namai Įrankiai

Dvejetainės geoterminės elektrinės šiluminės schemos skaičiavimas. Geoterminė energija: technologijos ir įrenginiai. Literatūra savarankiškam mokymuisi

Paskaitos tikslas: parodyti geoterminės šilumos panaudojimo elektros energijos tiekimo sistemose galimybes ir būdus.

Šiluma karštųjų versmių ir geizerių pavidalu gali būti naudojama elektros energijai gaminti pagal įvairias schemas geoterminėse elektrinėse (GeoPP). Lengviausiai įgyvendinama schema yra schema, kurioje naudojama pora skysčių, kurių virimo temperatūra yra žema. Karštas vanduo iš natūralių šaltinių, kaitinant tokį skystį garintuve, paverčia jį garais, kurie naudojami turbinoje ir tarnauja kaip srovės generatoriaus pavara.

1 paveiksle parodytas ciklas su vienu darbiniu skysčiu, pavyzdžiui, su vandeniu arba freonu ( a); ciklas su dviem darbiniais skysčiais - vandeniu ir freonu ( b); tiesioginis garų ciklas ( in) ir dviejų kilpų ciklas ( G).

Elektros energijos gamybos technologijos labai priklauso nuo terminių vandenų šiluminio potencialo.

Paveikslėlis. 1 – ciklo organizavimo elektros energijos gamybai pavyzdžiai:

I - geoterminis šaltinis; II - turbinos ciklas; III - aušinimo vanduo

Didelio potencialo nuosėdos leidžia naudoti praktiškai tradicinės konstrukcijos šilumines elektrines su garo turbinomis.

1 lentelė - Specifikacijos geoterminės elektrinės

2 paveiksle parodyta daugiausia paprasta grandinė nedidelė elektrinė (GeoES), naudojanti karšto požeminio šaltinio šilumą.

Vanduo iš karštosios versmės, kurios temperatūra apie 95 °C, siurbliu 2 pumpuojamas į dujų šalinimo įrenginį 3, kur atskiriamos jame ištirpusios dujos.

Toliau vanduo patenka į garintuvą 4, kuriame jis paverčiamas sočiais garais ir šiek tiek perkaista dėl garų šilumos (iš pagalbinio katilo), kuris anksčiau buvo išleistas kondensatoriaus ežektoriumi.

Šiek tiek perkaitinti garai veikia 5 turbinoje, ant kurios veleno yra srovės generatorius. Išmetamieji garai kondensuojasi kondensatoriuje 6, kuris aušinamas normalios temperatūros vandeniu.

2 paveikslas-. Mažo GeoPP schema:

1 - imtuvas karštas vanduo; 2 - karšto vandens siurblys; 3 - dujų šalinimo priemonė;

4 - garintuvas; 5 - garo turbina su srovės generatoriumi; 6 - kondensatorius; 7 - cirkuliacinis siurblys; 8 - aušinimo vandens imtuvas

Tokie paprasti įrenginiai jau veikė Afrikoje šeštajame dešimtmetyje.

Akivaizdus šiuolaikinės elektrinės projektavimo variantas yra geoterminė elektrinė su žemai verdančia darbine medžiaga, parodyta 3 pav. Karštas vanduo iš rezervuaro patenka į garintuvą 3, kur atiduoda šilumą kokiai nors medžiagai, kurios temperatūra yra žema. virimo taškas. Tokios medžiagos gali būti anglies dioksidas, įvairūs freonai, sieros heksafluoridas, butanas ir kt. Kondensatorius 6 yra maišymo tipas, kuris aušinamas šaltu skystu butanu, patenkančiu iš paviršinio oro aušintuvo. Dalis butano iš kondensatoriaus tiekimo siurbliu 9 tiekiama į šildytuvą 10, o po to į garintuvą 3.

Svarbus šios schemos bruožas yra galimybė eksploatuoti žiemą esant žemai kondensacijos temperatūrai. Ši temperatūra gali būti artima nuliui ar net neigiama, nes visos išvardytos medžiagos turi labai žemas užšalimo temperatūras. Tai leidžia žymiai išplėsti cikle naudojamas temperatūros ribas.

Paveikslėlis 3. Geoterminės elektrinės su žemos virimo temperatūros darbine medžiaga schema:

1 - šulinys, 2 - akumuliacinė talpa, 3 - garintuvas, 4 - turbina, 5 - generatorius, 6 - kondensatorius, 7 - cirkuliacinis siurblys, 8 - paviršinis oro aušintuvas, 9 - tiekimo siurblys, 10 - darbinis terpės šildytuvas

Geoterminis elektrinė Su tiesioginis naudojant natūralūs garai.

Paprasčiausia ir pigiausia geoterminė jėgainė yra priešslėgio garo turbina. Natūralūs garai iš šulinio tiekiami tiesiai į turbiną, o vėliau išleidžiami į atmosferą arba į įrenginį, fiksuojantį vertingas chemines medžiagas. Priešslėgio turbina gali būti tiekiama antriniu garu arba garu, gaunamu iš separatoriaus. Pagal šią schemą elektrinė dirba be kondensatorių, o nekondensuojančioms dujoms iš kondensatorių pašalinti nereikia kompresoriaus. Šis įrengimas yra pats paprasčiausias, kapitalo ir eksploatacijos sąnaudos jam yra minimalios. Ji užima nedidelį plotą, beveik nereikalauja papildomos įrangos ir gali būti lengvai pritaikoma kaip nešiojama geoterminė elektrinė (4 pav.).

4 pav. Geoterminės elektrinės su tiesioginiu natūralaus garo panaudojimu schema:

1 - šulinys; 2 - turbina; 3 - generatorius;

4 - išėjimas į atmosferą arba chemijos gamyklą

Nagrinėjama schema gali tapti pelningiausia toms vietovėms, kuriose yra pakankamai natūralaus garo atsargų. Racionalus veikimas suteikia galimybę efektyvus darbas toks įrenginys net ir esant kintamam gręžinio srautui.

Italijoje yra keletas tokių stočių. Vieno iš jų galia yra 4 tūkst. kW, kai specifinis garo suvartojimas yra apie 20 kg / s arba 80 t / h; kita – 16 tūkst. kW galios, kurioje sumontuoti keturi po 4 tūkst. kW galios turbogeneratoriai. Pastarasis tiekiamas garu iš 7–8 šulinių.

Geoterminė elektrinė su kondensacine turbina ir tiesioginiu natūralaus garo naudojimu (5 pav.) yra moderniausia elektros energijos gamybos schema.

Garai iš šulinio paduodami į turbiną. Išleistas turbinoje, jis patenka į maišymo kondensatorių. Turbinoje jau išleistas aušinimo vandens ir garų kondensato mišinys iš kondensatoriaus išleidžiamas į požeminį rezervuarą, iš kurio cirkuliaciniais siurbliais paimamas ir siunčiamas į aušinimo bokštą aušinti. Iš aušinimo bokšto aušinimo vanduo vėl patenka į kondensatorių (5 pav.).

Pagal šią schemą, su tam tikrais pakeitimais, veikia daugelis geoterminių elektrinių: Larderello-2 (Italija), Wairakei (Naujoji Zelandija) ir kt.

Taikymo sritis dvigubos grandinės elektrinės su žemos virimo temperatūros darbinėmis medžiagomis (freonas-R12, vandens ir amoniako mišinys,) yra terminių vandenų, kurių temperatūra 100 ... 200 ° C, šilumos, taip pat atskirto vandens panaudojimas garo hidrotermų telkiniuose.

5 pav. Geoterminės elektrinės su kondensacine turbina ir tiesioginio natūralaus garo panaudojimo schema:

1 - šulinys; 2 - turbina; 3 - generatorius; 4 - siurblys;

5 - kondensatorius; 6 - aušinimo bokštas; 7 - kompresorius; 8 - atstatyti

Kombinuotas elektros ir šiluminės energijos gamyba

Geoterminėse šiluminėse elektrinėse (GeoTPP) galima kombinuota elektros ir šiluminės energijos gamyba.

Paprasčiausia vakuuminio tipo GeoTPP diagrama, skirta naudoti karšto vandens šilumą, kurios temperatūra yra iki 100 ° C, parodyta 6 paveiksle.

Tokios elektrinės darbas vyksta taip. Karštas vanduo iš 1 šulinio patenka į akumuliacinį baką 2. Talpykloje jis išlaisvinamas iš jame ištirpusių dujų ir nukreipiamas į plėtiklį 3, kuriame palaikomas 0,3 atm slėgis. Esant tokiam slėgiui ir 69 ° C temperatūrai, nedidelė vandens dalis virsta garais ir siunčiama į vakuuminę turbiną 5, o likęs vanduo siurbliu 4 pumpuojamas į šilumos tiekimo sistemą. Turbinoje išleidžiami garai išleidžiami į maišymo kondensatorių 7. Orui pašalinti iš kondensatoriaus įrengiamas vakuuminis siurblys 10. gravitacijos dėka dėl išleidimo.

12 MW (3x4 MW) galios Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP yra bandomasis 200 MW projektinės galios Mutnovskaya GeoTPP etapas, sukurtas aprūpinti Petropavlovsko-Kamčiatskio pramoninį regioną elektros energija.

6 paveikslas -. Vakuuminio GeoTPP su vienu plėtikliu schema:

1 - šulinys, 2 - akumuliacinė talpa, 3 - plėtiklis, 4 - karšto vandens siurblys, 5 - vakuuminė turbina 750 kW, 6 - generatorius, 7 - maišymo kondensatorius,

8 - aušinimo vandens siurblys, 9 - ventiliatoriaus aušinimo bokštas, 10 - vakuuminis siurblys

Paužetskajos geoterminėje elektrinėje (į pietus nuo Kamčiatkos), kurios galia 11 MW, garo turbinos naudoja tik atskirtą geoterminį garą iš garo ir vandens mišinio, gauto iš geoterminių gręžinių. Į neršiančią Ozernaya upę išleidžiamas didelis kiekis geoterminio vandens (apie 80  viso PVA suvartojimo), kurio temperatūra yra 120 °C, o tai ne tik praranda geoterminio aušinimo skysčio šiluminį potencialą, bet ir reikšmingai. blogina upės ekologinę būklę.

Šilumos siurbliai

Šilumos siurblys- prietaisas, skirtas šilumos energijai perduoti iš žemos temperatūros žemos temperatūros šiluminės energijos šaltinio į aukštesnės temperatūros šilumnešio vartotoją. Termodinaminiu požiūriu šilumos siurblys yra apverstas šaldymo aparatas. Jei šaldymo aparate pagrindinis tikslas yra gaminti šaltį, garintuvu paimant šilumą iš bet kokio tūrio, o kondensatorius išleidžia šilumą į aplinką, tai šilumos siurblyje situacija yra atvirkštinė (7 pav.). Kondensatorius yra šilumokaitis, generuojantis šilumą vartotojui, o garintuvas yra šilumokaitis, kuris naudoja žemos kokybės šilumą, esančią rezervuaruose, grunte, nuotekose ir pan. Pagal veikimo principą šilumos siurbliai skirstomi į kompresinius ir absorbcinius. Kompresiniai šilumos siurbliai visada varomi elektros varikliu, o absorbciniai šilumos siurbliai taip pat gali naudoti šilumą kaip energijos šaltinį. Kompresoriui taip pat reikia žemos kokybės šilumos šaltinio.

