Энергия Земли

     4.Геотермальные  электростанции

    Геотермальная электростанция (ГеоТЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую  энергию из тепловой энергии  подземных  источников (например,гейзеров).

     Геотермальные воды с наиболее высокой температурой и пар используют для получения  электроэнергии. Энергия, полученная таким  способом, дешевле, чем энергия тепловых, атомных и гидроэлектростанций. Наличие больших запасов геотермальной  энергии в земной коре дает надежду  на то, что у этой отрасли энергетики большое будущее.

    На  Камчатке уже работают две геотермальные  электростанции. А также такие  электростанции построены в районе Махачкалы и Южно-Курильска.

    Недостатком всех имеющихся геотермальных электростанций является то, что располагать их возможно только там, где есть горячие  источники. Но ученые всерьез задумались о технологиях, которые позволят использовать тепло земных недр повсеместно.

    Ученые  выдвинули идею бурения скважин  на глубину в 4-6 километров, для того чтобы в одну скважину закачивать холодную воду, а из другой получать разогретый пар. Температура в глубине  скважин будет достигать 150-200°C. Полученный пар можно использовать для получения  электроэнергии или отопления. Данный способ назвали технологией "горячих  сухих горных пород". Сейчас его  испытывают в рамках экспериментального проекта, реализуемого совместно немецкими, французскими и британскими учеными  в Эльзасе. В ходе испытаний уже  удалось получить геотермальный  пар, и в скором будущем ученые надеются получить с помощью него электрический ток.

    Благодаря изобретению советского инженера Александра Калины, наряду с традиционными геотермальными электростанциями появились электростанции использующие "цикл Калины". Их особенностью является то, что горячая вода из земных недр передает свою энергию  другой жидкости. Такая схема называется бинарной или двухконтурной. В качестве второй жидкости используют двухкомпонентную водно-аммиачную смесь. Свойства этой смеси позволяют оптимизировать перенос тепла при ее испарении  и конденсации. Поэтому "цикл Калины" оказался эффективней других бинарных схем. КПД таких электростанций гораздо  выше по сравнению с традиционными  геотермальными электростанциями и  это несомненно большой прогресс. 

4.1.Способы  использования геотермальной  энергии

    Существует  два основных способа использования  геотермальной энергии: прямое использование  тепла и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования тепла  широко распространенна в высоких  широтах на границах тектонических  плит, например в Исландии и Японии. Водопровод в таких 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. 

     4.2.Источники  геотермальной энергии

    Сухая нагретая порода – Для того, чтобы использовать энергию в геотермальных электростанциях, содержащуюся в сухой скальной породе, воду при высоком давлении закачивают в породу. Таким образом, расширяются существующие в породе изломы, и создается подземный резервуар пара или горячей воды.

    Магма – расплавленная масса, образующаяся под корой Земли. Температура магмы достигает 1200 С. Несмотря на то, что небольшие объемы магмы находятся на доступных глубинах, практические методы получения энергии из магмы находятся на стадии разработки.

    Горячие, находящиеся под  давлением, подземные  воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ.

    5.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.

    5.1.ГеоЭС,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.

    5.2.ГеоЭС  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.

    5.3.ГеоЭС  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.

     6.Применение 

     Применение  геотермальных вод не может рассматриваться  как экологически чистое, потому что  пар часто сопровождается газообразными  выбросами, включая сероводород  и радон - оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вщающий  турбину, должен быть конденсирован, что  требует источника охлаждающей  воды, точно так же как этого  требуют электростанции на угле или  ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной  горячей воды возможно тепловное  загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается  из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая  вода извлекается для станций  с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть необычно соленой (до 20% соли), и тогда потребуется  перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в  реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко  содержатся также значительные количества сероводорода—дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях.  

    7.Заключение

    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.

    Геотермальная энергетика развивается достаточно интенсивно в США, на Филиппинах, в  Мексике, Италии, Японии, России. Самая  мощная ГеоТЭС (50 МВт) построена в  США — ГеоТЭС Хебер.

    Запасы  геотермальной энергии составляют 200 ГВт. Геотермальные ресурсы распределены неравномерно, и основная их часть  сосредоточена в районе Тихого океана.

    В России геотермальные источники  экономически расположены невыгодно. Камчатка, Сахалин и Курильские острова  отличаются слабой инфраструктурой, высокой  сейсмичностью, малонаселенностью, сложным  рельефом местности. Общие запасы этого  вида энергии в России оцениваются  в 2000 МВт. В настоящее время в  России действует Паужетская ГеоТЭС на Камчатке мощностью 11 МВт. 
 
 
 
 
 
 

8.Список  литературы

1. Выморков Б.М.  Геотермальные электростанции. –  М.-Л., 1966.

2. Конеченков  А., Остапенко С. Энергия тепла  Земли // Электропанорама. – 2003. – №7-8.

3. Гетермальная энергетика.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Гетермальная_энергетика.

4. Геотермальные  электростанции http://www.manbw.ru/analitycs/geothermal_power_stations_plant.html

5. Саламов А.А. Геотермические электростанции  в энергетике мира. -  М.: Теплоэнергетика, 2000.

6. Володин В., Хазановский П. Энергия, век  двадцать первый — М.: 1989