на поверхности.

В геотермальных электростанциях смешанного типа кроме подземной воды используется дополнительная жидкость (или газ), чья точка кипения ниже, чем у воды. Они пропускаются через теплообменник, где геотермальная вода выпаривает вторую жидкость, а получаемые пары приводят в действие турбины. Такая замкнутая система экологически чиста, поскольку вредные выбросы в атмосферу практически отсутствуют.

Кроме того, бинарные станции  функционируют при довольно низких температурах источников, по сравнению  с другими типами геотермальных  станций (100–190°С). Такая особенность в будущем может сделать этот тип геотермальных электростанций самым популярным, поскольку в большей части геотермальных источников вода имеет температуру ниже 190°С.

 

Схема ГеоТЭС смешанного типа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Использование  геотермальных источников в мире

 

Первая геотермальная  электростанция в СССР была возведена  на Камчатке – это Паужетская ГеоТЭС, начавшая свою работу в 1967 году. Первоначально мощность станции составляла 5 МВт; впоследствии её удалось увеличить до 11 МВт. Потенциал гидротермальных месторождений на Камчатке огромен. Запасы тепла геотермальных вод здесь оцениваются в 5000 МВт. Использование в полной мере геотермального тепла могло бы решить энергетическую проблему Камчатской области, сделать ее независимой от завозного топлива.

Самым изученным и  наиболее перспективным является Мутновское геотермальное месторождение, расположенное  в 90 километрах южнее города Петропавловск-Камчатский. Еще в 1986 году, проведенная Институтом вулканологии РАН оценка показала, что прогнозируемые ресурсы месторождения составляют по тепловому выносу – 312 МВт, а по объемному методу – 450 МВт. Опытно-промышленная Верхне-Мутновская ГеоТЭС мощностью 12 (3x4) МВт функционирует с 1999 года. Установленная мощность на 2004 год – 12 МВт.

Вид на Мутновской ГеоТЭС

 

I очередь Мутновской  ГеоТЭС мощностью 50 (2x25) МВт включена в сеть 10 апреля 2003 года; установленная мощность на 2007 год – 50 МВт, планируемая мощность станции – 80 МВт.

Действующие геотермальные  электростанции обеспечивают до 30% энергопотребления  центрального Камчатского энергоузла. Приятно отметить, что тепломеханическое оборудование ГеоТЭС на Мутновском месторождении разработано, создано и поставлено отечественными заводами: турбины принадлежат ОАО «КТЗ», сепараторы – ОАО «ПМЗ», энергетическая арматура – ОАО «ЧЗЭМ» и т.д.

Запасами тепла земли  богаты Курильские острова. В частности, на острове Итуруп, на Океанском геотермальном месторождении, уже пробурены скважины и строится ГеоТЭС. На южном острове Кунашир имеются запасы геотермального тепла, и их уже используют для получения электроэнергии и теплоснабжения города Южно Курильск. На острове Парамушир, имеющего запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95°С, строится ГеоТС мощностью 20 МВт.

Существенные запасы геотермального тепла (на границе с  Камчатской областью) имеются на Чукотке. Частично они открыты и используется для обогрева находящихся поблизости населенных пунктов.

В России использование  геотермальной энергии, кроме Камчатки, Курил, Приморья, Прибайкалья и Западно-Сибирского региона, возможно на Северном Кавказе. Здесь изучены геотермальные  месторождения с температурой от 70 до 180°С, находящиеся на глубине от 300 до 5000 метров. В Дагестане только в 2000 году добыли свыше 6 млн м³ геотермальной воды. Всего на Северном Кавказе примерно полмиллиона людей обеспечены геотермальным водоснабжением.

 

 

Крупнейшая  ГеоТЭС в Исландии (Nesjavellir) мощностью 120 МВт

 

На сегодняшний день мировыми лидерами в геотермальной  электроэнергетике являются США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая Зеландия и Исландия. Особенно ярким примером использования геотермальной энергии служит последнее государство.

Остров Исландия появился на поверхности океана в результате вулканических извержений 17 миллионов  лет назад, и теперь его жители пользуются своим привилегированным положением – примерно 90% исландских домов обогревается подземной энергией.