Veikimo metu kompresorius sunaudoja elektros energiją. Sukurtos šiluminės energijos ir suvartotos elektros energijos santykis vadinamas transformacijos koeficientu (arba šilumos konversijos koeficientu) ir yra šilumos siurblio efektyvumo rodiklis. Ši vertė priklauso nuo temperatūros lygių skirtumo garintuve ir kondensatoriuje: kuo skirtumas didesnis, tuo ši vertė mažesnė.

Autorius aušinimo skysčio tipasįvesties ir išvesties grandinėse siurbliai skirstomi į šešis tipus: "žemė-vanduo", "vanduo-vanduo", "oras-vanduo", "žemė-oras", "vanduo-oras", "oras-oras" .

Naudojant dirvožemio energiją kaip šilumos šaltinį, vamzdynas, kuriame cirkuliuoja skystis, įkasamas į žemę 30-50 cm žemiau dirvožemio užšalimo lygio tam tikrame regione (8 pav.). Norint įrengti 10 kW galios šilumos siurblį, reikalinga 350-450 m ilgio įžeminimo grandinė, kurios paklojimui reikalingas apie 400 m² (20x20 m) žemės sklypas.

7 pav. Šilumos siurblio veikimo schema

8 pav. Dirvožemio energijos, kaip šilumos šaltinio, naudojimas

Visų pirma, šilumos siurblių pranašumai apima ekonomiškumą: norint į šildymo sistemą perduoti 1 kWh šiluminės energijos, HE įrenginiui reikia išleisti 0,2-0,35 kWh elektros energijos .. Visos sistemos veikia uždaromis grandinėmis ir praktiškai nereikalauja eksploatacijos išlaidų, išskyrus išlaidas elektros energijai, reikalingai įrangai eksploatuoti, kurią galima gauti iš vėjo ir saulės elektrinių. Šilumos siurblių atsipirkimo laikotarpis yra 4-9 metai, jų tarnavimo laikas iki kapitalinio remonto 15-20 metų.

Šiuolaikinių šilumos siurblių faktinės naudingumo vertės yra COP = 2,0, kai šaltinio temperatūra –20 °C, ir COP = 4,0, kai šaltinio temperatūra +7 °C.

Dvigubos grandinės GeoTEP konstrukcijoje (4.2 pav.) yra garo generatorius 4, kuriame geoterminio garo-vandens mišinio šiluminė energija naudojama tradicinės šlapio garo garo turbinos 6 maitinimo vandeniui pašildyti ir išgarinti. su elektros generatoriumi 5. Garo generatoriuje panaudotas geoterminis vanduo siurbliu 3 pumpuojamas į grįžtamąjį šulinį 2. Sausas valymas Turbinos gamyklos tiekiamas vanduo atliekamas įprastiniais metodais. Tiekimo siurblys 8 grąžina kondensatą iš kondensatoriaus 7 į garo generatorių.

Dvigubos grandinės įrenginyje garo kontūre nėra nesikondensuojančių dujų, todėl kondensatoriuje susidaro gilesnis vakuumas ir įrenginio šiluminis efektyvumas padidėja lyginant su vienos grandinės. Garo generatoriaus išleidimo angoje likusią geoterminio vandens šilumą, kaip ir vienos grandinės Geoterminės elektrinės atveju, galima panaudoti šilumos tiekimo reikmėms.

4.2 pav. Dvigubos grandinės GeoTPP šiluminė schema

Dujos, įskaitant vandenilio sulfidą, tiekiamos iš garo generatoriaus į burbuliuojantį absorberį ir ištirpinamos nuotekose geoterminiame vandenyje, po to pumpuojamos į šalinimo šulinį. Remiantis statomo vandenyno GeoTPP (Kurilų salos) bandymų duomenimis, burbuliuojančiame absorberyje ištirpo 93,97% pradinio vandenilio sulfido.

Temperatūros skirtumas garo generatoriuje sumažina dvigubos grandinės instaliacijos gyvojo garo entalpiją h 1, palyginti su vienos grandinės įrenginiu, tačiau apskritai šilumos kritimas turbinoje didėja dėl sumažėjusios elektrinės entalpijos. išmetamieji garai h 2 . Ciklo termodinaminis skaičiavimas atliekamas kaip ir įprastoje garo turbininėje šiluminėje elektrinėje (žr. skyrių apie saulės garo turbinų įrengimus).

Karšto vandens debitas iš geoterminių gręžinių įrenginiui, kurio galia N, kW, nustatomas pagal išraišką

kg/s, (4,3)

kur yra geoterminio vandens temperatūrų skirtumas garo generatoriaus įleidimo ir išleidimo angoje, °C, yra garo generatoriaus naudingumo koeficientas. Bendras šiuolaikinių dvigubos grandinės garo turbinų GeoTEP efektyvumas yra 17,27%.

Santykinai žemos geoterminių vandenų temperatūros telkiniuose (100-200°C) ant žemo virimo darbinių skysčių (freonų, angliavandenilių) naudojami dvigubos grandinės įrenginiai. Taip pat ekonomiškai pagrįsta naudoti tokius įrenginius atskirto vandens šilumai panaudoti iš vienos kilpos GeoTPP (vietoj šilumokaičio 4.1 pav.). Mūsų šalyje pirmą kartą pasaulyje (1967 m.) buvo sukurta tokio tipo 600 kW galios elektrinė, pagrįsta freonu R-12, pastatyta Paratunskio geoterminiame lauke (Kamčiatkoje), vadovaujant mokslui. SSRS mokslų akademijos Sibiro filialo Šiluminės fizikos instituto. Aušinimo skysčio temperatūros skirtumas buvo 80 ... 5 ° C, šaltas vanduo buvo tiekiamas į kondensatorių iš upės. Paratunka, kurios vidutinė metinė temperatūra 5 o C. Deja, šie darbai nebuvo išplėtoti dėl buvusio organinio kuro pigumo.

Šiuo metu UAB „Kirovskiy Zavod“ parengė 1,5 MW galios dvigrandinio geoterminio modulio freonu R142v (atsarginis aušinimo skystis – izobutanas) projektą ir techninę dokumentaciją. Galios modulis bus visiškai pagamintas gamykloje ir pristatomas geležinkeliu, statybos ir montavimo darbai bei prijungimas prie elektros tinklo pareikalaus minimalių išlaidų. Tikimasi, kad gamyklos kaina serijinei galios modulių gamybai sumažės iki maždaug 800 USD už kilovatą įrengtos galios.

Kartu su GeoTPP, veikiančiu ant homogeninio žemos virimo temperatūros šilumnešio, ENIN kuria perspektyvią gamyklą, kurios pagrindą sudaro vandens ir amoniako darbinis skystis. Pagrindinis tokio įrenginio privalumas – galimybė jį naudoti plačiame geoterminių vandenų ir garo-vandens mišinio temperatūrų diapazone (nuo 90 iki 220 o C). Esant vienalyčiam darbiniam skysčiui, temperatūros nuokrypis garų generatoriaus išleidimo angoje 10 ... 20 ° C nuo apskaičiuotos smarkiai sumažina ciklo efektyvumą - 2,4 karto. Keičiant mišraus šilumnešio komponentų koncentraciją, galima užtikrinti priimtiną įrenginio veikimą esant įvairioms temperatūroms. Amoniako-vandens turbinos galia šiame temperatūros diapazone pasikeičia mažiau nei 15%. Be to, tokia turbina turi geriausius svorio ir dydžio rodiklius, skiriasi vandens ir amoniako mišinys geriausias pasirodymasšilumos mainai, leidžiantys sumažinti metalo sąnaudas ir garo generatoriaus bei kondensatoriaus savikainą, lyginant su galios moduliu ant homogeninio aušinimo skysčio. Tokios elektrinės gali būti plačiai naudojamos pramoniniam atliekų šilumos regeneravimui. Jie gali turėti didelę geoterminės įrangos paklausą tarptautinėje rinkoje.

GeoTEU skaičiavimas su žemos virimo temperatūros ir mišriais darbiniais skysčiais atliekamas naudojant termodinaminių savybių lenteles ir šių skysčių garų h - s diagramas.

Prie GeoTES problemos ribojasi literatūroje dažnai minima Pasaulio vandenyno šiluminių išteklių panaudojimo galimybė. Atogrąžų platumose jūros vandens temperatūra paviršiuje yra apie 25 o C, 500 ... 1000 m gylyje - apie 2 ... 3 o C. Dar 1881 m. D "Arsonvalas išsakė idėją apie naudojant šį temperatūrų skirtumą elektros energijai gaminti.. Vieno iš projektų šios idėjos įgyvendinimo schemos instaliacijos parodytos 4.3 pav.

4.3 pav. Vandenyno šiluminės elektrinės schema: 1 - siurblys šiltam paviršiniam vandeniui tiekti; 2 - žemos virimo temperatūros aušinimo skysčio garų generatorius; 3 - turbina; 4 - elektros generatorius; 5 - kondensatorius; 6 - šalto gilaus vandens tiekimo siurblys; 7 - tiekimo siurblys; 8 - laivo platforma

Siurblys 1 tiekia šiltą paviršinį vandenį į garo generatorių 2, kur išgaruoja žemos temperatūros aušinimo skystis. Apie 20 °C temperatūros garai siunčiami į turbiną 3, kuri varo elektros generatorių 4. Išmetami garai patenka į kondensatorių 5 ir kondensuojami šaltu giluminiu vandeniu, tiekiamu cirkuliacinio siurblio 6. Tiekimo siurblys 7 grąžina aušinimo skystis į garų generatorių.

Kylant per šiltus paviršinius sluoksnius giluminis vanduo pašildomas atitinkamai ne mažiau kaip 7...8° C, išleidžiami šlapi aušinimo skysčio garai turės ne žemesnę kaip 12...13° C temperatūrą. rezultatas, šio ciklo šiluminis naudingumas bus = 0,028, o realaus ciklo - mažesnis nei 2%. Tuo pat metu vandenyno kogeneracinės elektrinės pasižymi didelėmis energijos sąnaudomis savo reikmėms, jai reikės labai didelių šilumos ir šilumos sąnaudų. saltas vanduo, kaip ir šilumnešio, siurblių energijos sąnaudos viršys įrenginio generuojamą energiją. Jungtinėse Valstijose bandymai įrengti tokias elektrines šalia Havajų salų teigiamo rezultato nedavė.

Kitas vandenyno šiluminės elektrinės projektas - termoelektrinis - apima Seebecko efekto panaudojimą, termoelektrodų jungtis įrengiant vandenyno paviršiuje ir giliuose sluoksniuose. Idealus tokio įrenginio efektyvumas, kaip ir Carnot ciklo atveju, yra apie 2%. 3.2 skyriuje parodyta, kad tikrasis šiluminių keitiklių efektyvumas yra eilės tvarka mažesnis. Atitinkamai, šilumai pašalinti paviršiniuose vandenyno vandens sluoksniuose ir šilumos perdavimui giliuose sluoksniuose, reikėtų sukonstruoti labai didelio ploto šilumos mainų paviršius („povandenines bures“). Tai nerealu praktiškai pastebimos galios elektrinėms. Mažas energijos tankis yra kliūtis naudoti vandenyno šilumos atsargas.

Skaityti ir rašyti naudinga

geotermine energija

Abstraktus.

