Геотермальная энергия

Нетрадиционный источник энергии, заключающийся в использовании тепла земли.

Ядро земли имеет примерную температуру 4000⁰С, а поверхность солнца имеет температуру около 6000⁰С за счет химических и ядерных реакций. От солнца тепло идет на поверхность земли.

1 – кора;

2 – полурасплавленная мантия;

3 – ядро.

Длина от ядра до коры 6370 км.

Средний поток тепла поверхности земли – 0,06 Вт/м².

Градиент – около 30⁰/км.

Перепад можно считать практически постоянным.

В некоторых местах есть разломы земной коры и в тех местах расплавленная магма близко подходит к земле.

Довольно большие запасы геотермальных вод имеются в Финляндии, Индонезии, Чили и в России на Камчатке и Курилах.

В России запасы довольно велики и составляют около 2000 ГВт.

Запасы геотермального тепла делятся на высоко и низко потенциальное. Около одной трети низкопотенциального тепла находятся в Западной Сибири.

Преимущество использования геотермальных вод:

1) экология (нет выбросов СО₂, N_хО_х, S_хО_х);

2) повышение надежности и экономичности энергоснабжения (так как привозное топливо в удаленных районах дорогое).

Развитие геотермальной энергетики начала развитие в 70-е годы.

Установленная мощность геотермальной энергетики в мире составляет 8000 МВт.

1-е место – занимают США (2000-3000 МВт);

2-е место – Китай;

3-е место – Исландия;

4-е место – Япония;

5-е место – Турция;

6- е место – Грузия;

7-е место – Россия.

В России разведано 47 месторождений геотермальных вод. Они дают около 240 тыс. м³/сутки – горячая вода температурой 40-50⁰С.

Первая опытная геотермальная станция была построена на Камчатке «Паратунская» в 1967 году (N_уст = 600 кВт).

Первая промышленная станция ГеоЭС «Паужетская» была построена на Камчатке (N_уст = 5 МВт), затем интерес увеличился и возник не только в России, но и во всем мире из-за очень дорогой энергии.

Большие проблемы с обеспечением энергии за счет геотермальных ресурсов заставили задуматься и были созданы организации АК «Геотерм», АО «Наука», РАУ ЕЭС России «Камчатэнерго» (было финансирование со стороны Европы в размере 100 млн. долларов, потом еще российские инвесторы выделили 180 млн. долларов).

Факторы, препятствующие быстрому развитию геотермальной энергетики, делятся на две группы:

1) природно-климатические;

2) связанные с характеристиками самого энергоносителя.

Месторождение Мутнавское геотермальное поле характеризуется сложным рельефом (овраги, каньоны, лесные речки, ручьи).

Из-за этих сложностей затруднительно построить крупные ГеоЭС (около 100 МВт), поэтому создаются блочные модульные ГеоЭС, отдельные комплексы (N = 4 – 30 МВт).

Климатические условия суровые: среднегодовая температура –1,9⁰С, летом +25⁰С, зимой –35⁰С и выше (частые летние ураганы, зимой высота снежного покрова достигает 10 м, строительный сезон ограничен 4-5 месяцами).

Специфические характеристики самого теплоносителя:

1) он является в основном вододоминирующим, преобладает водяная фаза – основные отличия рабочего тела от топливных ГЭС;

2) относительно невысокий тепловой потенциал (низкое давление и низкая температура; больше влагосодержащего пара; большой удельный объем; повышенное содержание примесей, вызывающих коррозию и эрозию; наличие неконденсирующихся газов (СО₂), что приводит к коррозии).

От скважины к скважине сильно меняется химический состав пара. геотермальный пар характеризуется наличием и содержанием нескольких десятков различных химических элементов и соединений, в которых преобладают ионы Na, Ca, Cl. В газовом составе до 5% занимают СО₂ и H₂S, кроме них присутствует NH₄, NH₃, H₂, радон и другие газы. Эти особенности являются рядом проблем, которые необходимо решать при проектировании, эксплуатации геотермального оборудования.

Исходя из этой специфики в основу создания Верхнее-Мутновской ГеоЭС, а затем и Мутновской ГеоЭС положены следующие принципы:

1) блочная при полной заводской готовности системы подготовки пара (СПП), который располагаются в непосредственной близости к ГеоЭС;

2) сама ГеоЭС модульного типа при 100% заводской готовности основных блоков модулей (турбогенераторы, электротехническое оборудование, системы управления и т.д.);

3) экологически чистая схема использования геотермального теплоносителя с воздушными конденсаторами системы, которые позволяют отображать энергию пара турбины, а конденсат отправлять обратно в скважину, поэтому и нет загрязнения.

Надежность и эффективность работы ГеоЭС определяется в значительной мере качеством поступающего в турбину пара (высокое качество). частота пара обусловлена эффективностью разделения пароводяной смеси, так как растворимость примесей в паровой фазе при давлении около 1 МПа ничтожно мала и их подавляющая часть рассредоточена как раз в жидкой фазе, поэтому в качестве критериев чистоты пара используется степень его сухости Х, как показатель его солесодержания.

Пар почти сухой достигает Х = 0,95%, то есть чистый.

Упрощенная тепловая схема В-М ГеоЭС, N=12 МВт, пар 110 т/ч, Р=0,8 МПа, t = 170⁰С.

Т/2 №1 Т/2 №2 Т/2 №3

С.2

С.1

2

6

ПВС 3 Сепаратор

t = 170⁰ 4 7

1

5

4

8 9

1 – добычная скважина (продуктивная);

2,3 – сепаратор;

4 – насос;

5 – система отопления;

6 – воздушный конденсатор;

7 – конденсатосборник;

8 – скважина закачки сепарата;

9 – скважина закачки конденсата.

2-х фазный поток из 3-х продуктивных скважин направляется по трубопроводу в коллектор, далее после 2-х ступеней сепарации пар направляется к 3-м энергоблокам по 4 МВт каждый. Пар передается турбинами практически осушенным (х = 95%) и поэтому является чистым, то есть качество пара перед турбинами находится на уровне обычных топливных ТЭС средних параметров.

Для повышения эффективности использования энергии геотермального теплоносителя горячая вода (при t = 170⁰C) направляется в распределитель, где испаряется при давлении Р = 0,4 МПа. Этот пар, получающийся в количестве 10 т/ч, и используется в эжекторах для удаления и отсосов неконденсирующихся газов (H₂S).

Дата добавления: 2014-01-05