Геотермальная энергия

 

Введение

Внутреннее тепло Земли  удобно использовать как геотермальные  горячие источники. Геотермальная  энергетика основана на производстве и реализации тепловой и электрической  энергии за счет тепловой энергетики, которая содержится в недрах земли. Безусловно, это альтернативный источник энергии, который использует возобновляющиеся ресурсы. Удобнее всего применение такого вида энергии в вулканических  районах. Подземные теплые воды получают в результате бурения скважин. На не очень больших глубинах циркулирующая  вода нагревается и поднимается  к поверхности по трещинам. Горные породы с необходимой температурой очень распространены. Наиболее перспективным  считается применение геотерм как  источника тепла.

 

Достоинства и  недостатки

Во-первых, доступность в любое время года и при любой погоде, во-вторых, затраты на профилактику и эксплуатацию практически сведены к нулю. Затраты на все работы по установке системы окупаются уже через 3 - 4 года. Освобождаются площади, которые раньше необходимы были для хранения топлива. Что интересно, геотермальные установки используются не только для обогрева, но также и для охлаждения помещений в летнее время, при этом механизм работы таких систем как бы запускается в обратную сторону.

В-третьих, огромным превосходством геотермальной энергии является ее неиссякаемость, а также неподвластность условиям окружающей среды и временам года. Если в регионе находятся источники подземных термальных вод, использование их для горячего водоснабжения очень целесообразно.

По мнению ученых, в настоящее  время имеется множество разработок, с помощью которых можно генерировать тепловую и электрическую энергию  с использованием внутренних резервов планеты. При внедрении геотермической энергетики существует возможность  обеспечения до 15% энергетических потребностей мировой экономики. По мнению специалистов, в ближайшее время есть перспектива  строительства так называемых герметических  заводов. Такие заводы предполагают наличие глубинных скважин (от 2 до 4 км), внутри которых планируется  проведение систем труб, для циркуляции воды, подаваемой сверху. Благодаря  теплу, которое генерируется реакциями  в ядре планеты, вода будет нагреваться  до состояния кипятка и пара, следовательно, появится необходимая энергия для  электрогенераторов, которые работают на поверхности земли.

Наряду с многообразными видами получения энергии, геотермическая обладает рядом преимуществ. Всем известно, что сейчас для получения энергии  актуально использовать ресурсы, которые  пополняются естественным путем. В  отличие от современных источников тепла, для получения геотермической энергии не потребуется никакого топлива. Вопрос предотвращения глобальных изменений климатических условий  планеты и защиты окружающей среды  также можно будет решить с  развитием геотермической энергетики.

Главная из проблем, которые возникают  при использовании подземных  термальных вод, заключается в необходимости  обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

 

Геотермальная электроэнергетика  в мире

Потенциальная суммарная рабочая  мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций  на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности  в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют  или относительно дороги горючие  полезные ископаемые, а также благодаря  правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных  электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х — около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт.

 

Установленная мощность по странам
Страна	Мощность, МВт  2007	Мощность, МВт  2010	Доля
США	2687	3086	0.3%
Филиппины	1969.7	1904	27%
Индонезия	992	1197	3.7%
Мексика	953	958	3%
Италия	810.5	843
Новая Зеландия	471.6	628	10%
Исландия	421.2	575	30%
Япония	535.2	536	0.1%
Сальвадор	204.2	204	14%
Кения	128.8	167	11.2%
Коста-Рика	162.5	166	14%
Никарагуа	87.4	88	10%
Россия	79	82
Турция	38	82
Папуа-Новая Гвинея	56	56
Гватемала	53	52
Португалия	23	29
КНР	27.8	24
Франция	14.7	16
Эфиопия	7.3	7.3
Германия	8.4	6.6
Австрия	1.1	1.4
Австралия	0.2	1.1
Таиланд	0.3	0.3
Всего	9,731.9	10,709.7

 

США

Крупнейшим производителем геотермальной  электроэнергии являются США, которые  в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт. До 2013 годапланируется строительство более 4400 МВт.