Įvadas.

Geoterminių elektrinių pagamintos elektros energijos kaina.

Bibliografija.

Abstraktus.

Šiame straipsnyje pristatoma geoterminės energetikos raidos istorija tiek visame pasaulyje, tiek mūsų šalyje, Rusijoje. Buvo atlikta giluminės Žemės šilumos panaudojimo paversti ją elektros energija, taip pat miestams ir miesteliams aprūpinti šiluma ir karštu vandeniu tokiuose mūsų šalies regionuose kaip Kamčiatka, Sachalinas, Šiaurės Kaukazas analizė. Pateiktas ekonominis geoterminių telkinių plėtros, elektrinių statybos ir jų atsipirkimo laikotarpių pagrindimas. Palyginus geoterminių šaltinių energiją su kitų rūšių energijos šaltiniais, gauname geoterminės energijos plėtros perspektyvas, kuri turėtų užimti svarbią vietą bendrame energijos vartojimo balanse. Visų pirma Kamčiatkos regiono ir Kurilų salų, iš dalies Primorės ir Šiaurės Kaukazo energetikos pramonės restruktūrizavimui ir pertvarkymui reikėtų naudoti savo geoterminius išteklius.

Įvadas.

Pagrindinės šalies energetikos gamybos pajėgumų plėtros kryptys artimiausiu metu yra elektrinių techninis pertvarkymas ir rekonstrukcija bei naujų gamybos pajėgumų paleidimas. Visų pirma, tai kombinuoto ciklo elektrinių, kurių naudingumo koeficientas yra 5560%, statyba, kuri padidins esamų šiluminių elektrinių efektyvumą 2540%. Kitas žingsnis turėtų būti šiluminių elektrinių statyba naudojant naujas deginimo technologijas kieto kuro ir su superkritiniais garo parametrais pasiekti TPP efektyvumą, lygų 46-48%. Tolimesnis vystymas bus gautos ir atominės elektrinės su naujo tipo šiluminiais ir greitųjų neutronų reaktoriais.

Svarbią vietą Rusijos energetikos sektoriaus formavime užima šalies šilumos tiekimo sektorius, kuris yra didžiausias pagal suvartojamų energijos išteklių kiekį, daugiau nei 45% viso jų suvartojimo. Centralizuoto šildymo sistemos (CŠT) pagamina daugiau nei 71%, o decentralizuoti šaltiniai – apie 29% visos šilumos. Daugiau nei 34 % visos šilumos tiekiama elektrinėmis, apie 50 % – katilais. Pagal Rusijos energetikos strategiją iki 2020 m. šilumos suvartojimą šalyje planuojama padidinti bent 1,3 karto, o decentralizuoto šilumos tiekimo dalis padidės nuo 28,6% 2000 m. iki 33 proc., 2020 m

įvykęs kainų padidėjimas pastaraisiais metais, organiniam kurui (dujoms, mazutui, dyzeliniam kurui) ir jo gabenimui į atokius Rusijos regionus bei atitinkamai objektyviai išaugusios elektros ir šiluminės energijos pardavimo kainos iš esmės keičia požiūrį į atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimą: geoterminį. , vėjas, saulė.

Taigi geoterminės energijos plėtra tam tikruose šalies regionuose jau šiandien leidžia išspręsti elektros ir šilumos tiekimo problemą, ypač Kamčiatkoje, Kurilų salose, taip pat Šiaurės Kaukaze, tam tikruose Sibiro regionuose. ir europinė Rusijos dalis.

Tarp pagrindinių šilumos tiekimo sistemų tobulinimo ir plėtros krypčių turėtų būti vietinių netradicinių atsinaujinančių energijos šaltinių ir pirmiausia geoterminės žemės šilumos panaudojimo plėtra. Jau per artimiausius 7-10 metų šiuolaikinių vietinio šilumos tiekimo technologijų pagalba šiluminės šilumos dėka galima sutaupyti reikšmingų iškastinio kuro išteklių.

Pastarąjį dešimtmetį netradicinių atsinaujinančių energijos šaltinių (NRES) naudojimas pasaulyje išgyveno tikrą bumą. Šių šaltinių panaudojimo mastai išaugo kelis kartus. Ši kryptis, lyginant su kitomis energetikos sritimis, vystosi intensyviausiai. Šio reiškinio priežastys yra kelios. Visų pirma, akivaizdu, kad pigių tradicinių energijos nešėjų era negrįžtamai baigėsi. Šioje srityje pastebima tik viena tendencija – visų jų rūšių kainų kilimas. Ne mažiau reikšmingas ir daugelio kuro bazės atimtų šalių siekis siekti energetinės nepriklausomybės. Aktyvią moralinę paramą atsinaujinančios energijos naudojimui teikia išsivysčiusių šalių gyventojai.

Dėl šių priežasčių atsinaujinančios energetikos plėtra daugelyje valstybių yra prioritetinis energetikos srities techninės politikos uždavinys. Daugelyje šalių ši politika įgyvendinama per priimtą įstatyminę ir reguliavimo sistemą, kuri nustato teisinius, ekonominius ir organizacinius atsinaujinančios energijos naudojimo pagrindus. Visų pirma, ekonominius pagrindus sudaro įvairios priemonės, skirtos remti atsinaujinančią energiją jų energijos rinkos plėtros etape (mokesčių ir kredito lengvatos, tiesioginės subsidijos ir kt.).

Rusijoje praktinis naudojimas AEI gerokai atsilieka nuo pirmaujančių šalių. Nėra įstatyminės ir reguliavimo sistemos, taip pat valstybės ekonominės paramos. Visa tai labai apsunkina praktiką šioje srityje. Pagrindinė stabdančių veiksnių priežastis – užsitęsusios šalies ekonominės bėdos ir dėl to sunkumai investuojant, maža moki paklausa, lėšų trūkumas būtiniems vystymuisi. Tačiau kai kurie darbai ir praktinės priemonės atsinaujinančios energijos panaudojimui mūsų šalyje yra vykdomos (geoterminė energija). Garo-hidroterminiai telkiniai Rusijoje yra tik Kamčiatkoje ir Kurilų salose. Todėl geoterminė energija ateityje negali užimti reikšmingos vietos visos šalies energetikos sektoriuje. Tačiau ji gali radikaliai ir ekonomiškiausiu pagrindu išspręsti energijos tiekimo problemą šiems regionams, kurie naudoja brangų importinį kurą (mazutas, anglis, dyzelinas) ir yra ant energetinės krizės slenksčio. Kamčiatkoje esančių garo-hidroterminių telkinių potencialas iš įvairių šaltinių gali tiekti nuo 1000 iki 2000 MW instaliuotos elektros energijos, o tai gerokai viršija šio regiono poreikius artimiausioje ateityje. Taigi čia yra realios perspektyvos plėtoti geoterminę energetiką.

Geoterminės energetikos raidos istorija.

Kartu su didžiuliais iškastinio kuro ištekliais Rusija turi didelius žemės šilumos rezervus, kuriuos gali padauginti geoterminiai šaltiniai, esantys 300–2500 m gylyje, daugiausia žemės plutos lūžių zonose.

Rusijos teritorija yra gerai ištirta, o šiandien žinomi pagrindiniai žemės šilumos ištekliai, turintys didelį pramonės potencialą, įskaitant energetiką. Be to, beveik visur yra šilumos atsargų, kurių temperatūra svyruoja nuo 30 iki 200°C.

Dar 1983 metais VSEGINGEO buvo sudarytas SSRS terminių vandenų išteklių atlasas. Mūsų šalyje ištirti 47 geoterminiai telkiniai su terminių vandenų atsargomis, kurios leidžia gauti daugiau nei 240 10³ m³ per dieną. Šiandien Rusijoje žemės šilumos panaudojimo problemas sprendžia specialistai iš beveik 50 mokslinių organizacijų.

Geoterminiams ištekliams panaudoti išgręžta daugiau nei 3000 gręžinių. Šioje srityje jau atliktų geoterminių tyrimų ir gręžimo kaina šiuolaikinėmis kainomis siekia daugiau nei 4 milijardus rublių. dolerių. Taigi Kamčiatkoje jau išgręžti 365 gręžiniai geoterminiuose laukuose, kurių gylis nuo 225 iki 2266 m, ir išnaudoti (dar sovietinis laikas) apie 300 mln. dolerių (dabartinėmis kainomis).

Pirmoji geoterminė elektrinė pradėta eksploatuoti Italijoje 1904 m. Pirmoji geoterminė elektrinė Kamčiatkoje ir pirmoji SSRS Paužetskaja geoterminė elektrinė pradėta eksploatuoti 1967 m. ir turėjo 5 mW galią, vėliau padidinta iki 11 mW. Naujas impulsas Geoterminės energijos plėtra Kamčiatkoje buvo suteikta 90-aisiais, kai atsirado organizacijos ir įmonės (UAB Geoterm, UAB Intergeotherm, UAB Nauka), kurios, bendradarbiaudamos su pramone (pirmiausia su Kalugos turbinų gamykla), sukūrė naujas progresyvias schemas, technologijas ir įrangos tipus geoterminei energijai paversti elektros energija bei užsitikrino paskolą iš Europos rekonstrukcijos ir plėtros banko. Dėl to 1999 m Kamčiatkoje pradėtas eksploatuoti Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP (trys 4 MW moduliai). Pristatomas pirmasis 25 mW blokas. pirmasis Mutnovskaya GeoTPP etapas, kurio bendra galia 50 MW.

Antrasis 100 MW galios etapas gali būti pradėtas eksploatuoti 2004 m

Taigi, buvo nustatytos artimiausios ir gana realios geoterminės energijos perspektyvos Kamčiatkoje, o tai yra teigiamas neabejotinas atsinaujinančios energijos naudojimo pavyzdys Rusijoje, nepaisant didelių ekonominių sunkumų šalyje. Garo-hidroterminių telkinių potencialas Kamčiatkoje gali aprūpinti 1000 MW instaliuotos elektros energijos, o tai reikšmingai patenkina šio regiono poreikius artimiausioje ateityje.

Pasak Rusijos mokslų akademijos Tolimųjų Rytų skyriaus Vulkanologijos instituto, jau nustatyti geoterminiai ištekliai leidžia Kamčiatką visiškai aprūpinti elektra ir šiluma daugiau nei 100 metų. Kartu su aukštos temperatūros Mutnovskoye lauku, kurio galia 300 MW(e) Kamčiatkos pietuose, žinomi reikšmingi geoterminių išteklių rezervai Koshelevskoye, Bolshe Bannoy ir šiaurėje Kireunskoye telkiniuose. Kamčiatkos geoterminių vandenų šilumos atsargos vertinamos 5000 MW (t).

Čiukotka taip pat turi nemažų geoterminės šilumos atsargų (pasienyje su Kamčiatkos sritimi), dalis jų jau aptikta ir gali būti aktyviai panaudota aplinkiniams miestams ir miesteliams.

