Реферат на тему:
Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия
Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.
Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.
РоссияНа 2006 г. в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м³/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).
Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.
Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.
Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70—90 °С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.
Какие проблемы возникают при использовании подземных термальных вод? Главная из них заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.
Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.
Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.
Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х — около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт[1].
| США | 2687 | 3086 | 0.3% |
| Филиппины | 1969.7 | 1904 | 27% |
| Индонезия | 992 | 1197 | 3.7% |
| Мексика | 953 | 958 | 3% |
| Италия | 810.5 | 843 | |
| Новая Зеландия | 471.6 | 628 | 10% |
| Исландия | 421.2 | 575 | 30% |
| Япония | 535.2 | 536 | 0.1% |
| Сальвадор | 204.2 | 204 | 14% |
| Кения | 128.8 | 167 | 11.2% |
| Коста-Рика | 162.5 | 166 | 14% |
| Никарагуа | 87.4 | 88 | 10% |
| Россия | 79 | 82 | |
| Турция | 38 | 82 | |
| Папуа-Новая Гвинея | 56 | 56 | |
| Гватемала | 53 | 52 | |
| Португалия | 23 | 29 | |
| КНР | 27.8 | 24 | |
| Франция | 14.7 | 16 | |
| Эфиопия | 7.3 | 7.3 | |
| Германия | 8.4 | 6.6 | |
| Австрия | 1.1 | 1.4 | |
| Австралия | 0.2 | 1.1 | |
| Таиланд | 0.3 | 0.3 | |
Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновимой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт[4]. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт.
Основные промышленные зоны: «гейзеры» — в 100 км к северу от Сан-Франциско (1360 МВт установленной мощности), и северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности), в Неваде установленная мощность станций достигает 235 МВт.
Геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в стране, имеет особую правительственную поддержку.
На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27% всей электроэнергии в стране.
Страна на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной энергии в мире, с установленной мощностью электростанций в 953 МВт. На важнейшей геотермальной зоне Серро Прието расположились станции общей мощностью в 750 МВт.
В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.
В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.
В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт., существуют планы по росту мощностей до 576 МВт.
Один из крупнейших производителей геотермальной энергии в мире. Сотрудничает по этому вопросу с США. По некоторым данным геотермальная энергия обеспечивает электричеством около 500 тыс. жителей страны.
Все российские геотермальные электростанции расположены на Камчатке и Курилах, суммарный электропотенциал пароводных терм одной Камчатки оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности. Российский потенциал реализован только в размере не многим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):
В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.
| Слаботермальные | до 40°C |
| Термальные | 40-60°C |
| Высокотермальные | 60-100°C |
| Перегретые | более 100°C |
| ультрапресные | до 0,1 г/л |
| пресные | 0,1-1,0 г/л |
| слабосолоноватые | 1,0-3,0 г/л |
| сильносолоноватые | 3,0-10,0 г/л |
| соленые | 10,0-35,0 г/л |
| рассольные | более 35,0 г/л |
| очень мягкие | до 1,2 мг-экв/л |
| мягкие | 1,2-2,8 мг-экв/л |
| средние | 2,8-5,7 мг-экв/л |
| жесткие | 5,7-11,7 мг-экв/л |
| очень жесткие | более 11,7 мг-экв/л |
| сильнокислые | до 3,5 |
| кислые | 3,5-5,5 |
| слабокислые | 5,5-6,8 |
| нейтральные | 6,8-7,2 |
| слабощелочные | 7,2-8,5 |
| щелочные | более 8,5 |
| сероводородные | |
| сероводородно-углекислые | |
| углекислые | |
| азотно-углекислые | |
| метановые | |
| азотно-метановые | |
| азотные |
| слабая | до 100 мг/л |
| средняя | 100-1000 мг/л |
| высокая | более 1000 мг/л |
wreferat.baza-referat.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электроэнергетики
Реферат
«Геотермальная энергия.»
Выполнил студент: Фомин К.С.
Группы: ЭТ-41
Проверил: Лебединский И.Л.
СУМЫ 2007
Содержание
1 Введение
1.1 Откуда брать энергию?..........................................................................................3
1.2 Энергия солнца…………………………………………………………….……..3
1.3 Энергия ветра……………………………………………………………….…….4
1.4 Энергия воды……………………………………………………………….……..6
1.5 Геотермальная энергия……………………………………………………….…..7
1.6 Энергия биомассы……………………………………………………………..….7
1.7 Приливная энергия……………………………………………………….…….…8 2 Геотермальная энергия…………………………………………………………….…….…9
3 Сущность геотермальной энергии………………………………………………………..11
4 Геотермальные электрические станции с комбинированным циклом………………....15
4.1Бинарные ГеоЭС……………………………………………………………….…15
4.2Верхне-Мутновская ГеоЭС с комбинированным цикло…………………….…16
4.3Комбинированные энергоблоки для второй очереди
Мутновской ГеоЭС…………………………………………………………….…….18
5 Приложение………………………………………………………………………….……..19
5.1 Рисунок 1 Упрощенная схемаГеоЭС
с комбинированным циклом………………………………………………………....19
5.2 Рисунок 2 Турбогенератор модульного типа
с противодавлением за турбиной………………………………………………….....20
5.3 Рисунок 3 Компановка IV блока ВМ ГеоЭС
с комбинированным циклом……………………………………………………...…..21
5.4 Рисунок 4 Тепловая схема второй очереди
Мутновской ГеоЭС с комбинированным циклом………………………………..22-23
6 Литература………………………………………………………………………………..…24
1.1 Откуда брать энергию?
2.11.2004 18:06 | В.В.Ванчугов
По некоторым расчетам, количество солнечной энергии, достигающей поверхности земли каждые 72 часа эквивалентно всей энергии сосредоточенной в мировых запасах угля, нефти и природного газа. Двадцать лет назад, киловатт-час электричества, полученный за счет использования энергии Солнца, стоил $2.50. В настоящий момент его стоимость снизилась до 8- 23 центов.
На протяжении веков идея использования солнечной радиации для получения энергии не находила эффективного технологического решения. В 1767 году шведский ученый Хорас де Соссюр\Horace de Saussure построил первый термальный солнечный коллектор. Ученый использовал его для разогрева пищи и воды. В США в 1891 году было запатентовано первое устройство, использовавшее солнечные лучи для подогрева воды предполагалось, что его использование будет коммерчески оправданным. Этот патент был приобретен двумя чиновниками из штата Калифорния, которые к 1897 году оснастили солнечными обогревателями воды треть домов в калифорнийском городе Пасадена.
На протяжении долгого времени успехи в использовании солнечной энергии игнорировались, поскольку уголь и нефть были дешевы, а пути их использования хорошо известны. Однако во времена энергетического кризиса 1970-х годов интерес к солнечной энергии возрос. В 1973-1974 году Министерство Энергетики США\US Department of Energy профинансировало установку и испытание 3 тыс. фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии. В последующие годы производство такого рода оборудования финансировалось энергетическими компаниями и правительством, но эффективность использования солнечной энергии по-прежнему значительно отставало от традиционных технологий. Интерес к фотоэлектрическим преобразователям возрос в 1990-е годы после обострения ситуации в зоне Персидского залива.
Преимущество использования фотоэлектрических генераторов солнечной энергии в том, что это экологически чистая технология, что сами по себе генераторы нуждаются в минимуме обслуживания и не требуют особых эксплуатационных затрат. Они также не нуждаются в громоздких конструкциях, занимающих значительные территории, надежны в эксплуатации и не производят шумов. У солнечной энергетики однако есть ряд недостатков: солнечные панели сложно утилизировать, во многих регионах мира количество солнечных дней весьма ограничено, оборудование для преобразования солнечной радиации в электричество остается дорогим, подобные электростанции не работают ночью и в холод. Правда, новейшие разработки предлагают оборудование, использование которого окупает его стоимость за 2-5 лет эксплуатации, в зависимости от “солнечности” региона.
