Использование геотермального тепла в системах теплоснабжения и производства электроэнергии

Для обогрева зданий и горячего водоснабжения горячая вода или пар подаются через систему очистки и фильтрации в соответствующие системы (теплоснабжения или горячего водоснабжения). Таким образом, система теплоснабжения на гидротермальных и паротермальных источниках устроена достаточно просто. Тем более, что в большинстве таких источников теплоносители (вода или пар) находятся под давлением и их извлечение не создает особых затруднений.

Гораздо сложнее извлечение тепла из петротермальных источников. Нагретые твердые породы находятся под землей, причем, наиболее доступные на глубине 10 – 20 км. Такая глубина залегания при современной технике бурения не является непреодолимой. В Мире, в том числе и в России, существует богатый опыт бурения таких скважин. Трудности состоят в подаче тепла от этих источников к потребителям и преобразователям.

Существует несколько проектов отбора тепла петротермальных источников, среди которых наиболее реальным представляется следующий.

В зоне близко расположенного петротермального источника бурится две скважины на некотором расстоянии друг от друга или на разную глубину (рисунок 8.2).

В скважины опускаются трубы, имеющие отверстия в нижней части. В одну из труб закачивается вода. Предполагается, что вода под давлением пробьет себе путь к другой трубе, по которой она будет откачиваться на поверхность и подваться к преобразователю или потребителю тепла. Проходя между трубами через нагретую твердую породу петротермального источника, вода нагреется и будет откачиваться уже в горячем состоянии.

Рисунок 8.2. Добыча теплоты из петротермальных источников

(проект)

Недостатки такого проекта можно выявить умозрительным путем.

Первое, нет оснований предполагать, что нагнетаемая вода пробьет себе путь именно к заборной трубе. Вероятность такого исхода можно значительно увеличить, пробурив множество нагнетательных и заборных скважин, расположенных вперемежку, однако при этом стоимость увеличится пропорционально числу скважин.

Второе, даже если нагнетаемая вода пробет себе путь в нужном направлении, то по истечении времени русло бдет размываться, увеличивая пропускную способность, и вода будет нагреваться медленнее и до более низких температур. Методами моделирования установлено, что реальный срок службы таких источников не превышает 20 лет, что очень мало даже для традиционных источников энергии.

Использование геотермальных источников энергии для получения электроэнергии имеет некоторые особенности и не может быть осуществлено по аналогии, например, с солнечными тепловыми электростанциями. Дело в том, что для работы паровой машины с приемлемыми энергетическими показателями требуется пар с температурой не менее 130ºС. Учитывая, что температура гидро- и паротермальных источников практически такая же, то их использование для работы паровой машины становится проблематичным из-за неизбежных потерь тепла между источником и машиной.

Для устранения этого недостатка применяют другие рабочие тела, например, аммиак, фреон или изобутан. На рисунке 8.3 приведена схема паротурбинной установки на изобутане /8/.

Электростанция работает следующим образом. Теплоноситель от геотермального источника с низкой температурой нагревает и доводит до кипения изобутан. Пар изобутана под давлением поступает на газовую основную турбину, которая вращает генератор. Отработанный пар изобутана поступает в конденсатор и конденсируется до жидкого состояния. Жидкий изобутан подается в изобутановый котел для повторного использования и цикл повторяется. Отработанная геотермальная вода или пар возвращаются в геотермальный источник. Необходимость этого будет показана в следующем пункте.

Дата добавления: 2014-01-06