Kurilų salose taip pat gausu žemės šilumos atsargų, jų visiškai pakanka tiekti šilumą ir elektrą šiai teritorijai 100 200 metų. Iturup saloje buvo aptikti dviejų fazių geoterminio aušinimo skysčio rezervai, kurių galia (30 MW(e)), kurios pakaktų visos salos energijos poreikiams per ateinančius 100 metų. Čia vandenyno geoterminiame lauke jau išgręžti gręžiniai ir statomas GeoPP. Pietinėje Kunaširo saloje yra geoterminės šilumos atsargų, kurios jau naudojamos elektros energijai gaminti ir šilumai tiekti Južno Kurilsko miestui. Šiaurinės Paramushir salos žarnos yra mažiau ištirtos, tačiau žinoma, kad ši sala taip pat turi didelių geoterminio vandens atsargų, kurių temperatūra nuo 70 iki 95 ° C, taip pat yra 20 MW (t) galios GeoTS. čia statomas.

Daug plačiau išplitusios 100-200°C temperatūros terminių vandenų telkiniai. Esant tokiai temperatūrai, garo turbinos cikle patartina naudoti žemos virimo temperatūros darbinius skysčius. Naudoti dvigrandės geotermines elektrines terminiam vandeniui galima daugelyje Rusijos regionų, visų pirma Šiaurės Kaukaze. Čia gerai ištirti geoterminiai telkiniai, kurių rezervuaro temperatūra nuo 70 iki 180 ° C, kurie yra nuo 300 iki 5000 m gylyje. Geoterminis vanduo čia nuo seno naudojamas šilumos tiekimui ir karšto vandens tiekimui. Dagestane kasmet pagaminama daugiau nei 6 mln. m geoterminio vandens. Geoterminio vandens tiekimu Šiaurės Kaukaze naudojasi apie 500 tūkst.

Primorėje, Baikalo regione ir Vakarų Sibiro regione taip pat yra geoterminės šilumos atsargų, tinkamų plačiai naudoti pramonėje ir žemės ūkyje.

Geoterminės energijos pavertimas elektros ir šilumos energija.

Viena iš perspektyvių labai mineralizuotų požeminių terminių vandenų šilumos panaudojimo sričių yra jos pavertimas elektros energija. Tuo tikslu buvo sukurta geoterminės elektrinės, susidedančios iš geoterminės elektrinės, statybos technologinė schema. cirkuliacijos sistema(GCC) ir garo turbinų gamykla (STP), kurios schema parodyta 1 pav. Išskirtinis bruožas Tokia iš gerai žinoma technologinė schema yra tokia, kad joje garintuvo ir perkaitintuvo vaidmenį atlieka gręžtinis vertikalus priešpriešinio srauto šilumokaitis, esantis viršutinėje įpurškimo šulinio dalyje, į kurį tiekiamas pagamintas aukštos temperatūros terminis vanduo. paviršinis vamzdynas, kuris, perdavęs šilumą antriniam aušinimo skysčiui, pumpuojamas atgal į formaciją. Antrinis aušinimo skystis iš garo turbinos įrenginio kondensatoriaus gravitacijos būdu patenka į šildymo zoną per vamzdį, nuleistą šilumokaičio viduje į dugną.

Rankinės ciklas yra profesinių mokyklų darbo pagrindas; t,s yra šio ciklo diagrama ir garintuvo šilumokaičio šilumnešių temperatūrų kitimo pobūdis.

Dauguma svarbus punktas GeoTPP statybos metu pasirenkamas darbinis skystis antrinėje grandinėje. Geoterminiam įrenginiui parinktas darbinis skystis tam tikromis eksploatavimo sąlygomis turi turėti palankias chemines, fizines ir eksploatacines savybes, t.y. būti stabilus, nedegus, atsparus sprogimui, netoksiškas, inertiškas statybinėms medžiagoms ir pigus. Pageidautina rinktis darbinį skystį su mažesniu dinaminio klampumo koeficientu (mažiau hidraulinių nuostolių) ir su didesniu šilumos laidumo koeficientu (geresnis šilumos perdavimas).

Visų šių reikalavimų vienu metu įvykdyti praktiškai neįmanoma, todėl visada reikia optimizuoti vieno ar kito darbinio skysčio pasirinkimą.

Žemi pradiniai geoterminių elektrinių darbinių kūnų parametrai leidžia ieškoti žemos virimo temperatūros darbinių kūnų, kurių dešinės ribinės kreivės kreivė t, s diagramoje yra neigiama, nes naudojant vandenį ir garą šiuo atveju termodinaminių parametrų pablogėjimas ir staigus garo turbinų įrenginių matmenų padidėjimas, kuris žymiai padidina jų vertę.

Antrinėje dvejetainių energijos ciklų grandinėje kaip superkritinį agentą siūloma naudoti superkritinės būsenos izobutano + izopentano mišinį. Naudoti superkritinius mišinius patogu, nes kritinės savybės, t.y. kritinė temperatūra tc(x), kritinis slėgis pc(x) ir kritinis tankis qc(x) priklauso nuo mišinio x sudėties. Tai leis, parenkant mišinio sudėtį, parinkti superkritinį agentą, kurio kritiniai parametrai yra palankiausi atitinkamos konkretaus geoterminio lauko terminio vandens temperatūrai.

Kaip antrinis aušinimo skystis naudojamas žemos virimo temperatūros angliavandenilio izobutanas, kurio termodinaminiai parametrai atitinka reikiamas sąlygas. Izobutano kritiniai parametrai: tc = 134,69°C; pk = 3,629 MPa; qk = 225,5 kg/m³. Be to, izobutanas pasirenkamas kaip antrinis aušinimo skystis dėl santykinai mažos kainos ir ekologiškumo (skirtingai nuo freonų). Izobutanas, kaip darbinis skystis, plačiai paplitęs užsienyje, taip pat siūloma jį naudoti superkritinėje būsenoje dvejetainiuose geoterminės energijos ciklus.

Įrenginio energetinės charakteristikos skaičiuojamos esant įvairiems gaminamo vandens temperatūrų diapazonams ir įvairiems jo veikimo režimams. Visais atvejais buvo daroma prielaida, kad izobutano tcon kondensacijos temperatūra =30°C.

Kyla klausimas dėl mažiausio temperatūrų skirtumo pasirinkimoêt2 pav. Viena vertus, êt sumažėjimas padidina garintuvo šilumokaičio paviršių, o tai gali būti ekonomiškai nepagrįsta. Kita vertus, padidėjus êt tam tikroje terminio vandens ts temperatūroje, reikia sumažinti garavimo temperatūrą ts (ir atitinkamai slėgį), o tai neigiamai paveiks ciklo efektyvumą. Daugeliu praktinių atvejų rekomenduojama imti êt = 10÷25ºС.

Gauti rezultatai rodo, kad yra optimalūs garo jėgainės veikimo parametrai, kurie priklauso nuo vandens, patenkančio į šilumokaičio garo generatoriaus pirminę grandinę, temperatūros. Didėjant izobutano tz garavimo temperatūrai, turbinos generuojama galia N padidėja 1 kg/s antrinio aušinimo skysčio sąnaudų. Tuo pačiu metu, didėjant tg, išgaravusio izobutano kiekis mažėja 1 kg/s terminio vandens suvartojimo.

Kylant terminio vandens temperatūrai, didėja optimali temperatūra garinimas.

3 paveiksle pateikti turbinos generuojamos galios N priklausomybės nuo antrinio aušinimo skysčio garavimo temperatūros ts grafikai esant įvairioms terminio vandens temperatūroms.

Aukštos temperatūros vandeniui (tt = 180ºС) laikomi superkritiniai ciklai, kai pradinis garų slėgis pн= 3,8; 4,0; 4,2; ir 5,0 MPa. Iš jų efektyviausias didžiausios galios gavimo požiūriu yra superkritinis ciklas, artimas vadinamajam "trikampio" ciklui, kai pradinis slėgis pn = 5,0 MPa. Šio ciklo metu dėl minimalaus temperatūrų skirtumo tarp šilumnešio ir darbinio skysčio maksimaliai išnaudojamas terminio vandens temperatūros potencialas. Palyginus šį ciklą su subkritiniu (pn=3,4MPa), matyti, kad turbinos generuojama galia superkritinio ciklo metu padidėja 11%, į turbiną patenkančios medžiagos srauto tankis yra 1,7 karto didesnis nei cikle su pn. =3 ,4 MPa, dėl ko pagerės aušinimo skysčio transportavimo savybės ir sumažės garo turbinų gamyklos įrangos (tiekimo vamzdynų ir turbinos) dydis. Be to, cikle, kai pH = 5,0 MPa, terminio vandens nuotekų t, suleidžiamo atgal į rezervuarą, temperatūra yra 42ºС, o subkritiniame cikle, kai pH = 3,4 MPa, temperatūra tн = 55ºС.

Tuo pačiu metu pradinio slėgio padidėjimas iki 5,0 MPa superkritiniame cikle turi įtakos įrangos, ypač turbinos, kainai. Nors didėjant slėgiui turbinos srauto dalies matmenys mažėja, tuo pačiu didėja turbinos pakopų skaičius, reikalingas labiau išvystytas galinis sandariklis, o svarbiausia – didėja korpuso sienelių storis.

Norint sukurti superkritinį ciklą GeoTPP technologinėje schemoje, ant dujotiekio, jungiančio kondensatorių su šilumokaičiu, būtina sumontuoti siurblį.

Tačiau tokie veiksniai kaip galios padidėjimas, tiekimo vamzdynų ir turbinos dydžio sumažinimas bei pilnesnis terminio vandens šiluminio potencialo įjungimas pasisako už superkritinį ciklą.

Ateityje būtina ieškoti žemesnės kritinės temperatūros aušinimo skysčių, kurie leistų sukurti superkritinius ciklus naudojant žemesnės temperatūros terminį vandenį, nes daugumos ištirtų telkinių Rusijoje šiluminis potencialas neviršija 100÷120ºС. Šiuo atžvilgiu perspektyviausias yra R13B1(trifluorbrommetanas), kurio kritiniai parametrai: tc = 66,9ºС; pk = 3,946 MPa; qk = 770 kg/m³.

Vertinimo skaičiavimų rezultatai rodo, kad naudojant terminį vandenį, kurio temperatūra tk = 120ºС pirminėje GeoTPP grandinėje ir superkritinio ciklo su pradiniu slėgiu pn = 5,0 MPa sukūrimą antrinėje grandinėje ant freono R13B1 taip pat leidžia padidinti turbinos galią iki 14%, palyginti su subkritiniu ciklu, kai pradinis slėgis pn = 3,5 MPa.

Kad GeoTPP veiktų sėkmingai, būtina išspręsti problemas, susijusias su korozijos ir druskų nuosėdų atsiradimu, kurios, kaip taisyklė, pablogėja padidėjus terminio vandens mineralizacijai. Intensyviausios druskų nuosėdos susidaro dėl terminio vandens degazavimo ir dėl to pažeidžiamo anglies dvideginio balanso.

Siūlomoje technologinėje schemoje pirminis aušinimo skystis cirkuliuoja uždara grandine: rezervuaras – gamybinis šulinys – paviršinis vamzdynas – siurblys – įpurškimo šulinys – rezervuaras, kuriame iki minimumo sumažinamos sąlygos vandens degazavimui. Tuo pačiu metu pirminės grandinės paviršinėje dalyje būtina laikytis tokių termobarinių sąlygų, kurios užkerta kelią degazavimui ir karbonatų nuosėdų nusodinimui (priklausomai nuo temperatūros ir druskingumo, slėgis turi būti palaikomas 1,5 MPa ir didesnis).

