Геотермальные электростанции

Использование солнечной энергии

В настоящее время разработаны три схемы использования солнечной энергии. Наиболее перспективной является схема солнечной электростанции (СЭС) с фотоэлектрическими элементами на основе кремния. Фотоэффект – возникновение электрического тока при воздействии света – был открыт Г. Герцем в 1876 г., а в 1978 г. А.Г. Столетов провёл глубокие исследования закономерностей этого явления.

В 1953 г. была создана первая солнечная батарея и уже в 1958 г. очередной запущенный третий по счету советский спутник Земли был оснащён солнечным источником энергии.

Спустя полвека сегодня в США, например, работают несколько экспериментальных фото-ЭС суммарной мощностью около 6,5 МВт. В Германии под Лейпцигом в 2004 г. пущена СЭС мощностью 5 МВт. У нас разрабатывается проект фотоэлектростанции мощностью 1 МВт под Кисловодском.

Но пока СЭС являются еще самыми дорогими. Развитие технологии получения «солнечного» кремния позволит снизить удельные капиталовложения в солнечные фото-ЭС до 3000–5000 долларов за кВт.

Другое направление использования солнечной энергии– преобразование её в электрическую на базе термодинамического цикла.

Тепловая СЭС башенного типа мощностью 5 МВт была введена в опытную эксплуатацию в 1985 г. в Крыму. На вершине башни располагается солнечный котёл чёрного цвета, на котором с помощью гелиоконцентраторов или системы зеркал и линз фокусируются солнечные лучи, что приводит к повышению температуры котла и закипанию воды. Образовавшийся пар поступает в турбогенератор, после которого конденсируется и конденсат насосом подаётся вновь в котёл.

Наиболее простым направлением использования солнечной энергии является преобразование её в тепловую для целей горячего водоснабжения или отопления помещений. Основным элементом такой системы является коллектор, изготовляемый из специальных алюминиевых профилей, в котором вода нагревается до необходимой температуры.

По современным представлениям глубинные слои Земли сильно разогреты. Известно, что в среднем на каждые 30-40 м в глубь Земли, температура возрастает на 1⁰С. Повышение температуры объясняется существованием теплового потока, направленного от земного ядра. Мощность этого потока в тысячи раз меньше мощности солнечной радиации, но в некоторых регионах планеты концентрированный тепловой поток с термальными водами и паром выходит практически на поверхность Земли и уже активно используются как источник энергии. В Новой Зеландии ГеоТЭС вырабатывают до 40% всей электроэнергии, в Италии – 6%. Небольшая северная страна Исландия полностью обеспечивает себя овощами, фруктами и даже бананами. Теплицы здесь получают энергию от тепла горячих источников – гейзеров. Столица страны г. Рейкьявик, где проживает половина населения страны, отапливается только за счёт подземных источников.

Но не только для отопления используется тепло Земли. Еще в 1904 г. в небольшом итальянском городке Лардерелла была пущена первая маломощная геотермальная электростанция, которая много раз совершенствовалась и сегодня достигла мощности 360 МВт. В США недалеко от Сан-Франциско работает геоТЭС мощностью 500 МВт.

В России ГеоТЕС географически “привязаны” к районам парогидротермальных месторождений (Камчатка, Курилы). В этих районах ГеоТЭС могут почти полностью удовлетворить потребности в электроэнергии и уже сейчас имеют коммерческую привлекательность с учетом высокой стоимости привозного топлива. Перспективы ГеоТЭС для указанных районов уже определились. В дополнение к Верхне-Мутновской ГеоТЭС мощностью 12 МВт в ближайшие годы будут строиться Мутновская ГеоТЭС мощностью 50 МВт (первая очередь). В планах строительство Океанской ГеоТЭС в Сахалинской области мощностью 12 МВт. С учетом существующей Паужетской ГеоТЭС мощностью 11 МВт суммарная мощность всех ГеоТЭС региона может составить 85 МВт.

Гораздо большее распространение в электроэнергетике России могут получить ГеоТЭС на термальной воде с температурой 100-200^оС, месторождения которой значительно более распространены. Такая ГеоТЭС должна быть двухконтурной, с низкокипящим рабочим телом во втором контуре. Структурная схема геотермальной ЭС на рис. 7.1.

Рис. 7.1 Схема ГеоТЭС для вулканических районов:

1 – скважина; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 – конденсатор; 5 – насос;

6 – водяной теплообменник.

Однако эти ГеоТЭС, в отличие от парогидротермальных, требуют опытно-промышленного освоения для отработки новой технологии и достижения коммерческой привлекательности.