Главная >  Потенциал энергии 

 

Геотермальное энергоснабжение. Область применения и эффективность использования геотермальных энергоресурсов того или иного месторождения зависят от их энергетического потенциала, общего запаса и дебита буровых скважин, химического состава, минерализации и агрессивности вод, наличия потребителя и его отдаленности, температурного и гидравлического режимов буровых скважин, глубины залегания водоносных пластов и их характеристики, а также от ряда других факторов.

 

Геотермальные энергоресурсы, как и другие виды возобновляемых источников энергии, дают возможность удовлетворить практически любого потребителя по потенциалу и качеству энергии. Тем не менее, в экономическом отношении лишь в области производства электроэнергии и обеспечения потребностей в теплоте среднего и низкого потенциалов они могут конкурировать с невозобновляемыми энергоресурсами. В перспективе предполагается широко использовать геотермальные ресурсы для добычи редкоземельных металлов и газов, изготовления биомассы для сельского хозяйства, термической обработки нефтяных горизонтов и т.п.

 

В наше время геотермальная энергия используется в двух основных направлениях - теплоснабжение и получение электрической энергии. Разработан ряд технологий и эффективное оборудование для получения как в отдельности тепловой и электрической энергии, так и для их комбинированного производства.

 

Поэтому эксплуатация геотермальных источников должна базироваться на предшествующем геологическом исследовании, во избежание значительного финансового риска при условии дальнейших капитальных затрат. Для того, чтобы определить, имеет ли определенная местность потенциал снабжения геотермальной теплотой для промышленных и бытовых потребностей, необходим предварительный поиск, который является рискованным, но необходимым. Эта особенность - одно из главных отличий геотермальной энергии от других возобновляемых источников энергии.

 

Широкое применение теплоты Земли ограничено рядом трудностей, среди которых наиболее важным является малый удельный тепловой поток (глубинный тепловой поток, отнесенный к единице поверхности Земли за единицу времени). Для использования геотермального потока необходимо разработать методы и способы его концентрации, а также передачи к местам применения. Проблематической является унификация технологических схем и оборудования геоТЭС, поскольку каждое геотермальное месторождение отличается от других своими уникальными характеристиками - геологическими свойствами, тепловым потенциалом, химическим составом и т.п.

 

На сегодняшний день наиболее распространено использование термальной воды для отопления и горячего водоснабжения, а также использование пароводяных смесей для производства электроэнергии.

 

В Российской Федерации разрабатываются комбинированные схемы использования геотермальных источников как теплоносителя для подогрева воды на тепловых электростанциях, которые обеспечивает довольно заметную экономию органического топлива и увеличивает КПД преобразование низкопотенциальной энергии. Такие комбинированные схемы разрешают использовать для производства электроэнергии теплоносители с начальными температурами 70...80 °С, что значительно ниже принятых теперь (150 °С і выше). В политехническом институте Санкт-Петербурга созданы гидропаровые турбины, использование которых на геоТЭС разрешит увеличивать полезную мощность двухконтурных систем (второй контур - водный пар) в диапазоне температур 20...200 °С в среднем на 22 %.

 

В данное время при добыче термальной воды используется в основному фонтанный метод. Разработаны новые технологии, в процессе которых отработанная вода, которая имеет большая степень минерализации, закачивается назад, однако переход на эти технологии далеко не всегда осуществимый. При внедрении интенсивного метода разработки с поддержкой теплового давления открываются принципиально новые возможности использования термальных вод для теплоэнергетических целей. Сравнение разных способов разработки месторождений (по величине коэффициента изъятия) показывает эффективность этого метода. Его внедрение связано с освоением технологии создания подземных циркуляционных систем Для этого необходимо решать ряд вопросов - создание зон повышенного проникновения, изучение процессов фильтрации и теплопереноса. Перспективной является технология использования энергии сухих горячих скальных пород, которая основана на бурении параллельных буровых скважин, создании между ними (методом гидроразрыва) трещин с последующей подачей через образованную систему холодной воды для получения пара или пароводяной смеси.

 

Технико-экономический анализ показывает, что при современной технологии изъятия внутриземного тепла экономически обоснованными являются системы с глубиной буровой скважины до 3 км. Тепловой потенциал 90 % геотермальных вод на данной глубине не превышает 100 °С. При этом преобладающим является геотермальное теплоснабжение, в результате применения которого замена органического топлива больше, чем при производстве электроэнергии. Геотермальные электростанции имеют ряд особенностей:
наличие постоянного излишка энергоресурсов, который обеспечивает использование полной установленной мощности оборудования ГеоТЭС;
довольно простая автоматизация;
следствия возможных аварий ограничиваются территорией станции;
удельные капиталовложения и себестоимость электроэнергии ниже, чем в энергосистемах на основе других возобновляемых источников энергии. ГеоТЭС можно разделить на три основных типа:
станции, которые работают на месторождениях сухого пара;
станции с сепаратором, которые работают на месторождениях горячей воды под давлением (иногда с насосом на дне буровой скважины для обеспечения необходимого объема энергоносителя, который поступает);
станции с бинарным циклом, в которых геотермальная теплота передается к вторичной жидкости (например фреон или изобутан) и происходит классический цикл Ренкина (такие геоТЭС работают на месторождениях сильно минерализированой горячей воды).