Sumažėjus terminio vandens temperatūrai, taip pat nusėda nekarbonatinės druskos, o tai patvirtino Kayasulinsky geoterminėje vietoje atlikti tyrimai. Dalis nusodintų druskų nusėda ant vidinio įpurškimo šulinio paviršiaus, o didžioji dalis bus nunešta į dugno angų zoną. Druskų nusėdimas įpurškimo šulinio apačioje prisidės prie įpurškimo ir laipsniško apvalaus srauto sumažėjimo iki visiško GCS sustabdymo.

Siekiant išvengti korozijos ir nuosėdų susidarymo GCS grandinėje, galima naudoti veiksmingą HEDPK (hidroksietilidendifosfoninės rūgšties) reagentą, kuris pasižymi ilgalaikiu antikoroziniu ir anti-nuosėdų poveikiu paviršiaus pasyvumu. Pasyvuojančio OEDFK sluoksnio atstatymas atliekamas periodiškai impulsiniu būdu įpurškiant reagento tirpalą į terminį vandenį gamybinio gręžinio angoje.

Norint ištirpinti druskos dumblą, kuris kaupsis dugno angų zonoje, taigi atstatyti įpurškimo šulinio injektyvumą, labai efektyvus reagentas yra NMA (mažos molekulinės masės rūgščių koncentratas), kurį taip pat galima periodiškai įvesti į cirkuliuojantį terminį vandenį. srityje prieš įpurškimo siurblį.

Todėl iš to, kas išdėstyta pirmiau, galima teigti, kad viena iš perspektyvių žemės vidaus šiluminės energijos vystymosi krypčių yra jos pavertimas elektros energija statant dviejų grandinių GeoTPP ant žemos virimo temperatūros darbinių agentų. Tokio konversijos efektyvumas priklauso nuo daugelio veiksnių, ypač nuo darbinio skysčio pasirinkimo ir antrinės GeoTPP grandinės termodinaminio ciklo parametrų.

Ciklų, naudojant įvairius šilumos nešiklius antrinėje grandinėje, skaičiuojamosios analizės rezultatai rodo, kad optimaliausi yra superkritiniai ciklai, kurie leidžia padidinti turbinos galią ir ciklo efektyvumą, pagerinti aušinimo skysčio transportavimo savybes ir visapusiškiau sureguliuoti aušinimo skysčio temperatūrą. pradinis terminis vanduo, cirkuliuojantis pirminėje GeoTPP grandinėje.

Taip pat nustatyta, kad aukštos temperatūros terminiam vandeniui (180ºС ir daugiau) perspektyviausias yra superkritinių ciklų sukūrimas antrinėje GeoTPP grandinėje naudojant izobutaną, o žemesnės temperatūros (100÷120ºС ir aukštesnės) vandenyse. ), kuriant tuos pačius ciklus, tinkamiausias šilumnešis yra freonas R13B1.

Priklausomai nuo išgaunamo terminio vandens temperatūros, yra optimali antrinio šilumnešio išgaravimo temperatūra, atitinkanti didžiausią turbinos generuojamą galią.

Ateityje būtina tirti superkritinius mišinius, kuriuos naudoti kaip geoterminės energijos ciklų darbinę medžiagą patogiausia, nes pasirinkus mišinio sudėtį galima nesunkiai pakeisti jų kritines savybes priklausomai nuo išorinių sąlygų.

Kita geoterminės energijos panaudojimo kryptis – geoterminis šilumos tiekimas, kuris Kamčiatkoje ir Šiaurės Kaukaze jau seniai naudojamas šiltnamių šildymui, šildymui ir karšto vandens tiekimui būsto ir komunaliniame sektoriuje. Pasaulinės ir šalies patirties analizė rodo geoterminio šilumos tiekimo perspektyvas. Šiuo metu pasaulyje veikia 17175 MW bendros galios geoterminio šilumos tiekimo sistemos, vien JAV eksploatuojama daugiau nei 200 tūkst. Pagal Europos Sąjungos planus geoterminio šildymo sistemų, įskaitant šilumos siurblius, galia turėtų padidėti nuo 1300 MW 1995 metais iki 5000 MW 2010 metais.

SSRS geoterminiai vandenys buvo naudojami Krasnodaro ir Stavropolio teritorijose, Kabardino-Balkarijoje, Šiaurės Osetijoje, Čečėnijos-Ingušijoje, Dagestane, Kamčiatkos srityje, Kryme, Gruzijoje, Azerbaidžane ir Kazachstane. 1988 metais buvo pagaminta 60,8 mln. m³ geoterminio vandens, dabar Rusijoje jo pagaminama iki 30 mln. m³ per metus, tai prilygsta 150÷170 tūkst. tonų etaloninio kuro. Tuo pačiu metu techninis geoterminės energijos potencialas, Rusijos Federacijos energetikos ministerijos duomenimis, yra 2950 mln. tonų etaloninio kuro.

Per pastaruosius 10 metų mūsų šalyje žlugo geoterminių išteklių tyrinėjimo, plėtros ir eksploatavimo sistema. SSRS šios problemos mokslinius tyrimus vykdė Mokslų akademijos institutai, Geologijos ir dujų pramonės ministerijos. Telkinių rezervų žvalgymą, vertinimą ir tvirtinimą vykdė Geologijos ministerijos institutai ir regioniniai padaliniai. Gamybinių gręžinių gręžimą, lauko plėtrą, pakartotinio įpurškimo, geoterminių vandenų valymo technologijų kūrimą, geoterminio šilumos tiekimo sistemų eksploatavimą vykdė Dujų pramonės ministerijos padaliniai. Jame buvo penki regioniniai operatyviniai padaliniai – tyrimų ir gamybos asociacija „Sojuzgeotherm“ (Makhačkala), kuri parengė SSRS geoterminių vandenų schemą. Geoterminio šilumos tiekimo sistemų ir įrangos projektavimą atliko Centrinis inžinerinės technikos tyrimų ir projektavimo bei eksperimentinis institutas.

Šiuo metu visapusiškas geotermijos srities tiriamasis darbas nutrūko: nuo geologinių ir hidrogeologinių tyrimų iki geoterminių vandenų valymo problemų. Neatliekami žvalgomieji gręžimai, nevykdoma anksčiau žvalgytų telkinių plėtra, nemodernizuojama esamų geoterminio šilumos tiekimo sistemų įranga. Valstybės valdymo vaidmuo plėtojant geotermiją yra nereikšmingas. Geotermijos specialistai yra išsibarstę, jų patirtis nėra paklausi. Esamos situacijos ir plėtros perspektyvų analizė naujojoje ekonominės sąlygos Rusija, padarykime tai Krasnodaro krašto pavyzdžiu.

Šiam regionui iš visų atsinaujinančių energijos šaltinių perspektyviausias yra geoterminių vandenų naudojimas. 4 paveiksle pavaizduoti atsinaujinančios energijos naudojimo prioritetai tiekiant šilumą objektams Krasnodaro teritorijoje.

AT Krasnodaro teritorija per metus pagaminama iki 10 mln. m³/metus 70÷100ºC temperatūros geoterminio vandens, kuris pakeičia 40÷50 tūkst. t organinio kuro (vertinant etaloninį kurą). Veikia 10 telkinių su 37 gręžiniais, 6 telkiniai su 23 gręžiniais yra kuriami. Bendras geoterminių gręžinių skaičius77. 32 hektarus šildo geoterminiai vandenys. šiltnamių, aštuoniose gyvenvietėse 11 tūkst. butų, karštu vandeniu aprūpinta 2 tūkst. Ištirtos regiono geoterminių vandenų eksploatacinės atsargos siekia 77,7 tūkst. kubinių metrų. m³ / parą, arba eksploatacijos metu šildymo sezono metu – 11,7 mln. m³ per sezoną, prognozuojamos atsargos atitinkamai 165 tūkst. m³/parą ir 24,7 mln. m³ per sezoną.

Vienas iš labiausiai išvystytų Mostovskoje geoterminių laukų, 240 km nuo Krasnodaro Kaukazo papėdėje, kuriame buvo išgręžta 14 gręžinių, kurių gylis 1650÷1850m, debitas 1500÷3300 m³ per dieną, temperatūra žiotyse 67. ÷78º C, bendras druskingumas 0,9÷1, 9g/l. Autorius cheminė sudėtis geoterminis vanduo beveik atitinka geriamojo vandens standartus. Pagrindinis geoterminio vandens vartotojas iš šio lauko yra iki 30 hektarų šiltnamių kompleksas, kuriame anksčiau veikė 8 gręžiniai. Šiuo metu čia šildoma 40% šiltnamio ploto.

Kaimo gyvenamųjų ir administracinių pastatų šilumos tiekimui. Devintajame dešimtmetyje buvo pastatytas tiltas, geoterminis centrinis šilumos punktas (CTP), kurio numatoma šiluminė galia 5 MW, kurio schema parodyta 5 pav. Geoterminis vanduo centriniame šilumos centre tiekiamas iš dviejų gręžinių, kurių kiekvieno debitas yra 45÷70 m³/h, o temperatūra 70÷74ºС, į dvi akumuliacines talpyklas, kurių talpa 300 m³. Geoterminio vandens nuotekų šilumai panaudoti buvo sumontuoti du garo kompresoriniai šilumos siurbliai, kurių numatoma šiluminė galia 500 kW. Šildymo sistemose naudojamas geoterminis vanduo, kurio temperatūra prieš šilumos siurblio bloką (HPU) yra 30÷35ºС, padalijamas į du srautus, iš kurių vienas atšaldomas iki 10ºС ir nuleidžiamas į rezervuarą, o antrasis pašildomas iki 50ºС ir grąžino į rezervuarus. Šilumos siurblių agregatus gamino Maskvos gamykla „Compressor“ pagrindu šaldymo mašinos A-220-2-0.

Geoterminio šildymo šiluminės galios reguliavimas, kai nėra didžiausio pašildymo, atliekamas dviem būdais: praleidžiant aušinimo skystį ir cikliškai. Taikant pastarąjį metodą, sistemos periodiškai užpildomos geoterminiu aušinimo skysčiu, kartu išleidžiant aušinamąjį. Esant paros šildymo periodui Z, šildymo laikas Zn nustatomas pagal formulę

Zn = 48j/(1 + j), kur šilumos išeigos koeficientas; projektinė oro temperatūra patalpoje, °C; ir faktinė bei skaičiuojama lauko oro temperatūra, °С.

Geoterminių sistemų akumuliacinių rezervuarų talpa nustatoma pagal sąlygą užtikrinti normalizuotą oro temperatūros svyravimų amplitudę šildomose gyvenamosiose patalpose (± 3 °C) pagal formulę.

čia kF – šildymo sistemos šiluminė galia 1°C temperatūros skirtumo, W/°C; Z \u003d Zn + Zpp geoterminio šildymo veikimo laikotarpis; Zp pauzės trukmė, h; Qp ir Qp – skaičiuojamoji ir sezoninė vidutinė pastato šildymo sistemos šiluminė galia, W; c geoterminio vandens tūrinė šiluminė galia, J/(m³ ºС); n geoterminio šildymo paleidimų skaičius per dieną; k1 – šilumos nuostolių koeficientas geoterminėje šilumos tiekimo sistemoje; A1 temperatūros svyravimų amplitudė šildomame pastate, ºС; Rnom bendras šildomų patalpų šilumos įsisavinimo rodiklis; Šildymo sistemų ir šilumos tinklų Vc ir Vts galingumas, m³.