По данным Национальной Лаборатории по Возобновляемым Источникам
Энергии\National Renewable Energy Laboratory, стоимость фотоэлектрических батарей в 2003 году в сравнении с предыдущим 2002 годом снизилась на 14%. Мировые продажи солнечных батарей, пригодных для установки на крыше дома, выросли на 44% в 2002 году. В Японии действует крупнейшая в мире программа по поддержке использования солнечной энергии — в 2000 году японцы увеличили производство подобной энергии до 128 мегаватт (в четыре раза). На Филиппинах «солнечное электричество» обеспечивает потребности в энергии 400 тыс. человек. В Швейцарии и Германии в середине 1990-х годов более 1 тыс. зданий были оборудованы солнечными панелями. Эти программы финансировались правительством. В середине 1990-х годов топливные ячейки, которые трансформируют солнечные лучи в энергию солнца были установлены на 250 тысяче домов, расположенных, в большинстве своем, в отдаленных районах таких стран как Шри Ланка, Китай или Мексика. В Кении в 1993 году было больше домов оборудованных солнечными ячейками, чем домов, подключенных к централизованной системе снабжения электричеством. В Бразилии энергетические компании также в большей мере интересуются не традиционной централизованной системой обеспечения электричеством, а солнечной электрификацией, когда речь идет о глухих районах бассейна Амазонки. В ЮАР правительство инициировало крупные программы по обеспечению солнечной энергией миллионов людей.
В американском городе Сакраменто, штат Калифорния, на протяжении 1990-х годов муниципалитет ежегодно оснащал 100 домов солнечными электрическими панелями, которые были подключены к централизованной системе, так, что если в доме есть излишек электроэнергии, он может быть продан другим потребителям. Современное производство фотоэлектрических панелей может обеспечить США 15% объемов электроэнергии, которые, по прогнозам, будут потребляться страной в 2020 году.
С начала 1990-х годов в мире наиболее быстрыми темпами рос спрос на ветряную энергию. Ныне ветровая электроэнергия производится в 55-ти странах мира.
Так, если в 1990 году из ветра вырабатывалось 2 тыс. мегаватт электроэнергии, то в 1995 году — 4.5 тыс. мегаватт. За двадцать лет стоимость киловатт-час электричества, выработанного ветровой электростанцией снизилась с 40 до 5 центов за киловатт и вплотную приблизилась к стоимости электричества, добываемого за счет сжигания нефти, газа, угля и использования ядерной энергии (в США цены на нее составляют 2-3 цента за киловатт).
По данным Американской Ассоциации Энергии Ветра\American Wind Energy Association, cтоимость строительства ветровой электростанции уменьшилась до $1 млн. на 1 МВт — это примерно равно стоимости строительства АЭС. По эффективности вложений ветровые электростанции превосходят лишь газовые ($600 тыс. на 1МВт). Однако, в отличие от газа, энергия ветра бесплатна. Ее большим преимуществом перед ядерной энергетикой является то, что не существует проблемы хранения и переработки отработанного топлива.
Использование энергии ветра традиционно для человеческой цивилизации. Наиболее известной и широко распространенной технологией является ветряная мельница. В 16 столетии в Нидерландах, например, насчитывалось около 10 тыс. ветряных мельниц. В 20 веке только в западной части США насчитывалось более 6 млн. небольших мельниц. Первая большая ветряная мельница для производства электричества была сооружена в США в 1888 году.
В 1999 году мощности мирового производства электроэнергии из энергии ветра составляли около 16 млрд. киловатт\часов, этой энергии было бы достаточно для обеспечения электроэнергией города с двухмиллионным населением. По оценкам Американской Ассоциации Энергии Ветра\American Wind Energy Association, энергия ветра может обеспечить 20% потребностей США в электричестве. При этом ветровые турбины, трансформирующие ветер в электрическую энергию, будут занимать 1% всей территории страны. На этих участках лишь 5% территории будет занято непосредственно необходимым оборудованием, а 95% земель могут быть использованы для посевов аграрных культур и выпаса скота. Прогнозируется, что к 2010 году 10 млн. американских домов будут обеспечиваться “ветровой” электроэнергией. Это позволит снижать выбросы в атмосферу углекислого газа, выделяющегося при производстве электроэнергии из традиционных источников энергии на 100 млн. метрических тонн ежегодно.
Хотя энергия ветра имеет множество преимуществ — она доступна и с точки зрения технологического развития, и в смысле наличия ветряных ресурсов, она имеет также ряд недостатков. Слабым местом использования энергии ветра, как и при использовании солнечной энергии, является недостаточная “энергетическая плотность” этого природного ресурса — для производства необходимого количества тепла или электричества необходимо значительное число генераторов. Ветровые турбины не могу быть размещены повсеместно, поскольку не везде достаточно ветрено, а в тех местах, где ветра много, строительство и эксплуатация ветровых ферм могут оказаться неоправданно дорогостоящими ввиду удаленности от потребителя.
Однако по мнению сторонников использования энергии ветра, в недостаточно активном внедрении “ветровых технологий” больше сказывается консерватизм и инертность. Себестоимость “ветровой” электроэнергии снижается заметно быстрее чем себестоимость энергии, произведенной электростанцией, работающей на природном газе. Чем больше устанавливается ветровых турбин, тем более дешевой становится “ветровая” электроэнергия. Удвоение числа ветровых турбин в мире снизило себестоимость электричества на 15%. К позитивным аспектам использования энергии ветра относится и то, что она неисчерпаема, что развитие этой отрасли энергетики также создает рабочие места в отдаленных регионах. Этот источник энергии, также как энергия солнца, не может стать предметом международных споров, в отличие от нефтяных и газовых месторождений.
В 2002 году в США было произведено 4 685 МВт ветровой электроэнергии (примерно 1% от всего электричества, произведенного в США), что на 10% больше, чем в 2001 году. В свою очередь, в 2001 году ветровой электроэнергии было выработано на 40% больше, чем в 2000. В странах Европейского Союза в 2002 году производство ветровой электроэнергии выросло на 33% и достигло 23 056 МВт. Ныне более 70% ветровой электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится в Европе. В свою очередь, европейским лидером стала Германия, которая за год увеличила производство ветровой энергии на 37%. Ныне ветер обеспечивает 4.7% потребностей Германии в электричестве. В Германии вырабатывается 6.1 тыс. мегаватт электроэнергии с помощью станций, использующих энергию ветра — это равноценно использованию 20 теплоэлектростанций, работающих на угле. Крупномасштабные программы реализуются в Аргентине, Чили, Испании, Китае, Дании. По данным компании BTM Consult, в 2000 году было выработано более 18 тыс. мегаватт ветряного электричества — прирост по сравнению с 1999 годом составил более 4 тыс. мегаватт. В 2002 году Дания получила 13% электроэнергии за счет ветровых электростанций и планирует к 2030 году довести долю ветряной энергии до 50%.
По подсчетам Стэнфордского Университета\Stanford University, инвестиции в размере $338 млрд. позволят построить в США 225 тыс. ветровых турбин. Это даст возможность избавиться от примерно 60% теплоэлектростанций, что, в свою очередь, позволит резко уменьшить уровень выбросов углекислоты и других газов, которые вызывают парниковый эффект. Кроме того, заболевания, вызываемые угольной пылью, каждый год убивают 2 тыс. шахтеров. Однако, по оценкам Национальной Лаборатории Исследований Возобновляемых Источников Энергии\National Renewable Energy Laboratory, ветровая энергетика еще не может считаться достойным конкурентом традиционных атомных, гидро- и теплоэлектростанций. Среднестатистическая АЭС вырабатывает примерно 1.3 тыс. МВт электроэнергии — больше, чем четыре крупнейшие в мире ветровые электростанции.
Энергетическое Информационное Агентство США\Energy Information Agency предсказывает, что через четверть века производство ветровой электроэнергии в США возрастет на 300%, однако ветер обеспечит лишь 1% электроэнергии, необходимой США. Ныне в США существуют налоговые кредиты для компаний, создающих ветровые электростанции, однако они недостаточно большие.
На сегодняшний день энергия падающей воды — самый популярный вид энергии, добываемой их возобновляемых источников. Она обеспечивает 17.5% потребностей человечества в электричестве. В США на долю гидроэлектростанций приходится 97.9% всей «чистой» энергии.
США находится на втором месте в мире по объемам электроэнергии, произведенной на гидроэлектростанциях (на первом месте — Канада, на третьем — бывший СССР). В 1999 году гидроэлектростанциями в США было произведено 389 млрд. киловатт\часов электроэнергии. Предполагается, что к 2020 году этот показатель снизится до 298 киловатт\часов. Это вызвано тем, что старые гидроэлектростанции вырабатывают свой ресурс, наиболее пригодные для строительства гидроэлектростанций места в стране уже используются, а новые крупные ГЭС сложно строить, поскольку против этого выступают экологи и общественность.