Что касается выработки  электроэнергии, здесь работают пять ГеоТЭС общей мощностью 420 МВт, использующих горячий пар с глубины от 600 до 1000 метров. Таким образом, с помощью геотермальных источников производится 26,5% всей электроэнергии Исландии.

Топ-15 стран, использующих геотермальную энергию (на 2007 г.)

Страна	Мощность (МВт)
США	2687
Филиппины	1969,7
Индонезия	992
Мексика	953
Италия	810,5
Япония	535,2
Новая Зеландия	471,6
Исландия	421,2
Сальвадор	204,2
Коста Рика	162,5
Кения	128,8
Никарагуа	87,4
Россия	79
Папуа-Новая  Гвинея	56
Гватемала	53

 

3. Энергия  низкопотенциальная, но перспективная

геотермальный электростанция источник паровой

Геотермальные источники  можно поделить на низко-, средне- и  высокотемпературные. Первые (с температурой до 150°С) используются, по большей части, для теплоснабжения горячей водой  – ее подводят по трубам к зданиям (жилым и производственным), плавательным бассейнам, теплицам и т.д. Вторые (с температурой свыше 150°С), содержащие сухой либо влажный пар, годятся для приведения в движение турбин геотермальных электростанций (ГеоТЭС).

Существенным минусом  «горячих» геотермальных источников является их «избирательная» расположенность в местах тектонической нестабильности, о чем говорилось выше. Если брать Россию, то запасами высокопотенциальной геотермальной энергией можно пользоваться только на Камчатке, Курилах да в районе Кавказских минеральных вод.

Но земная «котельная»  располагает не только высокопотенциальной, но и низкопотенциальной энергией, источником которой выступает грунт  поверхностных слоев земли (глубиной до 400 м) или подземные воды с относительно низкой температурой. Использовать низкопотенциальное тепло можно с помощью тепловых насосов.

Тепловой режим грунта земляных поверхностных слоев создается  под воздействием радиогенного тепла, идущего из недр земли, а также  попадающей на поверхность солнечной  радиации. Интенсивность падающей солнечной радиации может колебаться в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров.

Низкопотенциальное тепло  эффективно использовать для обогрева зданий, водоснабжения горячей водой, подогрева различных сооружений (например, полей открытых стадионов).

В последнее десятилетие  значительно выросло число систем, использующих подземные недра для  снабжения зданий теплом и холодом. Больше всего таковых систем находится  в США. Имеются они также в Австрии, Германии, Швеции, Швейцарии, Канаде. В нашей стране подобных систем насчитывается единицы. В европейских странах тепловые насосы, в основном, отапливают помещения. В США, где системы воздушного отопления совмещены с вентиляцией, воздух не только нагревается, но и охлаждается.

Если говорить о России, пример использования низкопотенциального  источника тепловой энергии находится  в Москве, в микрорайоне Никулино-2. Здесь была построена теплонасосная  система для горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. Данный проект реализовали в 1998–2002 годах Министерством обороны РФ совместно с правительством Москвы, Минпромнауки России, НП «АВОК» и ОАО «Инсолар-Инвест» в рамках «Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве».

Выделяют два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли: открытые системы  и замкнутые системы. Первые используют грунтовые воды, подводимые непосредственно  к тепловым насосам, вторые – грунтовый  массив. Для открытых систем характерны парные скважины, с помощью которых грунтовые воды не только извлекаются, но затем и возвращаются обратно в водоносные слои. Открытые системы позволяют получить большое количество тепловой энергии с относительно низкими затратами. Однако грунт должен быть водопроницаем, а сами грунтовые воды – обладать пригодным для эксплуатации химическим составом, чтобы избежать коррозии и отложений на стенках труб.

Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система, использующая энергию грунтовых  вод, размещается в американском городе Луисвилл. С ее помощью снабжается теплом и холодом гостинично-офисный комплекс. Мощность системы – примерно 10 МВт.

Замкнутые системы делятся  на вертикальные и горизонтальные.

 

 

Вертикальный  грунтовый теплообменник