Šilumos siurblių veikimo metu geoterminio vandens debitų per garintuvą Gi ir kondensatorių Gk santykis nustatomas pagal formulę:

Kur tk, to, t – geoterminio vandens temperatūra už kondensatoriaus, pastato šildymo sistemos ir HPI garintuvų, ºС.

Pažymėtina žemas naudojamų šilumos siurblių konstrukcijų patikimumas, kadangi jų darbo sąlygos labai skyrėsi nuo šaldymo mašinų darbo sąlygų. Kompresorių išleidimo ir siurbimo slėgių santykis dirbant šilumos siurblių režimu yra 1,5÷2 karto didesnis nei toks pat santykis šaldymo mašinose. Švaistiklio ir stūmoklių grupės, alyvos įrenginių ir automatikos gedimai lėmė ankstyvą šių mašinų gedimą.

Dėl hidrologinio režimo nekontroliavimo, Mostovskoje geoterminio lauko veikimo po 10 metų slėgis šulinio galvutėje sumažėjo 2 kartus. Siekiant atkurti rezervuaro slėgį lauke 1985 m. buvo išgręžti trys įpurškimo gręžiniai, pastatyta siurblinė, tačiau jų darbas nedavė teigiamo rezultato dėl mažo rezervuarų injektyvumo.

Per 60 km nuo Krasnodaro esančiame Ust-Labinsko mieste, kuriame gyvena 50 tūkstančių žmonių, perspektyviausiam geoterminių išteklių naudojimui buvo sukurta geoterminė šilumos tiekimo sistema, kurios numatoma šiluminė galia yra 65 MW. Iš trijų vandens siurbimo horizontų parinkti eoceno-paleoceno telkiniai, kurių gylis 2200÷2600m, susidarymo temperatūra 97÷100ºС, druskingumas 17÷24g/l.

Atlikus esamų ir numatomų šilumos apkrovų analizę pagal miesto šilumos tiekimo plėtros schemą, nustatyta optimali, skaičiuojama, geoterminio šilumos tiekimo sistemos šiluminė galia. Techninis ir ekonominis keturių variantų palyginimas (trys iš jų be piko katilų su skirtingu šulinių skaičiumi ir vienas su pakartotiniu šildymu katile) parodė, kad schema su piko katilu (6 pav.) turi minimalų atsipirkimo laikotarpį.

Geoterminėje šilumos tiekimo sistemoje numatyta įrengti vakarinius ir centrinius terminio vandens paėmimus su septyniais įleidimo gręžiniais. Terminio vandens paėmimo angų darbo režimas su pakartotiniu aušinto aušinimo skysčio įpurškimu. Dvigrandė šilumos tiekimo sistema su maksimaliu pašildymu katilinėje ir priklausoma jungtimi esamų sistemų pastato šildymas. Kapitalinės investicijos į šios geoterminės sistemos statybą siekė 5,14 mln. patrinti. (1984 m. kainomis), atsipirkimo laikotarpis 4,5 metų, numatomas pakaitinio kuro sutaupymas 18,4 tūkst. t etaloninio kuro per metus.

Geoterminių elektrinių pagamintos elektros energijos kaina.

Geoterminių laukų tyrimų ir plėtros (gręžimo) kaštai sudaro iki 50% visų GeoTPP sąnaudų, todėl GeoPP pagamintos elektros energijos kaina yra gana didelė. Taigi visos bandomosios-pramoninės (OP) Verkhne-Mutnovskaya GeoPP [galia 12 (3 × 4) MW] kaina siekė apie 300 milijonų rublių. Tačiau kuro transportavimo kaštų nebuvimas, geoterminės energijos atsinaujinimas ir elektros bei šilumos gamybos ekologiškumas leidžia geoterminei energijai sėkmingai konkuruoti energijos rinkoje, o kai kuriais atvejais gaminti pigesnę elektros energiją ir šilumą nei tradicinės IES ir CHP. . Atokiose vietovėse (Kamčiatkoje, Kurilų salose) GeoPP turi besąlyginį pranašumą prieš šilumines elektrines ir dyzelines stotis, veikiančias naudojant importuotą kurą.

Jei pavyzdžiu laikytume Kamčiatką, kur daugiau nei 80% elektros pagaminama CHPP-1 ir CHPP-2, veikiančiose su importuotu mazutu, tada geoterminės energijos naudojimas yra pelningesnis. Net ir šiandien, kai Mutnovskio geoterminiame lauke vis dar vyksta naujų GeoPP statybos ir plėtros procesas, Verchne-Mutnovskaya GeoPP elektros kaina yra daugiau nei du kartus mažesnė nei kogeneracinėje Petropavlovsko Kamčiatskio elektrinėje. 1 kWh(e) kaina senojoje Pauzhetskaya GeoPP yra 2¸3 kartus mažesnė nei CHPP-1 ir CHPP-2.

1 kWh elektros kaina Kamčiatkoje 1988 metų liepą siekė 10–25 centus, o vidutinis elektros tarifas buvo nustatytas 14 centų. 2001 m. birželio mėn tame pačiame regione elektros tarifas už 1 kWh svyravo nuo 7 iki 15 centų. 2002 metų pradžioje vidutinis tarifas OAO Kamčiatskenergo buvo 3,6 rublio. (12 centų). Akivaizdu, kad Kamčiatkos ekonomika negali sėkmingai vystytis nesumažinus suvartojamos elektros kainos, o tai galima pasiekti tik naudojant geoterminius išteklius.

Dabar, pertvarkant energetikos sektorių, labai svarbu vadovautis realiomis kuro ir įrangos kainomis, taip pat energijos kainomis skirtingiems vartotojams. Priešingu atveju galite padaryti klaidingas išvadas ir prognozes. Taigi Kamčiatkos regiono ekonomikos plėtros strategijoje, parengtoje 2001 m. Dalsetproekt, be pakankamo pagrindimo 1000 m³ dujų kaina buvo nustatyta 50 USD, nors aišku, kad tikrosios dujų kainos nebus mažesnė nei 100 USD, o dujų telkinių plėtros trukmė bus 5 ÷10 metų. Tuo pačiu metu pagal siūlomą strategiją dujų atsargos skaičiuojamos ne ilgesniam kaip 12 metų eksploatavimo laikui. Todėl Kamčiatkos regiono energetikos sektoriaus plėtros perspektyvos pirmiausia turėtų būti siejamos su geoterminių elektrinių serijos Mutnovskio lauke statyba [iki 300 MW (e)], Paužetskaya naujo įrengimu. GeoPP, kurio galia turėtų būti padidinta iki 20 MW, ir naujų GeoPP statyba. Pastarasis ilgus metus (ne mažiau kaip 100 metų) užtikrins Kamčiatkos energetinę nepriklausomybę ir sumažins parduodamos elektros savikainą.

Pasaulio energetikos tarybos vertinimu, iš visų atsinaujinančių energijos šaltinių GeoPP yra mažiausia kaina už 1 kWh (žr. lentelę).

	galia	naudoti galia			Kaina įdiegta		paskutiniame
	10200	55÷95(84)	2÷10	1÷8	800÷3000	70,2	22
Vėjas	12500	20÷30(25)	5÷13	3÷10	1100÷ 1700	27,1	30
	50	8÷20	25÷125	5÷25	5000÷10000	2,1	30
potvyniai ir atoslūgiai	34	20÷30	8÷15	8÷15	1700÷ 2500	0,6

Iš patirties eksploatuojant didelius GeoPP Filipinuose, Naujojoje Zelandijoje, Meksikoje ir JAV galima daryti išvadą, kad 1 kWh elektros kaina dažnai neviršija 1 cento, tuo tarpu reikia turėti omenyje, kad GeoPP energijos panaudojimo koeficientas. siekia 0,95.

Geoterminis šilumos tiekimas naudingiausias tiesiogiai naudojant geoterminį karštą vandenį, taip pat įvedant šilumos siurblius, kurie gali efektyviai panaudoti 10÷30ºС temperatūros žemės šilumą, t.y. žemos kokybės geoterminė šiluma. Dabartinėmis Rusijos ekonominėmis sąlygomis geoterminio šilumos tiekimo plėtra yra itin sudėtinga. Ilgalaikis turtas turi būti investuojamas į gręžinių gręžimą. Krasnodaro teritorijoje 1 m gręžinio gręžimo kaina yra 8 tūkstančiai rublių, jo gylis yra 1800 m, išlaidos siekia 14,4 milijono rublių. Esant numatomam šulinio debitui 70 m³ / h, suveikiant 30ºC temperatūros skirtumui, veikia visą parą 150 dienų. per metus numatomo srauto panaudojimo koeficientas šildymo sezono metu yra 0,5, tiekiama šilumos kiekis – 4385 MWh, arba verte 1,3 mln. 300 rublių / (MWh) tarifu. Tokiu tempu gręžinių gręžimas atsipirks per 11 metų. Tuo pat metu ateityje šios srities plėtojimas energetikos sektoriuje nekelia abejonių.

Išvados.

1. Beveik visoje Rusijoje yra unikalių geoterminės šilumos atsargų, kurių aušinimo skysčio temperatūra (vanduo, dvifazis srautas ir garai) nuo 30 iki 200ºC.

2. Pastaraisiais metais, remiantis pagrindiniais fundamentiniais tyrimais, Rusijoje buvo sukurtos geoterminės technologijos, galinčios greitai užtikrinti efektyvų žemės šilumos panaudojimą GeoPP ir GeoTS elektros ir šilumos gamybai.

3. Geoterminė energija turėtų užimti svarbią vietą bendrame energijos vartojimo balanse. Visų pirma Kamčiatkos regiono ir Kurilų salų bei iš dalies Primorės, Sibiro ir Šiaurės Kaukazo energetikos restruktūrizavimui ir įrengimui reikėtų naudoti savo geoterminius išteklius.

4. Dideliu mastu įdiegus naujas šilumos tiekimo schemas su šilumos siurbliais, naudojantys žemos kokybės šilumos šaltinius, iškastinio kuro sąnaudos sumažės 20÷25%.

5. Norint pritraukti investicijas ir paskolas į energetikos sektorių, būtina įgyvendinti efektyvius projektus ir garantuoti savalaikę grąžą skolintų pinigų, o tai įmanoma tik visiškai ir laiku atsiskaitant už vartotojams patiektą elektros energiją ir šilumą.

Bibliografija.

1. Geoterminės energijos pavertimas elektros energija naudojant superkritinį ciklą antrinėje grandinėje. Abdulagatovas I.M., Alkhasovas A.B. „Šilumos energetika.-1988 Nr.4-p. 53-56".

2. Salamovas A.A. „Geoterminės elektrinės pasaulio energetikos sektoriuje“ Šilumos energetika 2000 Nr. 1-p. 79-80"

3. Žemės šiluma: Iš pranešimo "Geoterminių technologijų plėtros perspektyvos" Ekologija ir gyvenimas-2001-Nr.6-str 49-52.

4. Tarniževskis B.V. „Rusijos atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo padėtis ir perspektyvos“ Pramonės energija-2002-Nr. 1-p. 52-56.

