Геотермальные теплоносители

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. История развития геотермальной энергетики в России

2. Геотермальная энергия

3. Источники геотермальной энергии

4. Способы использования геотермальной энергии

5. Преобразование геотермальной энергии в электрическую и тепловую

6. Виды ГеоЭС(по принципу работы)

7. Примеры крупнейших ГеоЭС

8. Положительные и отрицательные стороны ГеоЭС

9. Развитие геотермальной энергетики в России

Список литературы

Введение

Геотермамльная электростамнция (ГеоТЭС) -- вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров).

Первая в СССР геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность -- 11 МВт. Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1°C каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650°C. Скорость остывания Земля примерно равна 300-350 °C в миллиард лет. Земля содержит 42 х 10^12 Вт тепла, из которых 2% содержится в коре и 98% - в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое находится слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

1. История развития геотермальной энергетики в России

Наряду с огромными ресурсами органического топлива Россия располагает значительными запасами тепла земли, которые могут быть преумножены за счет геотермальных источников, находящихся на глубине от 300 до 2500м в основном в зонах разломов земной коры.

Территория России хорошо исследована, и сегодня известны основные ресурсы тепла земли, которые имеют значительный промышленный потенциал, в том числе и энергетический. Более того, практически везде имеются запасы тепла с температурой от 30 до 200°С.

Ещё в 1983г. Во ВСЕГИНГЕО был составлен атлас ресурсов термальных вод СССР. В нашей стране разведано 47 геотермальных месторождений с запасами термальных вод, которые позволяют получить более 240·10імі/сут. Сегодня в России проблемами использования тепла земли занимаются специалисты почти 50 научных организаций.

Для использования геотермальных ресурсов пробурено более 3000 скважин. Стоимость исследований геотермии и буровых работ, уже выполненных в этой области, в современных ценах составляет более 4млрд. долларов. Так на Камчатке на геотермальных полях уже пробурено 365 скважин глубиной от225до2266м и израсходовано (ещё в советское время) около 300млн. долларов (в современных ценах).

Эксплуатация первой геотермальной электростанции была начата в Италии в 1904г. Первая геотермальная электростанция на Камчатке, да и первая в СССР Паужетская ГеоТЭС была введена в работу в 1967г. И имела мощность 5мВт, увеличенную впоследствии до 11 мВт. Новый импульс развитию геотермальной энергетике на Камчатке был придан в 90-е годы с появлением организаций и фирм (АО «Геотерм», АО «Интергеотерм», АО «Наука»), которые в кооперации с промышленностью (прежде всего с Калужским турбинным заводом) разработали новые прогрессивные схемы, технологии и виды оборудования по преобразованию геотермальной энергии в электрическую и добились кредитования от Европейского банка реконструкции и развития. В результате в 1999г. На Камчатке была введена `аспоря-Мутновская ГеоТЭС (три модуля по 4мВт.). Вводится первый блок 25мВт. Первой очереди Мутновской ГеоТЭС суммарной мощностью 50мВт.

2. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия--это энергия внутренних областей Земли. Извержение вулканов наглядно свидетельствует об огромном жаре внутри планеты Ученые оценивают температуру ядра Земли в тысячи градусов Цельсия Эта температура постепенно снижается от горячего внутреннего ядра где как полагают металлы и породы могут существовать только в расплавленном состоянии до поверхности Земли

Геотермальные ресурсы огромны. Истоки их освоения уходят еще в глубокую древность. Тепло Земли уже сейчас вносит вклад в современную энергетику, но он не соответствует ни экономической и экологической эффективности, ни ресурсам, пригодным для освоения имеющимися техническими средствами. Остается надеяться, что повсеместное введение новой интенсивной циркуляционной технологии для производства геотермальной энергии приведет к более широкому ее использованию.

Геотермальная энергия может быть использована двумя основными способами -- для выработки электроэнергии и для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятии. Для какой из этих целей она будет использоваться зависит от формы в которой она поступает в наше `распоряжение Иногда вода вырывается из-под земли в виде чистого «сухого пара» т е пара без примеси водяных капелек Этот сухой пар может быть непосредственно использован для вращения турбины и выработки электроэнергии Конденсационную воду можно возвращать в землю и при ее достаточно хорошем качестве--сбрасывать в ближний водоем.

