Геотермальные электростанции

случаях монтируется  непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 150 0С).

       В Калифорнии, Неваде и некоторых других местах геотермальная энергия используется на больших электростанциях, Так, в  Калифорнии около 5% электричества вырабатывается за счет геотермальной энергии, в Сальвадоре геотермальная энергия производит около 1/3 электроэнергии. В Айдахо и Исландии геотермальное тепло используется в различных сферах, в том числе и для обогрева жилья. В тысячах домах геотермальные тепловые насосы используются для получения экологически чистого и недорогого тепла. 
 

 Преобразование  геотермальной энергии  в электрическую  и тепловую 

      Одно  из перспективных направлений использования  тепла высокоминерализованных подземных  термальных вод преобразование его  в электрическую энергию. С этой целью была разработана технологическая схема для строительства ГеоТЭС, состоящая из геотермальной циркуляционной системы (ГЦС) и паротурбинной установки (ПТУ), схема которой приведена на рис.1. Отличительной особенностью такой технологической схемы от известных является то, что в ней роль испарителя и перегревателя выполняет внутри-

скважинный вертикальный противоточный теплообменник, расположенный  в верхней части нагнетательной скважины, куда по наземному трубопроводу подводится добываемая высокотемпературная термальная вода, которая после передачи тепла вторичному тепло-

носителю закачивается обратно в пласт. Вторичный теплоноситель  из конденсатора паротурбинной установки  самотёком поступает в зону нагрева  по трубе, спущенной внутри теплообменника до днища.

      В основе работы ПТУ лежит цикл Ренкина; t,s диаграмма этого цикла и  характер изменения температур теплоносителей в теплообменнике испарителе. 
 

      Наиболее  важным моментом при строительстве  ГеоТЭС является выбор рабочего тела во вторичном контуре. Рабочее тело, выбираемое для геотермальной установки, должно обладать благоприятными химическими, физическими и эксплуатационными свойствами при заданных условиях работы, т.е. быть стабильным, негорючим, взрывобезопасным, нетоксичным, инертным по отношению к конструкционным материалам и дешёвым. Желательно выбирать рабочее тело с более низким коэффициентом динамической вязкости (меньше гидравлические потери) и с более высоким коэффициентом теплопроводности (улучшается теплообмен).

      Все эти требования одновременно выполнить практически невозможно, поэтому всегда приходится оптимизировать выбор того или иного рабочего тела.

      Невысокие начальные параметры рабочих  тел геотермальных энергетических установок приводят к поиску низкокипящих рабочих тел с отрицательной  кривизной правой пограничной кривой в t, s диаграмме, поскольку использование воды и водяного пара приводит в этом случае к ухудшению термодинамических показателей и к резкому увеличению габаритов паротурбинных установок, что существенно повышает их стоимость. 

      Виды  ГеоЭС(по принципу 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. 
 
 

      

 

      Примеры крупнейших ГеоЭС 

      The Geysers («Гейзеры»), США 

      США считается самым крупным производителем геотермальной энергии в мире. Здесь, в штате Калифорния, расположен самый крупный комплекс геотермальных электростанций. Он состоит из 22 отдельных ГеоЭС. Совокупная мощность этого комплекса 725 МВт, таким образом, «Гейзеры» могут обеспечить электроэнергией город размерами с Сан-Франциско. Предполагается, что предельная мощность «Гейзеров» может достигать 1360 МВт. 

      Makiling Banahaw («Макилинг-Банахау»), Филиппины 

      Филиппины входят в число крупнейших стран-производителей геотермальной энергии. Так, в 2007 году они занимали второе место в мире, уступая лишь США. В 1984 году на Филиппинских островах начала свою работу геотермальная электростанция «Макилинг-Банахау», мощность которой в тот момент составляла 330 МВт. Считается, что в настоящее время мощность данной электростанции превышает 458 МВт. 
 