5. Kuznecovas V.A. "Mutnovskaya geoterminė elektrinė" Elektrinės-2002-№1-p. 31-35.

6. Butuzovas V.A. "Geoterminio šilumos tiekimo sistemos Krasnodaro teritorijoje" Energetikos vadovas-2002-Nr.1-p.14-16.

7. Butuzovas V.A. „Rusijos geoterminio šilumos tiekimo sistemų analizė“ Pramonės energija-2002-Nr.6-53-57 p.

8. Dobrokhotov V.I. "Geoterminių išteklių naudojimas Rusijos energetikos sektoriuje" Šiluminės energetikos inžinerija-2003-№1-p.2-11.

9. Alchasovas A.B. „Geoterminės šilumos naudojimo efektyvumo didinimas“ Šiluminės energetikos inžinerija-2003-Nr.3-p.52-54.

Geoterminė energija yra energija, gaunama iš natūralios žemės šilumos. Šią šilumą galima pasiekti šulinių pagalba. Geoterminis gradientas šulinyje didėja 1 0C kas 36 metrus. Ši šiluma tiekiama į paviršių garų arba karšto vandens pavidalu. Tokia šiluma gali būti naudojama tiek tiesiogiai namams ir pastatams šildyti, tiek elektros energijai gaminti. Šiluminiai regionai egzistuoja daugelyje pasaulio vietų.

Įvairiais vertinimais, temperatūra Žemės centre yra ne mažesnė kaip 6 650 0C. Žemės aušinimo greitis maždaug lygus 300-350 0C per milijardą metų. Žemėje yra 42 x 1012 W šilumos, iš kurios 2% yra plutoje ir 98% - mantijoje ir šerdyje. Šiuolaikinės technologijos neleidžia pasiekti per gilios šilumos, tačiau 840 000 000 000 W (2%) turimos geoterminės energijos gali patenkinti žmonijos poreikius ilgam. Regionai aplink žemyninių plokščių kraštus yra geriausia vieta geoterminių stočių statybai, nes tokiose vietose žievė gerokai plonesnė.

Geoterminės elektrinės ir geoterminiai ištekliai

Kuo gilesnis šulinys, tuo aukštesnė temperatūra, tačiau vietomis geoterminė temperatūra pakyla greičiau. Tokios vietos dažniausiai būna didelio seisminio aktyvumo zonose, kur susiduria arba lūžta tektoninės plokštės. Štai kodėl perspektyviausi geoterminiai ištekliai yra vulkaninio aktyvumo zonose. Kuo didesnis geoterminis gradientas, tuo pigiau išgauti šilumą, sumažinant gręžimo ir siurbimo išlaidas. Palankiausiais atvejais gradientas gali būti toks didelis, kad paviršinis vanduo įkaista iki norimos temperatūros. Geizeriai ir karštosios versmės yra tokių atvejų pavyzdžiai.

Po žemės pluta yra karštos ir išlydytos uolienos sluoksnis, vadinamas magma. Ten atsiranda šiluma, visų pirma dėl natūralių radioaktyvių elementų, tokių kaip uranas ir kalis, skilimo. Šilumos energijos potencialas 10 000 metrų gylyje yra 50 000 kartų didesnis energijos kiekis nei visos pasaulio naftos ir dujų atsargos.

Aukščiausios požeminės temperatūros zonos yra regionuose, kuriuose yra aktyvių ir jaunų ugnikalnių. Tokie „karštieji taškai“ randami ties tektoninių plokščių ribomis arba ten, kur pluta yra tokia plona, kad gali prasiskverbti magmos šiluma. Daugelis karštųjų taškų yra Ramiojo vandenyno pakrantėje, kuri dėl to dar vadinama „Ugnies žiedu“. didelis skaičius ugnikalniai.

Geoterminės elektrinės – geoterminės energijos panaudojimo būdai

Yra du pagrindiniai geoterminės energijos naudojimo būdai: tiesioginė šilumos ir elektros gamyba. Tiesioginis šilumos panaudojimas yra paprasčiausias ir todėl labiausiai paplitęs būdas. Tiesioginio šilumos naudojimo praktika plačiai paplitusi didelėse platumose ties tektoninių plokščių ribomis, pavyzdžiui, Islandijoje ir Japonijoje. Vandens tiekimas tokiais atvejais montuojamas tiesiai į giluminius šulinius. Gautas karštas vanduo naudojamas keliams šildyti, drabužiams džiovinti, šiltnamiams ir gyvenamiesiems namams šildyti. Elektros gamybos iš geoterminės energijos būdas labai panašus į tiesioginio panaudojimo būdą. Vienintelis skirtumas yra aukštesnės temperatūros (daugiau nei 150 0C) poreikis.

Kalifornijoje, Nevadoje ir kai kuriose kitose vietose geoterminė energija naudojama didelėse elektrinėse.Taigi Kalifornijoje apie 5% elektros energijos pagaminama naudojant geoterminę energiją, Salvadore geoterminė energija pagamina apie 1/3 elektros energijos. Aidaho ir Islandijoje geoterminė šiluma naudojama įvairiems tikslams, įskaitant namų šildymą. Tūkstančiai namų naudoja geoterminius šilumos siurblius, kad būtų užtikrinta švari ir prieinama šiluma.

Geoterminės elektrinės – geoterminės energijos šaltiniai.

sausa kaitinama uola– Siekiant panaudoti energiją geoterminėse elektrinėse, esančią sausoje uolienoje, vandenyje aukštas spaudimas pumpuojamas į veislę. Taip plečiasi uolienoje esantys įtrūkimai, susidaro požeminis garų ar karšto vandens rezervuaras.

Magma Išlydyta masė, kuri susidaro po Žemės pluta. Magmos temperatūra siekia 1200 0С. Nors prieinamuose gyliuose randami nedideli magmos kiekiai, kuriami praktiniai energijos iš magmos generavimo metodai.

Karštas, suslėgtas gruntinis vanduo kuriuose yra ištirpusio metano. Elektros gamybai naudojama ir šiluma, ir dujos.

Geoterminės elektrinės – veikimo principai

Šiuo metu galimos trys elektros gamybos naudojant hidroterminius išteklius schemos: tiesioginė naudojant sausą garą, netiesioginė naudojant vandens garą ir mišrios gamybos schema (dvejetainis ciklas). Konversijos tipas priklauso nuo terpės (garų ar vandens) būsenos ir jos temperatūros. Pirmosios buvo įvaldytos sauso garo jėgainės. Norint jiems gaminti elektrą, iš gręžinio gaunami garai yra perduodami tiesiai per turbiną / generatorių. Netiesioginės elektros energijos gamybos jėgainės yra labiausiai paplitusios. Jie naudoja karštą požeminį vandenį (iki 182°C), kuris aukštu slėgiu pumpuojamas į paviršiuje esančius generatorius. Mišrios geoterminės elektrinės skiriasi nuo dviejų ankstesnių geoterminių elektrinių tipų tuo, kad garai ir vanduo niekada nesiliečia su turbina/generatoriumi.

Geoterminės elektrinės, veikiančios sausu garu

Garo jėgainės daugiausia veikia hidroterminiu garu. Garai patenka tiesiai į turbiną, kuri maitina generatorių, gaminantį elektrą. Naudojant garą nebereikia deginti iškastinio kuro (taip pat nereikia kuro transportuoti ir sandėliuoti). Tai seniausios geoterminės elektrinės. Pirmoji tokia elektrinė buvo pastatyta Larderello (Italija) 1904 m. ir veikia iki šiol. Garo technologija naudojama Šiaurės Kalifornijos elektrinėje „Geysers“, kuri yra didžiausia geoterminė jėgainė pasaulyje.

Geoterminės elektrinės ant garo hidrotermų

Šiose gamyklose elektros energijai gaminti naudojamos perkaitintos hidrotermijos (temperatūra aukštesnė nei 182°C). Hidroterminis tirpalas priverčiamas į garintuvą, kad sumažintų slėgį, todėl dalis tirpalo labai greitai išgaruoja. Susidarę garai varo turbiną. Jei bake lieka skysčio, jį galima išgarinti kitame garintuve, kad būtų dar daugiau galios.

Geoterminės elektrinės su dvejetainiu elektros gamybos ciklu.

Daugumoje geoterminių zonų yra vidutinės temperatūros vandens (žemiau 200°C). Dvejetainio ciklo jėgainės naudoja šį vandenį energijai gaminti. Per šilumokaitį praleidžiamas karštas geoterminis vanduo ir antras, papildomas skystis, kurio virimo temperatūra žemesnė nei vanduo. Geoterminio vandens šiluma išgarina antrąjį skystį, kurio garai varo turbinas. Kadangi tai yra uždara sistema, į atmosferą praktiškai nėra išmetamų teršalų. Vidutinio klimato vandenys yra gausiausias geoterminis išteklius, todėl dauguma ateities geoterminių elektrinių veiks šiuo principu.

Geoterminės elektros ateitis.

Garo bakai ir karštas vanduo yra tik nedidelė geoterminių išteklių dalis. Žemės magma ir sausos uolienos suteiks pigios, švarios, praktiškai neišsenkamos energijos, kai bus sukurtos tinkamos jų panaudojimo technologijos. Iki tol dažniausiai geoterminės elektros gamintojai bus dvejetainio ciklo jėgainės.

Kad geoterminė elektra taptų pagrindiniu JAV energetikos infrastruktūros elementu, reikia sukurti metodus, kaip sumažinti jos gamybos sąnaudas. JAV Energetikos departamentas bendradarbiauja su geoterminės pramonės atstovais, siekdamas sumažinti kilovatvalandės kainą iki 0,03–0,05 USD. Prognozuojama, kad per artimiausią dešimtmetį atsiras naujų 15 000 MW galios geoterminių elektrinių.

6 praktika

Tikslas: susipažinti su GeoTPP ir vandenynų šiluminės energijos konversijos technologijų (OTEC) veikimo principu, taip pat su jų skaičiavimo metodika.

Pamokos trukmė- 2 valandos

Progresas:

1. Teorinės darbo dalies pagrindu susipažinti su GeoTPP veikimo principu ir vandenyno šiluminės energijos konvertavimo technologijomis (PTEC.

2. Pagal individualią užduotį spręsti praktines problemas.

1. TEORINĖ DALIS

Vandenyno šiluminės energijos naudojimas

Vandenyno šiluminės energijos konversijos technologija (OTEC) gamina elektros energiją iš šilto ir šalto vandenyno vandens temperatūrų skirtumo. Šaltas vanduo vamzdžiu pumpuojamas iš daugiau nei 1000 metrų gylio (iš vietos, kur saulės spinduliai niekada nepasiekia). Sistema taip pat naudoja šiltą vandenį iš vietovės, esančios arti vandenyno paviršiaus. Saulės įkaitintas vanduo praeina per šilumokaitį su žemai verdančiais chemikalais, tokiais kaip amoniakas, kuris sukuria cheminius garus, varančius elektros generatorių turbinas. Tada garai kondensuojami atgal į skystą formą, naudojant atšaldytą vandenį iš giluminio vandenyno. Manoma, kad atogrąžų regionai yra geriausia vieta PTEC sistemoms įrengti. Taip yra dėl didesnio temperatūros skirtumo tarp vandens sekliame vandenyje ir gylyje.