Ныне приблизительно 20% всей мировой электроэнергии генерируется
гидроэлектростанциями. Некоторые страны практически полностью обеспечивают свои потребности в электричестве за счет гидроэнергетики: Швейцария — на 70%, Новая Зеландия — на 75%, Норвегия — на 99%. 97% всей мировой «чистой» электроэнергии производится гидроэлектростанциями. В США на долю гидроэнергетики приходится меньшая доля в совокупном объеме электроэнергии получаемой из возобновляемых источников — около 81%.
Человечество тысячелетия использовало энергию воды для строительства мельниц и обеспечения энергией мануфактур. В 1879 году в США была построена первая гидроэлектростанция, использующая энергия падающей воды Ниагарского водопада. На протяжении последних 100 лет США являлись мировым лидером по строительству дамб гидроэлектростанций. По оценке Министерства Внутренних Дел\Department of Interior со дня подписания Декларации о Независимости (1776 год) в США в среднем ежедневно строилось по одной дамбе. Сегодня в США насчитывается 75 тыс. дамб, из них менее 3% используется для производства 10-12% электроэнергии, потребляемой страной. США являются вторым после Канады производителем гидроэлектроэнергии. Дамбы, не используемые в энергетике служат целям ирригации земель и контроля за наводнениями. Многие эксперты считают, что эти дамбы возможно использовать и для получения электроэнергии.
В США процесс строительства и лицензирования гидроэлектростанции исключительно длительное, дорогостоящее и капризное дело. Зачастую полный проект создания гидроэлектростанции занимает 8-10 лет, причем большую часть времени занимает усложненная процедура лицензирования. Считается, что строительство плотин гидроэлектростанций оказывает негативный эффект на местные водные экосистемы.
Ныне на долю геотермальных электростанций приходится 1.6% «чистой» электроэнергии, производимой в США.
Повсеместно на планете на глубине 5-10 км под поверхностью земли протекают геотермальные воды, которые возможно использовать для получения энергии. Нагретые (иногда до температуры 6 тыс. градусов по шкале Цельсия) подземные воды выходят на поверхность земли в виде горячих источников или гейзеров, это тепло и может быть трансформировано в электрическую энергию или использоваться непосредственно для обогрева домов и теплиц. Энергия, полученная из геотермального источника сама по себе не может решить энергетическую проблему, но она позволит снизить зависимость от использования ископаемого топлива.
Первый опыт генерирования электричества из геотермальных источников имел место в
Италии в 1904 году. Впоследствии, аналогичные электростанции были построены в Новой Зеландии, в Японии, на Филиппинах и в США, Рейкьявик, столица Исландии, отапливается геотермальными водами. В 1999 году в США электростанции, работающие на геотермальной энергии, позволили сэкономить 60 млн. баррелей нефти. В том же году из геотермальных источников было произведено 2200 мегаватт электроэнергии, т.е. приблизительно столько же, сколько могли произвести 4 крупные атомные электростанции. Среди возобновляемых источников энергии геотермальная энергия занимает третье место после таких источников, как гидроэнергия и энергия, выработанная из биомассы.
К достоинствам этого метода получения энергии относится ее дешевизна и экологическая чистота. К недостаткам — невозможность строительства геотермальных станций в большинстве регионов планеты. Кроме того, есть пример того, когда построенная электростанция годами простаивала без дела, поскольку источник горячих вод неожиданно иссяк.
Сжигание биомассы обеспечивает 0.5% всей «чистой» электроэнергии, производимой в США.
Биомасса — возобновляемый источник энергии производимый из органических материалов: отходов древесины, сельского хозяйства и мусора. Эти материалы могут непосредственно сжигаться, например, для разогрева воды, или преобразовываться в газ для последующего сжигания.
При снижении затрат на производство и улучшении технологии выработки биомассы к
2020 году США могут получать из этого источника в 4.5 раза больше энергии, чем сейчас. Прогнозируется, что к 2020 году использование биомассы для получения энергии возрастет более, чем использование других видов энергии, получаемых из возобновляемых источников. Ожидается, что рост составит 80%, из биомассы будет добываться 65.7 млрд. киловатт\часов.
К достоинствам этого способа получения энергии относится его дешевизна. Кроме того, сжигание мусора позволяет беречь окружающую среду. Однако процесс сжигания негативно влияет на состояние атмосферы (хотя Киотский Протокол одобряет использование такого рода электростанций). Кроме того, обеспечение топливом подобных электростанций является достаточно трудной задачей. По данным World Energy Council, в мире произведено крайне мало научных исследований об эффективности использования биомассы в энергетике.
Океаны занимают большую часть поверхности Земли — следовательно строительство электростанций, использующих в качестве «топлива» энергию приливов потенциально является весьма перспективной задачей. Первые приливные электростанции были построены в начале 1960-х годов во Франции и СССР. Наиболее крупные проекты такого рода были реализованы в Великобритании, Канаде и Австралии.
По оценкам экспертов экологической организации Greenpeace, ресурсы приливной энергии в мире таковы, что их использование позволит получить такое количество энергии, которое в 5 тыс. раз превышает современные потребности человечества в электричестве.
По данным World Energy Council, ныне невозможно говорить об экономических перспективах использования, потенциально, бесплатной, энергии морских волн. Причиной является отсутствие внушающей доверие информации о результатах эксплуатации немногих ныне действующих приливных электростанций. Кроме того, приливные станции наиболее выгодно строить на участках побережья, где наблюдаются наиболее высокие волны — это, в свою очередь, делает маловероятным, строительство в этом районе крупных предприятий, заинтересованных в дешевом электричестве. Washington ProFile www.humanities.edu.ru/db/msg/62788
Говоря просто 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 распоряжениее 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, вщающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно 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. ust-razvitie.narod.ru/Energy_5.htm
Сущность геотермальной энергии
Геотермальная энергия ( или тепло Земли)это -тепловая энергия, хранящаяся в зонах вод высокого давления, паровых или горячих водных системах, горячих горных породах ниже поверхности Земли. Используемая термальная энергия частично представляет собой постоянный тепловой поток от ядра земли до мантии, которая в итоге выделяет эту энергию на поверхность земли в атмосферу. Другая часть получается в результате естественных радиоактивных процессов распада, которые протекают в мантии земли, выделяя энергию.
Использование геотермальной энергии можно подразделить по признаку приповерхностной и глубинной геотермальной энергии. В то время как использование приповерхностной геотермальной энергии способно обеспечить теплом отдельные постройки (комплекс построек) с помощью земных коллекторов в комбинации с тепловыми насосами ( пр. глубина 15-150 м.), глубинная геотермальная энергия открывает возможности использования более масштабных проектов энергоснабжения, включая производство электроэнергии.
Особенность глубинной геотермальной энергии заключается в том, что использование водоносных слоёв происходит на огромной глубине (2000-5000 м.). В связи с этим необходимы по меньшей мере две буровых скважины(производственная и реинъекционная скважины), так как полученная термальная вода должна быть обратно закачана в тот же пласт после ее охлаждения.
Где гидротермальная энергия в Германии является возможной?
На следующей карте обозначены регионы где, согласно оценкам геологов, глубинные гидротермальные проекты были внедрены или имеется геологический потенциал для эксплуатации.
Геологический регион Моласского Бассейна Южной Германии заслуживает особого внимания в связи с успешной реализацией многочисленных проектов при пониженном геологическом риске ( нахождение необходимого количества термальной воды) в этом регионе.
Геологический слой «Мальмкарст» идет на спад по направлению от севера к югу, что в свою очередь оказывает влияние на глубину бурения как производственной и реинъекционной скважин, так и на показатели температуры воды.
На следующем рисунке изображено направление и указанна глубина существующих буровых скважин.
Северно-южный разрез Альпийского нагорья
www.geothermieprojekte.de/suschnost-geotermalnoi-energii
14
О.А.Поваров, В.А. Васильев, Ю.П. Томков, Г.В.Томаров
Россия располагает огромными запасами геотермального тепла. В северных районах Дальнего Востока, и особенно на Камчатке и Курильских островах, достаточно подземного тепла для того, чтобы полностью обеспечить теплом и электроэнергией большие районы.
С переходом России к рыночной и открытой экономике начался рост цен на привозное топливо) которые в настоящий момент уже превысили мировой уровень. На Камчатке и Курильских островах, энергетика которых полностью базируется на привозном топливе, цена электроэнергии весьма велика (5-30 цент./кВт * ч). Это означает, что промышленность и другие отрасли этих регионов не смогут успешно развиваться без широкого использования местных энергетических ресурсов и, в первую очередь, тепла земли.