 

Значительно повышается эффективность применения термальных вод при их комплексном использовании. При этом в разных технологических процессах можно достичь наиболее полной реализации теплового потенциала воды, в том числе и остаточного, а также получить ценные компоненты воды (йод, бром, литий, цезий, кухонная соль, глауберова соль, борная кислота и много других) для их промышленного использования.

 

На станциях второго типа используются геотермальные воды с температурой, выше 190°С. Вода, которая естественным образом поднимается вверх по буровой скважине, подается в сепаратор, где часть ее кипит и превращается в пар, которыйиспользуется для получения электроэнергии.

 

Принципиальная схема геотермальной электростанции с паровой турбиной приведена на рисунке 1, при этом используется резервуар сухого пара, которая с буровых скважин подается в турбину для изготовления электроэнергии.Рис. 1

 

Схема системы геотермального теплоснабжения, разработанная Институтом механической теплофизики НАН Украины и представленная на рис.2, имеет следующие показатели:
тепловая мощность модуля 5 МВт;
в частности теплоснабжение 3 МВт;
горячее водоснабжение 2 МВт;
температура на выходе буровой скважины 60-80°С;
температура воды в отопительной системе 55-75°С;
температура воды горячего водоснабжения 50°С;
давление воды буровой скважины не менее 1,5 Мпа;
габаритные размеры здания - 6,5x15x6 м.

 

Строение электростанций с бинарным циклом основано на двух запертых циклах - один для геотермальной воды, второй - для рабочей жидкости или газа с низкой температурой кипения. Рабочая жидкость, нагретая геотермальной водой, превращается в пар, которая поступает в теплообменник и используется для вращения турбины. Поскольку оба контура запертые, нет практически никаких выбросов, что делает систему экологически чистой. Рабочая жидкость испаряется при более низкой температуре, чем вода, поэтому бинарные станции работают при значительно низших температурах, чем другие типы геотермальных станций (100 - 190°С). А поскольку источники геотермальной воды с температурой ниже 190°С наиболее распространенные, то в будущем этот тип станций будет иметь преимущество. Геотермальные воды, которые используются для теплоснабжения, можно условно поделить на 3 группы:
воды, которые могут непосредственно использоваться потребителем и подогреваться без любых отрицательных последствий, то есть воды наиболее высокого качества;
воды, которые могут непосредственно использоваться потребителями для отопления, но не могут подлежать подогреву из-за своих агрессивных свойств;
воды повышенной минерализации и агрессивности, которые невозможно использовать непосредственно. Рис. Схема системы геотермального теплоснабжения
1 - подземный коллектор;
2 - буровая скважина;
3 - газошламоотделитель;
4 - нагнетательный насос;
5 - нагнетательная буровая скважина;
6 - теплообменник отопительной системы;
7 - насос отопительной системы;
8 - теплообменник системы горячего водоснабжения;
9 - отопительная система;
10 - система горячего водоснабжения;
11 - источник воды для горячего водоснабжения;
12 - система утилизации газов и шламов.

 

Технология безопасного использования геотермальных вод высокоразвитая и надежно проверенная временами. Сточную воду от электростанции подают обратно в резервуар, который разрешает сохранить в нем давление, под действием которого горячая вода подается из производственной буровой скважины. Технологическая геотермальная вода постоянно изолирована от подземных вод трубопроводом, вмонтированным в буровую скважину.

 

Геотермальные электростанции по сравнению с тепловыми станциями на ископаемом топливе выбрасывают очень мало серы и совсем не выбрасывают оксидов азота. Под геотермальные установки нужны совсем небольшие участки земли, намного меньшие, чем под энергетические установки других типов, их можно устанавливать практически на любых землях, в частности и на сельскохозяйственных угодьях. И вдобавок бурение геотермальных буровых скважин намного меньшее влияет на окружающую среду, чем разработка любых других источников энергии. Ландшафт вокруг геотермальной установки не портят ни шахты, ни туннели, ни груды отходов.

 

Тем не менее активное промышленное освоение геотермальных источников энергии может давать и некоторый отрицательный эффект. Геотермальная вода содержит много примесей, которые в небольшом количестве не является угрозой (соли разных металлов, сероводород), а также вредные вещества (мышьяк, бор). Кроме того, выделяются углекислый газ, метан, аммиак, который тоже необходимо учитывать. Кроме того, выход на поверхность значительных объемов воды может ухудшать состояние грунтов и грунтовых вод в зоне эксплуатации (заболоченность и засол).

 

На современных геотермальных станциях выбросы СО2 на 1 МВт·ч выработанной энергии минимальные или их нет вообще. Типичная геотермальная станция вырабатывает около 0,45 кг СО2 на 1 МВт·ч, электростанция на природном газе - 464 кг, электростанция на нефти - 720 кг, а угольная - 819 кг.

 

 

Энергоаудит и аудит. Управління енергоспоживанням в. 3. Технічне завдання на підтримкудемонстраційного проекту в м. Как мы можем эксплуатировать программы энергосбережения в новом мире дерегулирования электроэнергии.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0428