 

      Tiwi («Тиви»), Филиппины 
 

      В 1982 году на Филиппинских островах была открыта еще одна крупная геотермальная электростанция, получившая название «Тиви». Ее мощность составила превышает 280 МВт и, по некоторым данным, достигает 330 МВт. 

      Imperial Valley Geothermal Area, США 

      В штате Калифорния находится долина Империал (Imperial Valley). Здесь расположен комплекс, состоящий из 10 геотермальных электростанций. Его совокупная мощность равна приблизительно 327 МВт. 

      Navy 1 Geothermal Area, США 

      Эта еще одна калифорнийская геотермальная  электростанция. Она расположена на озере Чайна Лэйк, рядом с военной базой. Ее мощность превышает 270 МВт. 

      Положительные и отрицательные  стороны ГеоЭС 

      Геотермальные энергетика, и геотермальные электростанции в том числе, является одним из самых перспективных видов получения  альтернативных источников энергии. К остальным положительным качествам геотермальной энергии можно отнести «круглосуточный» режим работы, который не зависит от климатических условий, времени года и прочих подобных факторов. Это полностью экологически чистый источник энергии, а его экономическая эффективность во много раз превосходит более традиционные виды получения электроэнергии.

      К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения  сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы создают в окрестностях немалый шум и могут, к тому же, содержать отравляющие вещества.  

Кроме того, геотермальную  электростанцию построить можно  не везде, потому что для ее постройки  необходимы определенные геологические  условия. 
 

Развитие  геотермальной энергетики в России 

      В последние годы в России отмечается значительный прогресс в развитии геотермальной  энергетики,обусловленный необходимостью решения острых проблем энергоснабжения отдаленных районов, располагающих большими разведанными запасами высокотемпе-ратурных геотермальных ресурсов, и достижениями отечественной промышленности в создании новых образцов геотермального оборудования .На территории России разведаны большие запасы

геотермальной энергии, которые по оценкам экспертов в несколько

раз превышают  запасы энергии органического топлива. Для использования геотермальных  ресурсов в России имеется более 3000 пробуренных в предшествующие годы скважин, что существенно об-

легчает возможности  эффективного освоения геотермальных ресурсов.

      В последние годы достигнуты значительные успехи в практическом освоении геотермальных ресурсов на Камчатке. Ввод в эксплуатацию в 1999 г. Пилотной Верхне-Мутновской ГеоЭС мощностью 12 (3х4) МВт ив 2002 г. первой очереди Мутновской ГеоЭС мощностью 50 (2х25)

МВт открывает  новые перспективы, технические и финансовые возможности для разработки эффективных технологий использования геотермальныхресурсов и в других регионах России.

      В настоящее время российскими  организациями разработано более 5 крупных проектных предложений использования геотермальных ресурсов на Северном Кавказе, в Западной Сибири, в Калининградской области, на Камчатке и в других районах. К сожалению, распределение

геотермальных ресурсов по территории России весьма неравномерно, извлечение геотермального тепла требует значительных затрат на бурение скважин (там, где они отсутствуют) и на решение проблем предотвращения солеотложений и коррозии инженерного оборудования. Каждый из  рассматриваемых проектов имеет существенные индивиду-

альные особенности, накладывающие дополнительные требования к разработке оптимальных технических решений и удорожающих

проект. Тем не менее, как показывают оценки, для ряда регионов

страны использование  геотермальной энергии оказывается экономи-

чески эффективным и конкурентоспособным, особенно по отношению

к вариантам  энергоснабжения, базирующимся на использовании дорогого привозного топлива. 
 

      Приоритетными направлениями дальнейших исследований и разработок являются разработки бинарных геотермальных энергоустановок на низкокипящих рабочих телах, решение проблем, связанных с солеотложениями и коррозией геотермального оборудования, разработкой технологий извлечения ценных химических

компонентов из геотермальных флюидов. 

Список  литературы 
 

1."Возобновляемые источники энергии: роль и место в современной и перспективной энергетике"О. С. Попель