Вся Камчатская область и Курильские острова, районы Чукотки, Магаданской области, части Дальнего Востока должны широко внедрять бинарные и комбинированные геотермальные электрические и тепловые станции, которые позволяют получать электроэнергию из горячей воды.
В 1965 г. советские ученые С.С. Кутателадзе и А.М.Розенфельд получили патент на получение электроэнергии из горячей воды с температурой более 80 °С [1]. Уже в 1967 г. на Камчатке была построена и пущена в опытно-промышленную эксплуатацию первая в мире ГеоЭС с бинарным циклом — Паратунская ГеоЭС мощностью 600 кВт [2]. В ходе ее испытаний была доказана техническая возможность получения электроэнергии при использовании столь низкотемпературного источника тепла в традиционном цикле Ренкина на низкокипящем рабочем теле за счет тепла воды с температурой более 70 °С (рис. 1 ). Однако в СССР сооружение таких станций не получило должного развития из-за низкой стоимости органического топлива в стране. Сегодня бинарные ГеоЭС в России могут быть экономически эффективными при температуре термальной воды 70-200 °С. К настоящему времени бинарные ГеоЭС работают во многих странах, их суммарная мощность превышает 500 МВт. В настоящее время за рубежом несколько компаний (в первую очередь израильская фирма «Ормат») наладили серийное производство бинарных энергоустановок на органических рабочих телах (изобутан, изо-пентан) единичной мощностью 1,5-4 МВт.
Применение бинарных ГеоЭС позволяет быстро и надежно обеспечивать электроэнергией поселки и небольшие города, находящиеся вдали от центральных районов, особенно в северных районах страны.
Сегодня в России открываются большие перспективы использования бинарных ГеоЭС блочного типа мощностью от 100 кВт до 12 МВт для районов, где имеется горячая геотермальная вода.
В нашей стране в 1991 г. уже была разработана модульная транспортабельная бинарная энергоустановка мощностью 0,6-1,7 МВт на фреоне для использования термальных вод с температурой 80- 180 °С (ЭНИН, Кировский завод). В зависимости от температуры греющей воды удельная стоимость установленного киловатта составляет 400-1000 долл., стоимость электроэнергии 2-4 цент./кВт. Энергомодуль может быть поставлен в течение 18 месяцев после получения заказа.
Сегодня АО «Наука» по заказу АО «Геотерм» при поддержке Миннауки РФ и с участием МЭИ, ЭНИН и ИВТАН, активно разрабатывает ГеоЭС с бинарным и комбинированным циклами.
В тех случаях, когда на поверхность земли поступает геотермальный двухфазный (парвода) теплоноситель при температуре более 120 °С для Северных районов России, весьма желательным представляется применение ГеоЭС с комбинированным циклом (см. рис. 1 ).
Такие ГеоЭС имеют два типа турбин: работающая на геотермальном паре при начальном давлении 0,4-0,8 МПа; работающая па органическом низкокипящем рабочем теле.
Кроме дополнительной выработки электроэнергии, обеспечивается надежная зимняя эксплуатация, поскольку температура воды в цикле не опускается ниже 70-80 °С, а низкокипящие рабочие тела не замерзают вплоть до температуры -70 °С.
Климатические условия на Мутновском геотермальном месторождении уникальны в связи с его расположением в северном районе, на значительной высоте над уровнем моря. Среднегодовая температура воздуха -1,5 °С, в течение восьми месяцев (с октября по май) средняя температура ниже -5 °С. Это позволяет понизить температуру конденсации в энергетическом цикле до 10-20 °С, что дает большой прирост (на 20-40%) в выработке электроэнергии по сравнению с ГеоЭС, которые расположены в районах жаркого или умеренного климата.
Другим преимуществом низкой температуры конденсации является сравнительно небольшая потеря мощности станции при снижении со временем давления на устье эксплуатационных скважин. Реализация бинарного цикла при использовании только турбин на геотермальном паре неудобна из-за больших объемных расходов пара и больших высот лопаток на последних ступенях турбины, а также из-за значительных затрат энергии на удаление газов из конденсатора при давлениях насыщения воды, соответствующих 10-20 °С. Применение энергоустановок комбинированного цикла устраняет эти трудности. Станция комбинированного цикла состоит из энергоустановки с прямым использованием геотермального пара (верхняя часть цикла) и бинарной энергоустановки на низкокипящем рабочем теле (нижняя часть) (см. рис. 1 ). В свою очередь, бинарная энергоустановка может состоять из 1-3 параллельных турбогенераторных модулей.
Рабочие тела бинарной энергоустановки должны иметь низкую температуру замерзания для обеспечения нормальной зимней эксплуатации и предотвращения замерзания при аварийных остановах.
Геотермальная пароводяная смесь проходит через две ступени сепарации, отсепарированный пар подается на паровую турбину. За турбиной влажный пар конденсируется и конденсат дополнительно охлаждается в трубках конденсатораиспарителя. Давление на выхлопе паровой турбины может быть в интервале 0,11-0,03 МПа, т. е. используется турбина с противодавлением.
Подогрев и испарение низкокипящего рабочего тела происходит в межтрубном пространстве конденсатора-испарителя, давление испарения не должно превышать 3,0 МПа. Насыщенный пар рабочего тела поступает в межтрубное пространство пароперегревателя, где температура пара повышается за счет охлаждения отсепарированной геотермальной воды. Перегретый пар расширяется в турбине и в зависимости от термодинамических свойств рабочего тела покидает ее во влажном или перегретом состоянии. Если температура на выхлопе турбины существенно превышает температуру конденсации, перегретый пар охлаждается в рекуператоре и затем конденсируется в воздушном конденсаторе. После сжатия в питательном насосе конденсат нагревается в рекуператоре и направляется в испаритель.
С целью разработки и испытания оборудования ГеоЭС комбинированного цикла для условий Мутновского месторождения (низкие температуры, глубокий — до 12 м — снежный покров, частый сильный ветер, сейсмичность 9 баллов) АО «Геотерм» работает над созданием энергоблока с комбинированным циклом на Верхне-Мут-новской ГеоЭС, которая пускается в эксплуатацию [3].
В основу создания были положены новые принципы строительства электрических станций:
1. Применена блочная, при полной заводской готовности система подготовки пара, которая расположена в непосредственной близости к ГеоЭС.
2. ГеоЭС — модульного типа (рис. 2 ) при 100% заводской готовности основных блоков-модулей (турбогенераторы, электротехническое оборудование, главный щит управления и т. п).
3. Экологически чистая схема использования геотермального теплоносителя с воздушными конденсаторами (ВК). Эта схема позволяет исключить прямой контакт рабочего тела с окружающей средой.
Двухфазный поток из трех продуктивных скважин направляется по трубопроводам в коллектор, а далее, после двухступенчатой системы разделения фаз (сепарации) пар поступает к трем энергоблокам мощностью по 4 МВт каждый.
Пар перед турбинами при давлении р0= 0,8 МПа и, соответственно, температуре около 170 °С практически полностью осушен (степень его влажности не превышает 0,05%) и поэтому достаточно чист. Качество пара перед турбинами находится на уровне обычных ТЭС средних параметров.
Для повышения эффективности использования энергии геотермального теплоносителя горячая вода (сепарат с t = 170 °С) после сепараторов направляется в расширитель, где испаряется при давлении около 0,4 МПа. Этот пар (около 10 т/ч) используется в эжекторах для отсоса неконденсирующихся газов и, в первую очередь, сероводорода (h3 S). Сероводород, удаленный из конденсатора, поступает в абсорбер, где растворяется в конденсате, который закачивается в скважину закачки без контакта с внешней средой.
Конденсат — достаточно чистая вода с малым содержанием примесей и солей, поэтому принята более низкая температура конденсата (t = 50 °С), позволяющая закачивать его, предотвращая образование отложений в трубах и скважинах закачки.
Как уже отмечалось, пароводяная смесь (ПВС) от продуктивных скважин поступает в установку подготовки пара, которая производит до 110 т/ч пара и около 200 т/ч горячего сепарата.
Все тепломеханическое и электротехническое оборудование ГеоЭС смонтировано на АО «КТЗ» в однотипных модулях (вагонах), изготовленных на Тверском вагоностроительном заводе.
Рядом с Верхне-Мутновской ГеоЭС уже выбрана площадка для строительства IV энергоблока с комбинированным циклом.