В других местах, где имеется смесь воды с паром (влажный пар), этот пар отделяют и затем используют для вращения турбин; капли воды повредили бы турбину. Наконец, в большинстве месторождений есть только горячая вода, и энергию здесь можно вырабатывать, пользуясь этой водой для перевода изобутана в парообразное состояние, с тем чтобы этот изобутановый «пар» вращал турбины. Такой процесс называют системой с бинарным циклом. Горячей водой можно непосредственно обогревать жилища, общественные здания и предприятия (централизованное теплоснабжение).

В районах, отличающихся газотермальной активностью для отопления используются парогеотермальные источники. Применение этого способа отопления лимитируется наличием в мире соответствующих районов. Тем не менее имеется потенциальная возможность его расширения путем прокачивания геотермальных вод через горячие подземные породы, где они находятся на умеренной глубине.

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, вещающий 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 тепловое 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.

Обоснование и строительство первых в нашей стране опытных ГЦС с гидроразрывом горячих пород также базируется на результатах зарубежных исследований. Вместе с тем у нас разрабатываются оригинальные технологические схемы. Ископаемое топливо исчерпаемо, и поэтому уже сейчас нужно не только задумываться о поиске альтернативных источников энергии, но и смело проводить технологические эксперименты по внедрению в нашу жизнь новых нетрадиционных источников, которые, вполне возможно, откроют серьезные перспективы для электроэнергетики будущего. И наряду со многими идеями нельзя отрицать важности использования геотермальной энергии - энергии нашей родной Земли.

Геотермальные тепловые электростанции (ГеоТЭС) используют в качестве источника энергии естественные парогидротермы, залегающие на глубине до 5 км. 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.

Вода и пар разделяются в циклонах. Вода, находящаяся под высоким давлением, преобразуется в пар и также используется для генерации электричества. Давление пара значительно меньше по сравнению с современными тепловыми электростанциями, и это вынуждает применять крупные турбины с ограниченной генерирующей способностью. Впрочем, следует иметь в виду, что топливо в данном случае бесплатное и результирующая стоимость энергии поэтому низка. Сведений о продолжительности жизни геотермальных источников мало, и поэтому, хотя геотермальная энергия производится при малых затратах, проекты, рассчитанные на долгую перспективу, неизвестны. Этот способ может снабжать только небольшой долей требуемой энергии даже те страны, в которых доступны геотермальные воды, и тоже не свободен от проблемы загрязнения атмосферы.

Основное направление развития геотермальной энергетики -- отбор теплоты не только термальных вод, но и водовмещающих горных пород путем закачки отработанной воды в пласты, преобразование глубинной теплоты в электрическую энергию. Такое использование глубинной теплоты обеспечит экологическую безопасность технологии ее использования.

3. 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 1 200 0С. 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.

4. 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.

5. 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 внутрискважинный вертикальный противоточный теплообменник, расположенный в верхней части нагнетательной скважины, куда по наземному трубопроводу подводится добываемая высокотемпературная термальная вода, которая после передачи тепла вторичному теплоносителю 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.

6. 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.

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.

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.

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.

7. Примеры крупнейших ГеоЭС

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.

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.

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.

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

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

8. 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.

9. 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 облегчает 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 геотермальных ресурсов 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 индивидуальные 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 экономически 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. геотермальный энергетика теплоноситель

Список литературы

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

2.Доброхотов В.И. «Использование геотермальных ресурсов в энергетике России» Теплоэнергетика-2003-№1

3.Тарнижевский Б.В. «Состояние и перспективы использования НВИЭ в России» Промышленная энергетика-2002-№1

4.Кузнецов В.А. «Мутновская геотермальная электростанция» Электрические станции-2002-№1

5.Саламов А.А. « Геотермические электростанции в энергетике мира» Теплоэнергетика2000№1

6.http://www.manbw.ru/analitycs/geothermal_power_stations_plant.html

7.http://ust-razvitie.narod.ru/Energy_5.htm

Размещено на Allbest.ru