2015-05-05
1507
Одним из перспективных направлений использования геотермальной энергии является строительство геотермальных тепловых электростанций (ГеоТЭС). Ресурсной базой современных геотермальных электростанций являются месторождения парогидротерм с температурой теплоносителя выше 150oС.
Первый опыт выработки электроэнергии осуществлен в 1904 году вблизи Лардерелло (Италия) в гипертермальном районе. Почти все существующие ГеоТЭС размещены именно в таких районах. В настоящее время в мире накоплен определенный опыт строительства и эксплуатации геотермальных ТЭС. Они сооружены в США (более 700 МВт), Италии, Новой Зеландии, Японии и т.д. Затраты на 1 кВт установленной мощности ГеоТЭС во многом определяются стоимостью скважины и занимают промежуточное положение между аналогичными затратами на ТЭС и АЭС.
Использование и сооружение ГеоТЭС сопряжено с рядом серьезных проблем. Во-первых, это высокая стоимость скважины. Во-вторых, в подземных резервуарах пар находится под достаточно большим давлением (порядка 30 атм), а у поверхности Земли давление его падает до 10 атм. В этих условиях КПД электростанции не превышает 15…16%, тогда как на ТЭС он достигает 40%. Следовательно, на ГеоТЭС для получения такой же мощности, что и на ТЭС, необходимо увеличить расход пара через турбину примерно в 2,5 раза. Обычно единичная скважина дает около 20 кг/c пара, что достаточно для вращения турбины мощностью 7 МВт. Для более мощных турбин нужны дополнительные скважины.
|
|
|
Геотермальная вода имеет сложный физико-химический состав. В ней растворено значительное количество газов и минеральных солей, в 1 м3 воды может содержаться до 25 кг минеральных солей. Сильно минерализованная вода активно разрушает турбины и создает серьезные проблемы по ее утилизации, вплоть до необходимости сооружать специальные скважины для закачивания отработавшей воды.
Проблемы несколько другого характера возникают при использовании петротермальных источников энергии. Для ГеоТЭС, использующих «сухое» тепло, необходимо пробурить две скважины: по одной подается холодная вода, а из другой получают пар или горячую воду. «Сухое» тепло можно использовать для обогрева зданий. Известно достаточное количество различных систем отопления и горячего водоснабжения. В зависимости от физико-химического состава термальной воды следует предусмотреть меры защиты, вплоть до промежуточного теплообменника.
Практика показывает, что возможны следующие основные направления использования ТЭВ:
– теплоснабжение (отопление и горячее водоснабжение) гражданских и промышленных зданий и сооружений;
|
|
|
– теплоснабжение сельскохозяйственных объектов (теплиц и парников как круглогодичного, так и сезонного времени действия, рыборазводные водоемы, птичьи фермы и пр.);
– удовлетворение в тепле технологических процессов промышленных предприятий (сушка древесины для мебельного производства, ферментация чайного листа и пр.);
– удовлетворение коммунально-бытовых нужд населения (бани, плавательные бассейны, прачечные и пр.);
– бальнеологические цели; производство электроэнергии.
Для первых пяти направлений использования применяются воды низко – (температура до 70 оС) и среднепотенциальные (температура 70 – 100 оС), для выработки электроэнергии – только высокопотенциальные (температура свыше 100 оС).
Предлагаемая, экологически чистая технологическая схема извлечения глубинного тепла Земли приведена на рисунке 7.1.
  |
Рисунок 7.1. – Способ извлечения геотермального тепла:
1– грунты; 2 – скважина; 3 – тепловой насос; 4 – объект теплоснабжения; 5 – объект холодоснабжения
Вода обратного трубопровода с температурой (t0) поступает в скважину по обсадной трубе диаметром (d4 / d3) и, получив тепло от сухого слоя породы, нагревается до температуры (
) и поднимается вверх по внутренней трубе диаметром (d2 / d1). Нагретая вода подается потребителю с температурой (t2).
Охлажденную воду от потребителя с температурой t2 подают по межтрубному пространству в скважину. Вода нагревается от стенок обсадной трубы, а затем нагретая до температуры t1 – подается потребителю. Так как температура нагретой воды t1 в зависимости от температурного градиента может быть недостаточно высокой для прямого использования в системе теплоснабжения, устанавливается тепловой насос. Применение теплового насоса позволяет увеличить теплоотдачу скважины за счет понижения температуры обратной воды t2, закачиваемой в скважину. При этом исключается необходимость тепловой изоляции оголовка скважины (в прототипе осуществляется изоляция скважин на глубину до 300 м для предотвращения прогрева верхних слоев земной коры).
Преимущества предлагаемой схемы уже указывались, а ее недостаток – низкая интенсивность теплопередачи в связи с передачей тепла теплопроводностью в породах – может компенсироваться тем, что при использовании для нужд теплоснабжения температуры теплоносителя t1 и t2 могут быть снижены. Возможна открытая система теплоснабжения.
Скважина предназначается для круглогодичного использования: в холодный период – на производственные нужды и коммунально-бытовые (отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение); в теплый период – на производственные нужды, коммунально-бытовые (горячее водоснабжение) и холодоснабжение.
Т. к. контур для извлечения тепла является закрытым, то исключаются: загрязнение теплоносителя от грунтов; утечки теплоносителя в грунт. Не требуется создавать давление насосом для закачки теплоносителя в пласт; напор насоса используется только для преодоления гидравлических сопротивлений в системе, которые сравнимы с гидравлическими сопротивлениями в обычных тепловых сетях.
Применение тепловых насосов позволяют увеличить теплосъем со скважины в 1,5 – 2 раза.