На этот энергоблок Верхне-Мутновской ГеоЭС будет подаваться избыточная пароводяная смесь из существующих скважин, не используемая на первых трех энергоблоках [3]. В верхней части цикла будет использована противодавленческая паровая турбина мощностью 3 МВт модульного типа. Такие турбины, широко изготавливаются на АО «Калужский турбинный завод». Разработку и изготовление опытно-промышленного образца бинарной энергоустановки номинальной мощностью 6 МВт также готовы выполнить российские заводы и институты и израильская компания «ORMAT».
Для обеспечения зимней эксплуатации ГеоЭС разработаны и запатентованы схема и компоновка оборудования комбинированного энергомодуля (рис. 3 ) [4]. Турбины, генераторы, теплообмен-ное оборудование монтируются в укрытом от снега помещении на эстакаде высотой 5 м. Панели воздушного конденсатора наклонены наружу, что исключает налипание снега и образование льда на поверхностях теплопередачи. Вытяжные вентиляторы и приводные электромоторы будут находиться в потоке уже нагретого воздуха. Электротехническое оборудование и устройства АСУ будут располагаться в обогреваемом контейнере.
Суммарная электрическая мощность комбинированного энергоблока составит 9 МВт, бинарная установка будет спроектирована, изготовлена и испытана на номинальную мощность 6,8 МВт, как пилотный образец серийных бинарных энергомодулей для будущих комбинированных энергоблоков второй очереди Мутнов-ской ГеоЭС и для широкого применения бинарных ГеоЭС мощностью 6 и 12 МВт.
В ходе разработки, изготовления и испытания комбинированного энергоблока необходимо решить целый ряд научно-технических вопросов, таких как выбор оптимального низкокипящего рабочего тела, определение минимальной температуры охлаждения сепарата, исключающей отложения кремнекислоты, оптимального способа удаления неконденсирующихся газов из конденсатора — испарителя с учетом необходимости соблюдения экологических требований по сероводороду и т.д. Работы по созданию комбинированного энергоблока Верхне-Мутновской ГеоЭС получили поддержку Миннауки РФ и РАО «ЕЭС России», они включены в государственную программу «Экологически чистая энергетика» и в отраслевую программу по энергосбережению.
Сбербанк РФ планирует выделить кредит АО «Геотерм» для создания и эксплуатации энергетического блока на Верхне-Мутновской ГеоЭС.
4.4 Комбинированные энергоблоки для второй очереди
Как известно, сейчас АО «Геотерм», наряду с пуском в эксплуатацию ВерхнеМутновской ГеоЭС (12 МВт), ведет строительство первой очереди Мутновской ГеоЭС электрической мощностью 50 (2x25) МВт. Летом 1999 г. будет пущена в эксплуатацию ЛЭП длиной 90 км (Мутновское геополе — г. Елизово) с двумя электрическими подстанциями. Это означает, что есть все условия для начала строительства второй очереди Мутновской ГеоЭС мощностью 50-60 МВт. Мутновское геотермальное поле хорошо изучено, здесь уже пробурено более 90 скважин и АО «Геотерм» уже определило место строительства второй очереди Мутновской ГеоЭС (недалеко от первой очереди) [6]. По предварительным данным, вторая очередь Мутновской ГеоЭС будет состоять из двух комбинированных энергоблоков с суммарным потреблением пара 320 т/ч и сепарата 640 т/ч [5].
АО «Геотерм» уже разработало технико-экономическое обоснование (ТЭО) строительства Мутновской ГеоЭС с комбинированным циклом электрической мощностью около 55 МВт. Это ТЭО одобрено Европейским Банком Реконструкции и Развития (ЕБРР) и признано международными экспертами [6].
Каждый энергоблок включает противодавленческую паровую турбину мощностью около 12 МВт и три бинарных энергомодуля мощностью по 6 МВт. Суммарная мощность комбинированного энергоблока будет, по меньшей мере, на 20% выше, чем у конденсационных блоков первой очереди, соответственно улучшатся и экономические показатели.
На ( рис. 4 ) показана компоновка второй очереди Мутновской ГеоЭС, обеспечивающая компактное размещение всего оборудования с учетом удобства эксплуатации в местных климатических условиях.
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
Тепловая схема второй очереди Мутновской ГеоЭС с
1. Скважина добыч пая 2. Шумоглушитель 3. Пруд-отстойник 4. Шумоглушитель станционный 5. Скважина закачки 6. Система консервации 7. Клапан аварийного уровня 8. Регулятор уровня сепарата в сепараторе I ступени 9. Регулятор расхода ПВС 10. Сепаратор I ступени 11. Поплавковый клапан | 12. Переключающее устройство 13. Клапан предохранительный 14. Насосы закачки 15. Вода на уплотнения t < 50 С 16. Промывочная вода 17. Сепаратор II ступени 18. Барботажное устройство 19 Бак напорный 20. Охладитель конденсата 21 Сброс пара в шумоглушитель 22. Клапан рециркуляции 23. Промывочные насосы | 24. Промывные турбины 25. Сброс пара в конденсатор-испаритель 26. Паровая турбина 27. Труба Вентури 28. Компрессоры-эксгаустеры НКГ 29. Устройство растворения НКГ 30. Аварийный сброс конденсата в шумоглушитель 4 31. Тоже в скважины закачки 32. Сброс НКГ я шумоглушитель 33. Снеготаяние | 34. Регулятор уровня 35. Конденсатные насосы 36. Подогреватель 37. Конденсатор-испаритель 38. Перегреватель 39. Турбина контура органического теплоносителя 40. Байпас турбины 39 41. Питательный насос 42 Рекуператор 43. Воздушно-конденсационная установка |
1. www.humanities.edu.ru/db/msg/62788
2. ust-razvitie.narod.ru/Energy_5.htm
3. www.geothermieprojekte.de/suschnost-geotermalnoi-energii
4. Кутателадзе С.С… Розенфельд Л.М./ Патент № 941517/24-6, февраль 1965 г.
5. Mockvitcheva, Popov A.E. Geothemial Power Plant on Paratunka//River, Geotermics,. Vol.2, P. 1561-1571.
6. Бритвин О.В., Поваров О Л., Клочков Е.Ф. и др. Верхне-Мутнов-ская геотермальная электрическая станция.// Теплоэнергетика. 1999. № 2. С. 2-8.
7. Бритвин О.В., Поваров О.А., Клочков Е.Ф. и др. Комбинированная электростанция с комбинированным циклом/ Свидетельство № 6205 от 18 ноября 1996 г., заявка № 96122157.
8. Povarov O.A. Geothemial Power Plant in Kamtshatka today// IGANEWS. Vol. 35. P. 68.
9. Мутновская независимая геотермальная станция/ Тендерная документация. 1998, 280 стр.
10. www.transgasindustry.com/ren_e_s/geotherm/1/geo1.shtml
24
www.ronl.ru
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Основы традиционной и возобновляемой электроэнергетики»
Тема: «Геотермальная энергия»
Выполнил:
Терешин А.В.
Тамбов 2013
Содержание
Введение 1. Природа геотермальной энергии 2. Основные достоинства и недостатки геотермальной энергии 3. Технологии геотермальной энергетики.
4. Способы получения геотермальной энергии 5. Пример ГеоТЭС
6. Мировой потенциал геотермальной энергии и перспективы его использования
Литература
Введение
Геотермальная энергия -- это энергия внутренних областей Земли.
По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 0С. Скорость остывания Земля примерно равна 300-350 0С в миллиард лет. Земля содержит 42 х 1012 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.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.В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.Геотермальные 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.
Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 0С 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.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.
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).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.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.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.
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.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.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.Такой процесс называют системой с бинарным циклом. Горячей водой можно непосредственно обогревать жилища, общественные здания и предприятия (централизованное теплоснабжение).1. Природа геотермальной энергии
Еще 150 лет тому назад на нашей планете использовались исключительно возобновляемые и экологически безопасные источники энергии: водные потоки рек и морских приливов — для вращения водяных колес, ветер — для приведения в действие мельниц и парусов, дрова, торф, отходы сельского хозяйства — для отопления.
Использование возобновляемых источников энергии. Энергия солнца, ветра, биомассы и падающей воды. Генерирование электричество из геотермальных источников. Сущность геотермальной энергии. Геотермальные электрические станции с комбинированным циклом.Однако с конца XIX века все более и более растущие темпы бурного промышленного развития вызвали необходимость сверхинтенсивного освоения и развития сначала топливной, а затем и атомной энергетики. Это привело к стремительному истощению углеродных ископаемых и к все более возрастающей опасности радиоактивного заражения и парникового эффекта земной атмосферы.Ниже земной коры находится слой горячего и расплавленного камня называемый магмой. Тепло возникает там, прежде всего, за счет распада природных радиоактивных элементов, таких как уран и калий. Энергетический потенциал тепла на глубине 10 000 метров в 50 000 раз больше энергии, чем все мировые запасы нефти и газа.