Skirtingai nei vėjo ir saulės jėgainės, vandenynų šiluminės elektrinės gali gaminti švarią elektros energiją visą parą, 365 dienas per metus. Vienintelis tokių jėgainių šalutinis produktas yra šaltas vanduo, kuris gali būti naudojamas vėsinimui ir oro kondicionavimui administraciniuose ir gyvenamuosiuose pastatuose šalia elektros energijos gamybos objekto.

Geoterminės energijos naudojimas

Geoterminė energija yra energija, gaunama iš natūralios žemės šilumos. Šią šilumą galima pasiekti šulinių pagalba. Geoterminis gradientas šulinyje didėja 1°C kas 36 metrus. Ši šiluma tiekiama į paviršių garų arba karšto vandens pavidalu. Tokia šiluma gali būti naudojama tiek tiesiogiai namams ir pastatams šildyti, tiek elektros energijai gaminti.

Įvairiais vertinimais, temperatūra Žemės centre yra mažiausiai 6650 °C. Žemės aušinimo greitis yra maždaug 300–350 ° C per milijardą metų. Žemė išskiria 42·10 12 W šilumos, iš kurios 2% absorbuojama plutoje ir 98% - mantijoje ir šerdyje. Šiuolaikinės technologijos neleidžia pasiekti per giliai išsiskiriančios šilumos, tačiau net 840000000000 W (2%) turimos geoterminės energijos gali patenkinti žmonijos poreikius ilgam. Teritorijos aplink žemyninių plokščių pakraščius yra geriausia vieta statyti geoterminius augalus, nes tokiose vietose pluta yra daug plonesnė.

Yra keletas būdų, kaip gauti energijos GeoTPP:

· Tiesioginė schema: garai vamzdžiais siunčiami į turbinas, prijungtas prie elektros generatorių;

· Netiesioginė grandinė: panaši į tiesioginę, tačiau prieš patenkant į vamzdžius garai išvalomi nuo dujų, kurios sukelia vamzdžių ardymą;

· Mišrus kontūras: panašus į tiesioginį, tačiau po kondensacijos iš vandens pašalinamos joje neištirpusios dujos.

2. PRAKTINĖ DALIS

1 užduotis. Nustatykite pradinę temperatūrą t2 ir geoterminės energijos kiekį E o (J) vandeningojo sluoksnio storis h km gylyje z km, jei pateiktos rezervuaro uolienos charakteristikos: tankis p gr \u003d 2700 kg / m 3; poringumas a = 5 %; specifinė šiluma C gr =840 J/(kg K). temperatūros gradientas (dT/dz) °C / km, pasirinkite pagal užduočių parinkčių lentelę.

Vidutinė paviršiaus temperatūra t o paimkite lygią 10 °C. Specifinė vandens šiluminė talpa Iš į = 4200 J/(kg K); vandens tankis ρ \u003d 1 10 3 kg / m 3. Apskaičiuokite pagal paviršiaus plotą F \u003d 1 km 2. Minimali leistina susidarymo temperatūra laikoma lygi t1=40 °C.

Taip pat nustatykite šiluminės energijos išgavimo laiko konstantą o (metai), kai vanduo įleidžiamas į rezervuarą ir jo suvartojimas V \u003d 0,1 m 3 / (s km 2). Kokia bus šiluminė galia, išgaunama iš pradžių (dE/dz) τ =0 ir po 10 metų (dE/dz) τ =10?

1 uždavinys yra skirtas geoterminės energijos, susikaupusios natūraliuose vandeninguose sluoksniuose z (km) gylyje nuo žemės paviršiaus, šiluminiam potencialui. Paprastai vandeningojo sluoksnio storis h (km) yra mažesnis už jo gylį. Sluoksnis porėtos struktūros – uolienų poros užpildytos vandeniu (poringumas vertinamas koeficientu α). Žemės plutos kietųjų uolienų vidutinis tankis p gr =2700 kg/m 3 ir šilumos laidumo koeficientas λ gr =2 W/(m·K). Žemės temperatūros pokytis link žemės paviršiaus apibūdinamas temperatūros gradientu (dT/dz), matuojamas °C/km arba K/km.

Žemės rutulyje labiausiai paplitusios yra sritys su normaliu temperatūros gradientu (mažiau nei 40 ° C / km), kai šilumos srautų, išeinančių link paviršiaus, tankis yra ≈ 0,06 W / m 2. Ekonominė galimybė išgauti šilumą iš Žemės žarnų čia mažai tikėtina.

Pusiau terminėje plotuose, temperatūros gradientas yra 40-80 °C/km. Čia vidurių šilumą patartina panaudoti šildymui, šiltnamiuose, balneologijoje.

Esant hipertermijai plotuose (prie žemės plutos platformų ribų) gradientas didesnis nei 80 °C/km. Čia tikslinga sukurti GeoTPP.

Esant žinomam temperatūros gradientui, galima nustatyti vandeningojo sluoksnio temperatūrą prieš pradedant eksploatuoti:

T g \u003d T o + (dT / dz) z,

čia T o – temperatūra Žemės paviršiuje, K (° C).

Skaičiavimo praktikoje geoterminės energijos charakteristikos paprastai nurodomos 1 km 2 paviršiaus F.

Rezervuaro šiluminė talpa C pl (J / K) gali būti nustatyta pagal lygtį

C pl \u003d [α ρ in C in + (1- α) ρ gr C gr ] h F,

kur p in ir C in yra atitinkamai tankis ir izobarinė savitoji šiluma

p gr ir C gr - dirvožemio (formavimo uolienų) tankis ir savitoji šiluminė talpa; paprastai p gr \u003d 820-850 J / (kg K).

Jei nustatote mažiausią leistiną temperatūrą, kuriai esant galite naudoti rezervuaro šiluminę energiją T 1 (K), tada galite įvertinti jo šiluminį potencialą iki veikimo pradžios (J):

E 0 \u003d C pl (T 2 -T 1)

Rezervuaro laiko konstanta τ 0 (galimas jo naudojimo laikas, metai), kai šiluminė energija pašalinama pumpuojant į jį vandenį, kurio tūrinis srautas V (m 3 / s), gali būti nustatyta pagal lygtį:

τ 0 \u003d C pl / (V ρ C in)

Manoma, kad rezervuaro šiluminis potencialas jo vystymosi metu kinta pagal eksponentinį dėsnį:

E=E 0 e -(τ / τ o)

čia τ – metų skaičius nuo eksploatacijos pradžios;

e yra natūraliųjų logaritmų pagrindas.

Geoterminio rezervuaro šiluminė galia laiku τ (metai nuo plėtros pradžios), W (MW):

2 užduotis Manoma, kad tikrasis efektyvumas η okeaninė šiluminė elektrinė, naudojanti paviršinio ir giluminio vandens temperatūrų skirtumą (T 1 -T 2) = ∆T ir veikianti pagal Rankino ciklą, yra perpus mažesnė už elektrinės, veikiančios pagal Carnot ciklą, šiluminį naudingumą, η t k . Įvertinkite galimą OTES, kurio darbinis skystis yra amoniakas, tikrojo efektyvumo vertę, jei vandens temperatūra vandenyno paviršiuje t , °С ir vandens temperatūra vandenyno gylyje t2 , °С. Koks yra šilto vandens suvartojimas V , m/h reikės OTES, kurių talpa N MW?

2 užduotis yra skirta galimybėms panaudoti paviršinio ir giluminio vandenyno vandens temperatūrų skirtumą elektros energijai gaminti OTES, veikiančiame pagal gerai žinomą Rankine ciklą. Manoma, kad kaip darbinį skystį naudojamos žemos virimo medžiagos (amoniakas, freonas). Dėl nedidelių temperatūrų skirtumų (∆T=15÷26 o C) pagal Carnot ciklą veikiančios gamyklos šiluminis naudingumas siekia tik 5-9%. Tikrasis Rankine ciklu veikiančios gamyklos efektyvumas bus perpus mažesnis. Dėl to, norint gauti santykinai mažų OTES pajėgumų dalį, reikia sunaudoti daug „šilto“ ir „šalto“ vandens, o dėl to – didžiulio įleidimo ir išleidimo vamzdynų skersmens.

Q 0 =p V C p ∆T,

kur p yra jūros vandens tankis, kg / m 3;

C p - jūros vandens masės šiluminė talpa, J / (kg K);

V - tūrinis vandens srautas, m 3 / s;

∆T \u003d T 1 -T 2 – temperatūros skirtumas tarp paviršinio ir giluminio vandens

(ciklo temperatūros skirtumas) °C arba K.

Idealiame teoriniame Carnot cikle mechaninė galia N 0 (W) gali būti apibrėžta kaip

N 0 \u003d η t k Q o,

arba atsižvelgiant į (1) ir Carnot ciklo šiluminio efektyvumo išraišką η t k:

N 0 \u003d p C p V (∆T) 2 /T 1.

3 užduotis Dvigrandė garo-vandens geoterminė elektrinė su elektros energija N šilumą gauna iš vandens iš geoterminių gręžinių su temperatūra t gs . Sausų sočiųjų garų temperatūra garų generatoriaus išėjimo angoje yra 20 0 C žemesnė nei t gs . Garas išsiplečia turbinoje ir patenka į kondensatorių, iš kurio jį vėsina vanduo aplinką su temperatūra t xv . Aušinimo vanduo kondensatoriuje pašildomas 12 0 C. Kondensato temperatūra 20 0 C aukštesnė nei t xv . Geoterminis vanduo iš garo gamybos įrenginio išeina 15 0 C aukštesnės nei kondensato temperatūros. Santykinis turbinos vidinis koeficientas η oi , turbogeneratoriaus elektrinis naudingumo koeficientas η e =0,96. Nustatykite Rankine ciklo šiluminį efektyvumą, garo srautą ir savitąjį šilumos srautą, vandens srautą iš geoterminių gręžinių ir iš aplinkos.

Viengrandėje garo turbinoje GeoTEP sauso sočiųjų garų entalpija po atskyrimo nustatoma pagal geoterminio vandens temperatūrą t gw. Iš vandens ir vandens garų termodinaminių savybių lentelių arba h-s diagramų. Dvigubos grandinės GeoTEU atveju atsižvelgiama į temperatūros skirtumą garo generatoriuje Δt. Kitu atveju skaičiavimas atliekamas kaip saulės garo turbinos TPP.

Garų suvartojimas nustatomas pagal santykį

kg/s,

čia η t yra ciklo šiluminis efektyvumas,

η оі – santykinis vidinis turbinos efektyvumas,

η e – turbogeneratoriaus elektrinis naudingumo koeficientas,

N yra GeoTEU galia, kW,

Karšto vandens iš geoterminių gręžinių debitas nustatomas pagal formulę

, kg/s,

šalto vandens iš aplinkos suvartojimas garams kondensuotis

, kg/s,

čia c = 4,19 kJ/kg∙K yra vandens šiluminė talpa,

η pg yra garo generatoriaus efektyvumas,

Δt pg - geoterminio vandens temperatūrų skirtumas garo generatoriuje, 0 C,

Δt xv - šalto vandens temperatūros kritimas kondensatoriuje, 0 C.

GeoTEU skaičiavimas su žemos virimo temperatūros ir mišriais darbiniais skysčiais atliekamas naudojant termodinaminių savybių lenteles ir šių skysčių garų h-s diagramas.

Kiekiai ir jų vienetai	Užduočių parinktys

N, MW
t min., 0 С
t min., 0 С
η oi , %