Основные промышленные зоны: «гейзеры»  — в 100 км к северу от Сан-Франциско (1360 МВт установленной мощности), и северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности), в Неваде установленная мощность станций достигает 235 МВт.

Геотермальная электроэнергетика, как  один из альтернативных источников энергии  в стране, имеет особую правительственную  поддержку.

Филиппины

На 2003год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27% всей электроэнергии в стране.

Мексика

Страна на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной  энергии в мире, с установленной  мощностью электростанций в 953 МВт. На важнейшей геотермальной зоне Серро Прието расположились станции общей мощностью в 750 МВт.

Италия

В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.

Исландия

В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей  электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.

Кения

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт., существуют планы по росту мощностей до 576 МВт.

Израиль

Один из крупнейших производителей геотермальной энергии в мире. Сотрудничает по этому вопросу с  США. По некоторым данным геотермальная  энергия обеспечивает электричеством около 500 тыс. жителей страны.

 

Классификация геотермальных  вод

По температуре

Слаботермальные	до 40°C
Термальные	40-60°C
Высокотермальные	60-100°C
Перегретые	более 100°C

По минерализации (сухой  остаток)

ультрапресные	до 0,1 г/л
пресные	0,1-1,0 г/л
слабосолоноватые	1,0-3,0 г/л
сильносолоноватые	3,0-10,0 г/л
соленые	10,0-35,0 г/л
рассольные	более 35,0 г/л

 

 

По общей жесткости

очень мягкие	до 1,2 мг-экв/л
мягкие	1,2-2,8 мг-экв/л
средние	2,8-5,7 мг-экв/л
жесткие	5,7-11,7 мг-экв/л
очень жесткие	более 11,7 мг-экв/л

По кислотности, рН

сильнокислые	до 3,5
кислые	3,5-5,5
слабокислые	5,5-6,8
нейтральные	6,8-7,2
слабощелочные	7,2-8,5
щелочные	более 8,5

По газовому составу

сероводородные
сероводородно-углекислые
углекислые
азотно-углекислые
метановые
азотно-метановые
азотные

 

 

По газонасыщенности

слабая	до 100 мг
средняя	100-1000 мг/л
высокая	более 1000 мг/л

 

Геотермальные электростанции - принципы работы

В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных  ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема  производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар  или вода) и ее температуры. Первыми  были освоены электростанции на сухом  пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через  турбину/генератор. Электростанции с  непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при  высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные  электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном  пару. Пар поступает непосредственно  в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование  пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке  и хранении топлива). Это старейшие  геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена  в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она  действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная  геотермальная электростанция в  мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества  на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается  в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень  быстро выпаривается. Полученный пар  приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии.

Большинство геотермальных  районов содержат воду умеренных  температур (ниже 200 0С). На электростанциях  с бинарным циклом производства эта  вода используется для получения  энергии. Горячая геотермальные  вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем  у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это  замкнутая система, выбросы в  атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным  ресурсом, поэтому большинство геотермальных  электростанций будущего будут работать на этом принципе.

Будущее геотермального электричества.

Резервуары с паром  и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных ресурсов. Земная магма и сухая твердая  порода обеспечат дешевой, чистой практически  неиссякаемой энергией, как только будут разработаны соответствующие  технологии по их утилизации. До тех  пор, самыми распространенными производителями геотермальной электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.

Вывод

Конечно, при установке геотермального отопления стоимость теплового  насоса и другого оборудования высока по сравнению с котельными, но это не мешает называть геотермальные системы отопления самыми экономичными. 1 кВт электроэнергии, затраченный на работу насоса, даёт 4-7 кВт тепловой энергии! Получается, что 3-6 кВт хозяева получают бесплатно! С помощью нехитрых вычислений можно прийти к выводу, что геотермальное отопление в домах от 80-150 кв.м. полностью окупит себя уже через 2-3 года.  Геотермальные насосы могут не только обогревать помещение, но и охлаждать его, причём охлаждение с помощью геотермального отопления гораздо эффективнее кондиционеров.