Поэтому на пороге нынешнего века пришлось вновь обратиться к безопасным и возобновляемым энергетическим источникам: ветровой, солнечной, геотермальной, приливной энергии, энергии биомасс растительного и животного мира и на их основе создавать и успешно эксплуатировать новые нетрадиционные энергоустановки.Энергия. Почему она так необходима? Зачем нужны новые источники энергии? Какие есть новые разработки в энергетике? Ветер. Солнце. Геотермальная энергия. Вода. Водород. Топливный элемент.
В то время, как достигнутые успехи в создании ветровых, солнечных и ряда других типов нетрадиционных энергоустановок широко освещаются в журнальных публикациях, геотермальным энергоустановкам и, в частности, геотермальным электростанциям не уделяется того внимания, которого они по праву заслуживают.
Мир ищет энергию. Альтернативные источники энергии. Ветровая энергия. Хранение ветровой энергии. Энергия рек. Геотермальная энергия. Гидротермальные системы. Горячие системы вулканического происхождения. Системы с высоким тепловым потоком.
А между тем перспективы использования энергии тепла Земли поистине безграничны, поскольку под поверхностью нашей планеты, являющейся, образно говоря, гигантским естественным энергетическим котлом, сосредоточены огромнейшие резервы тепла и энергии, основными источниками которых являются происходящие в земной коре и мантии радиоактивные превращения, вызываемые распадом радиоактивных изотопов.Изменение энергетической стратегии России, перспективы использования геотермальных источников в электрификации регионов, где они распространены. План рыночной электрификации и его техническое обеспечение. Способы получения геотермальной энергии.
Энергия этих источников столь велика, что она ежегодно на несколько сантиметров сдвигает литосферные пласты Земли, вызывает дрейф материков, землетрясения и извержения вулканов, из которых действующих, т. е. периодически извергавшихся за последние 500 лет, насчитывается 486. Кроме действующих, различают также потухшие или «уснувшие» вулканы, которые могут «проснуться» и начать извергаться в любой момент, как это, например, случилось в 79 году нашей эры с вулканом Везувий, который до этого пребывал в состоянии длительного покоя.В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.
Рис. 1
Таким образом, явные проявления колоссальной энергии тепла Земли наблюдаются в виде землетрясений и извержений вулканов, вызывающих огромные разрушения, в сотни и даже тысячи раз превосходящие разрушения от взрыва атомной бомбы.
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.Совсем другая картина наблюдается в случае, когда тот или иной вулкан не извергает лаву и пепел, а находятся в спокойном состоянии, как это наглядно демонстрируют приведенные на рис. 1 фотографии Мутновского вулкана, расположенного на юге Камчатки (Российская Федерация). На этих фотографиях показано: панорама внутри вулкана (а), в окрестности вулкана (б), в кратере вулкана (г).
К сожалению, человечество еще не научилось использовать энергию вулканов в мирных целях. А вот рассматриваемые далее скрытые, на первый взгляд незаметные, проявления энергии земных недр, уже давно эффективно используются людьми для получения тепловой, а в течение последних почти 100 лет также и электрической энергии.
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.Одним из таких скрытых проявлений этой энергии является рост температуры земной коры и мантии по мере приближения к ядру Земли. Эта температура с глубиной повышается в среднем на 20 °C на 1 км, достигая на уровне 2−3 км от поверхности Земли более 100, а на глубине 100 км даже 1300−1500 єС, что вызывает нагрев воды, циркулирующей на больших глубинах, до значительных температур.
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.
В вулканических регионах нашей планеты эта вода поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, а в сейсмически спокойных регионах ее можно выводить на поверхность по пробуренным скважинам. Для этого достаточно закачивать в эти скважины вниз холодную воду, получая при этом по рядом пробуренным скважинам поднимающуюся вверх перегретую геотермальную воду и образовавшийся из нее пар.Чем глубже скважина, тем выше температура, но в некоторых местах геотермальная температура поднимается быстрее. Такие места обычно находятся в зонах повышенной сейсмической активности, где сталкиваются или разрываются тектонические плиты. Именно поэтому наиболее перспективные геотермальные ресурсы находятся в зонах вулканической активности. Чем выше геотермический градиент, тем дешевле обходится добыча тепла, за счет уменьшения расходов на бурение и качание. В наиболее благоприятных случаях, градиент может быть настолько высок, что поверхностные воды нагреваются до нужной температуры. Примером таких случаев служат гейзеры и горячие источники.[1−8].2. Основные достоинства и недостатки геотермальной энергии
Современная востребованность геотермальной энергии как одного из видов возобновляемой энергии обусловлена: истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном импорта нефти и газа), а также с существенным отрицательным влиянием топливной и ядерной энергетики на среду обитания человека и на дикую природу.
Проблемы энергетики. Атомная энергетика. Нефть и уголь. Проблемы развития. Альтернативные источники энергии. Основные причины перехода к АИЭ. Энергия солнца. Ветер. Водород. Управляемый термоядерный синтез. Гидроэнергия. Геотермальная.Все же, применяя геотермальную энергию, следует в полной мере учитывать ее достоинства и недостатки.Главным достоинством геотермальной энергии является возможность ее использования в виде геотермальной воды или смеси воды и пара (в зависимости от их температуры) для нужд горячего водо- и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей, ее практическая неиссякаемость, полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.
Резервуары с паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных ресурсов. Земная магма и сухая твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными производителями геотермальной электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.
Тем самым использование геотермальной энергии (наряду с использованием других экологически чистых возобновляемых источников энергии) может внести существенный вклад в решение следующих неотложных проблем:Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения в тех зонах нашей планеты, где централизованное энергоснабжение отсутствует или обходится слишком дорого (например, в России на Камчатке, в районах Крайнего Севера и т. п.).
Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений и т. п.
Снижение вредных выбросов от энергоустановок в отдельных регионах со сложной экологической обстановкой.
При этом в вулканических регионах планеты высокотемпературное тепло, нагревающее геотермальную воду до значений температур, превышающих 140−150 °С, экономически наиболее выгодно использовать для выработки электроэнергии. Подземные геотермальные воды со значениями температур, не превышающими 100 °C, как правило, экономически выгодно использовать для нужд теплоснабжения, горячего водоснабжения и для других целей в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 1.
Таблица 1
Значение температуры геотермальной воды, °С | Область применения геотермальной воды | |
Более 140 | Выработка электроэнергии | |
Менее 100 | Системы отопления зданий и сооружений | |
Около 60 | Системы горячего водоснабжения | |
Менее 60 | Системы геотермального теплоснабжения теплиц, геотермальные холодильные установки и т. п. | |
Обратим внимание на то, что эти рекомендации по мере развития и совершенствования геотермальных технологий пересматриваются в сторону использования для производства электроэнергии геотермальных вод с все более низкими температурами. Так, разработанные в настоящее время комбинированные схемы использования геотермальных источников позволяют использовать для производства электроэнергии теплоносители с начальными температурами 70−80 °С, что значительно ниже рекомендуемых в табл. 1 температур (150 °С и выше). В частности, в Санкт-Петербургском политехническом институте созданы гидропаровые турбины, использование которых на ГеоТЭС позволяет увеличивать полезную мощность двухконтурных систем (второй контур — водный пар) в диапазоне температур 20−200 °С в среднем на 22%.
Значительно повышается эффективность применения термальных вод при их комплексном использовании. При этом в разных технологических процессах можно достичь наиболее полной реализации теплового потенциала воды, в том числе и остаточного, а также получить содержащиеся в термальной воде ценные компоненты (йод, бром, литий, цезий, кухонная соль, глауберова соль, борная кислота и многие другие) для их промышленного использования.
Основной недостаток геотермальной энергии — необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. Другой недостаток этой энергии заключается в высокой минерализации термальных вод большинства месторождений и наличии в воде токсичных соединений и металлов, что в большинстве случаев исключает возможность сброса этих вод в расположенные на поверхности природные водные системы. Отмеченные выше недостатки геотермальной энергии приводят к тому, что для практического использования теплоты геотермальных вод необходимы значительные капитальные затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной геотермальной воды, а также на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования.
Однако в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются. К тому же следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 80єС, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии. В связи с эти ожидается, что в странах со значительным геотермальным потенциалом и первую очередь в США мощность ГеоТЭС в самое ближайшее время удвоится. [3, 6, 7].
3. Технологии геотермальной энергетики
Геотермальная энергетика — получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин. Экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага). В широких масштабах используется в США, Мексике и на Филиппинах. Доля в энергетике Филиппин -19%, Мексики — 4%, США (с учетом использования «напрямую» для отопления) — около 1%. Суммарная энергия всех ГеоТЭС США превышает 2 ГВт. Развитие геотермальной энергетики по технологии использования глубинных геотермальных вод сдерживается ограниченностью числа районов, где она экономически эффективна. Кроме того, экологическую опасность представляют сильно засоленные воды, которые получаются после конденсирования горячего пара.
В отличие от глубинных термальных вод, используемых по технологии геотермальных циркуляционных систем, приповерхностные геотермальные ресурсы рассредоточены практически повсеместно (малоэффективны по ресурсам лишь районы с вечномерзлыми грунтами), в том числе по регионам, не имеющим местных источников ископаемого топлива. Извлечение геотермальной энергии приповерхностного грунта с помощью мелких скважин (из-за небольшой глубины залегания) не требует значительных капиталовложений, обеспечивая, тем не менее, путем нетрадиционного недропользования, широчайший спектр объектов с малым и средним теплопотреблением.
Другим, возможно, перспективным направлением геотермальной энергетики является извлечение энергии, заключенной в твердых горячих породах на глубине 4−6 км (составляет 99% от общих ресурсов подземной тепловой энергии). На этой глубине массивы с температурой 300−400 °С можно встретить лишь вблизи промежуточных очагов некоторых вулканов, но горячие породы с температурой 100−150 °С распространены на этих глубинах почти повсеместно. Для эффективной работы циркуляционных систем необходимо иметь в зоне отбора тепла достаточно развитую теплообменную поверхность. Такой поверхностью обладает нередко встречающиеся на указанных выше глубинах пористые пласты и зоны естественной трещиностойкости, проницаемость которых позволяет организовать принудительную фильтрацию теплоносителя с эффективным извлечением энергии горных пород, а также искусственного создания обширной теплообменной поверхности в слабопроницаемых пористых массивах методом гидроразрыва. Недостаток технологии — высокая стоимость сооружения скважин. Вопросы развития геотермальной энергетики широко освещаются в литературе, СМИ, на конференциях, конгрессах и т. д.
Прогноз эффективности:
обеспечение тепло- и электроснабжения как целых регионов, так и отдельных потребителей;
отсутствуют выбросы вредных веществ; повышение энергобезопасности страны.
Технологические ограничения:
— месторождения глубинных термальных вод расположенных по территории России неравномерно;
— запасы большинства геотермальных месторождений имеют низкие и средние температуры, что не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями;
— высокая минерализация геотермальных вод, а, следовательно, снижение срока службы скважин и оборудования;
— для использования приповерхностных геотермальных ресурсов характерно фактическое отсутствие методического и нормативного обеспечения проектирования и строительства этих систем в почвенно-климатических условиях России, а также характерны повышенные единовременные капитальные вложения при сравнительно низких эксплуатационных издержках;
— для технологии с использованием глубинного тепла земли — высокая стоимость строительства скважин (от 70 до 90% основных производственных фондов).
Влияние на другие процессы:
— снижение потребления углеводородного ископаемого топлива;
— снижение общих выбросов парниковых газов и других вредных выбросов в окружающую среду;
— повышение энергетической безопасности страны.
Предполагаемые способы внедрения:
— коммерческое финансирование.
Дополнительно необходимо определить соответствующие государственные приоритеты и объективные стимулы для развития данных технологий.
4. Способы получения геотермальной энергии
Существует мнение, что использование низкотемпературной геотермальной энергии малых глубин можно рассматривать как революцию в системе теплообеспечения, основанную на неисчерпаемости ресурса, повсеместности его распространения, близости к потребителю, возможной локальности полного обеспечения теплотой и электроэнергией, на интеллектуальной автоматизации и интернетизации, на безопасности и практической безлюдности добычи геотермальной энергии, экономической конкурентоспособности, возможности строительства маломощных установок и их экологической частоте. Специфика (низкий температурный потенциал теплоносителя на выходе из установки, нетранспортабельность, трудности складирования, рассредоточенность сооружений, а у нас и отсутствие массового выпуска оборудования) не помешали США ежегодно вводить не менее 50−80 тыс. новых систем, планируя довести их ежегодное производство до 400 тыс. Успешно внедряется в Швеции, Швейцарии, Канаде, Австрии, Германии низкотемпературная геотермальная энергетика. В мире в 2002 г. действовало около 450 тыс. таких систем общей мощностью 2,9 ГВт (тепл.) при средней 10 кВт.
Нельзя не обратить внимание на необходимость использования родниковых вод на месте затопленных после вывода из эксплуатации угольных шахт. Это наблюдается, например, в Кузбассе, где выведено из эксплуатации около 20 шахт и где затопление близлежащих посёлков и невозможность обуздать выход вод на поверхность засыпкой грунта порождает социальные и экологические проблемы. К этому же классу геотермальных вод относят воды глубинного водопонижения на площадках крупных металлургических, химических и других заводов; вод при открытой разработке рудных и нерудных ископаемых (впрочем, для металлургии эта постановка — новая). Глубинное водопонижение приобретает всё большее значение из-за подъёма уровня грунтовых вод и объёмов откачиваемой воды с глубины до 20 м, а в отдельных случаях — ближайшего водного горизонта. При нормальной эксплуатации угольных шахт и подземных рудников работают системы водоотлива такие, что в ряде случаев приходится устанавливать три группы высоковольтных насосов, а вода сбрасывается в естественные водоёмы. Теплота особенно заметна зимой, проявляясь в виде тумана.
Имеющиеся разработки утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод показывают, что можно покрыть потребности горячего водоснабжения, полностью отключая в летнее время котельные (2001 г., шахта «Осинниковская», Кузнецкуголь). Оказалось, что себестоимость 1 Гкал тепловой энергии в 2.5 раза ниже по сравнению с котельной шахты. Существовал проект утилизации низкопотенциального тепла воды шахты «Зенковская» Прокопьевскуголь мощностью 2,4 МВт, покрывающей круглогодичную нагрузку системы горячего водоснабжения и базовую нагрузку отопления. Что касается экономической стороны использования геотермальной энергии, то можно говорить о стоимости электроэнергии для геотермальных электростанций на 2005 г. на уровне 4−8 цент/кВтч при удельных капитальных вложениях не свыше 2000 долл. /кВт. Если соотнести эти величины с дизель электростанциями на жидком топливе, малыми и микроГЭС, ветроэлектростанциями, ветродизель электростанциями, то можно вполне говорить о конкурентоспособности геотермальной энергетики.
Что касается фотоэлектрических станций, то сейчас они дороже, хотя, безусловно это наиболее развивающаяся область, имеющая в будущем приоритетные перспективы. Безруких П. П. утверждает [5, 6], что усреднённые максимальное и минимальное значения стоимости электроэнергии от электростанций на возобновляемых источниках энергии и различных видах топлива, определённые в 1997 г., находятся в тех же пределах и в 2003 г.
Таким образом, теоретические разработки и практическая база выпуска оборудования, строительства и эксплуатации геотермальных установок дают возможности ввести этот вид получения тепла и электричества в общий энергетический баланс по городу, региону, стране. Однако, переходя к региону и отдельным территориям, необходимо так выстраивать гиперболическое Н-распределение, чтобы выдерживалась ценологическая гармоничность всего ряда генерирующих мощностей «крупное-среднее-мелкое» [2, 7]. Проверка должна выделять аномальные области по следующим параметрам: генерирующий ряд, протяжённость сетей по классам напряжения, генерирующий ряд при аварийных и чрезвычайных ситуациях. Учитывая, что возобновляемые источники по величине мощности и годовой (суточной) выработке тепла и электроэнергии могут попадать в один кластер, разделение их следует производить, опираясь на многомерный ценологический анализ с привлечением, естественно, экономических критериев.
Осуществление Государственного плана рыночной электрификации России невозможно без решения вопросов, касающихся возобновляемой энергетики, и прежде всего с точки зрения обеспечения безопасности страны. Без использования возобновляемых источников нельзя удовлетворительно решить энергоснабжение районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий; районов, не связанных сетями общего пользования; повысить до цивилизованного уровня надёжность и качество электроснабжения регионов, дефицитных по электрической энергии и органическим ресурсам; улучшить экологическую обстановку по стране (в том числе обеспечить решение проблем, связанных с Киотским протоколом, прежде всего в части эмиссии парниковых газов), обеспечения аварийного энергоснабжения, специальных объектов, а также объектов сферы образования, культуры, услуг.
С точки зрения потребителя, ориентирующегося на собственные возобновляемые источники, необходимо законодательно решить ряд проблем: 1) выдачу технических условий на технологическое присоединение к сетям электроэнергетики; 2) заявительное, а не разрешительное присоединение на параллельную работу мощностей до 10−100 кВт; 3) обязательный приём энергосистемой излишков вырабатываемой электрической мощности и её оплаты.
Наконец, главное. Во всех странах мира развитие возобновляемых источников осуществляется при поддержке государства. Это объясняется стартовой величиной затрат на оборудование. Речь, таким образом, идёт о лизинге, обеспечивающем получение электроэнергии (тепла) без затраты органического топлива. Нельзя не иметь в виду, что эксплуатационные затраты начинает нести собственник ГеоТЭС.
Развитие использования возобновляемых источников невозможно без разработки и принятия Федерального закона «О возобновляемых источниках энергии», включая подзаконные акты (в том числе и по геотермальным источникам). Назрела необходимость и в определении федерального органа исполнительной власти, отвечающего за развитие использования вторичных и возобновляемых источников энергии в субъектах Российской Федерации.
5. Пример ГеоТЭС
геотермальный энергия вода пар
Еще более впечатляет появившаяся несколько лет тому назад новая, разработанная австралийской компанией Geodynamics Ltd., поистине революционная технология строительства ГеоТЭС — так называемая технология Hot-Dry-Rock, существенно повышающая эффективность преобразования энергии геотермальных вод в электроэнергию. Суть этой технологии заключается в следующем.
До самого последнего времени в термоэнергетике незыблемым считался главный принцип работы всех геотермальных станций, заключающийся в использовании естественного выхода пара из подземных резервуаров и источников. Австралийцы отступили от этого принципа и решили сами создать подходящий «гейзер». Для создания такого гейзера австралийские геофизики отыскали в пустыне на юго-востоке Австралии точку, где тектоника и изолированность скальных пород создают аномалию, которая круглогодично поддерживает в округе очень высокую температуру. По оценкам австралийских геологов, залегающие на глубине 4,5 км гранитные породы разогреваются до 270 °C, и поэтому, если на такую глубину через скважину закачать под большим давлением воду, то она, повсеместно проникая в трещины горячего гранита, будет их расширять, одновременно нагреваясь, а затем по другой пробуренной скважине будет подниматься на поверхность. После этого нагретую воду можно будет без особого труда собирать в теплообменнике, а полученную от нее энергию использовать для испарения другой жидкости с более низкой температурой кипения, пар которой, в свою очередь, и приведет в действие паровые турбины. Вода, отдавшая геотермальное тепло, вновь будет направлена через скважину на глубину, и цикл таким образом повторится. Принципиальная схема получения электроэнергии по технологии, предложенной австралийской компанией Geodynamics Ltd., приведена на рис. 2.
Рис. 2
Безусловно, реализовать эту технологию можно не в любом месте, а только там, где залегающий на глубине гранит нагревается до температуры не менее 250−270 °С. При применении такой технологии ключевую роль играет температура, понижение которой на 50 °C по оценкам ученых вдвое повысит стоимость электроэнергии.
Для подтверждения прогнозов специалисты компании Geodynamics Ltd. уже пробурили две скважины глубиной по 4,5 км каждая и получили доказательство того, что на этой глубине температура достигает искомых 270−300 °С. В настоящее время проводятся работы по оценке общих запасов геотермальной энергии в этой аномальной точке юга Австралии. По предварительным расчетам в этой аномальной точке можно получать электроэнергию мощностью более 1 ГВт, причем стоимость этой энергии будет вдвое дешевле стоимости ветровой энергии и в 8−10 раз дешевле солнечной. [5]
6. Мировой потенциал геотермальной энергии и перспективы его использования
Группа эксперт из Всемирной ассоциации по вопросам геотермальной энергии, которая произвела оценку запасов низко- и высокотемпературной геотермальной энергии для каждого континента, получила следующие данные по потенциалу различных типов геотермальных источников нашей планеты (табл. 2).
Таблица 2
Наименование континента | Тип геотермального источника: | |||
высокотемпературный, используемый для производства электроэнергии, ТДж/год | низкотемпературный, используемый в виде теплоты, ТДж/год (нижняя граница) | |||
традиционные технологии | традиционные и бинарные технологии | |||
Европа | 1830 | 3700 | > 370 | |
Азия | 2970 | 5900 | > 320 | |
Африка | 1220 | 2400 | > 240 | |
Северная Америка | 1330 | 2700 | > 120 | |
Латинская Америка | 2800 | 5600 | > 240 | |
Океания | 1050 | 2100 | > 110 | |
Мировой потенциал | 11 200 | 22 400 | > 1400 | |
Как видно из табл. 2, потенциал геотермальных источников энергии просто таки колоссален. Однако используется он крайне незначительно: установленная мощность ГеоТЭС во всем мире на начало 1990-х годов составляла всего лишь около 5000, а на начало 2000-х годов — около 6000 МВт, существенно уступая по этому показателю большинству электростанций, работающих на других возобновляемых источниках энергии. Да и выработка электроэнергии на ГеоТЭС в этот период времени была незначительной. Однако в настоящее время геотермальная электроэнергетика развивается ускоренными темпами, не в последнюю очередь из-за галопирующего увеличения стоимости нефти и газа. Этому развитию во многом способствуют принятые во многих странах мира правительственные программы, поддерживающие это направление развития геотермальной энергетики.
Отметим, что геотермальные ресурсы разведаны в 80 странах мира и в 58 из них активно используются. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, где геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии, имеет особую правительственную поддержку. В США в 2005 году на ГеоТЭС было выработано около 16 млрд. кВт·ч электроэнергии в таких основных промышленных зонах, как зона Больших гейзеров, расположенная в 100 км к северу от Сан-Франциско (1360 МВт установленной мощности), северная часть Соленого моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности), Невада (235 МВт установленной мощности) и др.
Геотермальная электроэнергетика бурно развивается также в ряде других стран, в том числе:
— на Филиппинах, где на ГеоТЭС на начало 2003 года было установлено 1930 МВт электрической мощности, что позволило обеспечить около 27% потребностей страны в электроэнергии;
— в Италии, где в 2003 году действовали геотермальные энергоустановки общей мощностью в 790 МВт;
— в Исландии, где действуют пять теплофикационных ГеоТЭС общей электрической мощностью 420 МВт, вырабатывающие 26,5% всей электроэнергии в стране;
— в Кении, где в 2005 году действовали три ГеоТЭС общей электрической мощностью в 160 МВт и были разработаны планы по доведению этих мощностей до 576 МВт [3, 7].
Характеризуя развитие мировой геотермальной электроэнергетики как неотъемлемой составной части возобновляемой энергетики на более отдаленную перспективу, отметим следующее. Согласно прогнозным расчетам в 2030 году ожидается некоторое (до 12,5% по сравнению с 13,8% в 2000 году) снижение доли возобновляемых источников энергии в общемировом объеме производства энергии. При этом энергия солнца, ветра и геотермальных вод будет развиваться ускоренными темпами, ежегодно увеличиваясь в среднем на 4,1%, однако вследствие «низкого» старта их доля в структуре возобновляемых источников и в 2030 году будет оставаться наименьшей. [3]
Литература 1. Геотермическая электростанция. БСЭ, т. 6.
2. Выморков Б. М. Геотермальные электростанции. — М. -Л., 1966.
3. Конеченков А., Остапенко С. Энергия тепла Земли // Электропанорама. — 2003. — № 7−8.
4. Конеченков А. Е. Новые энергетические директивы ЕС // Электропанорама. — 2008. — № 6.
5. Австралийская компания будет добывать тепло из-под Земли.
6. Гетермальное энергоснабжение.
7. Гетермальная энергетика.
8. Поваров О. А., Васильев В. А., Томков Ю. П., Томаров Г. В. Геотермальные электрические станции с комбинированным циклом для северных районов России.
unit.photogdz.ru
