Геотермальна енергетика. Техніка вилучення геотермальних вод. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

Геотермальну енергію одержують від джерел тепла з високими температурами, вона має деякі особливості. Одна з них полягає в тому, що температура теплоносія суттєво нижча за температуру при спалюванні палива. Незважаючи на те, що сумарні запаси геотермальної енергії великі, її термодинамічна якість низька. Ці джерела мають багато спільного з промисловими викидами тепла та тепловою енергією океану. Нижче коротко розглянуто стратегію використання геотермальної енергії.

Поєднання можливостей та потреб

З геотермальними джерелами завжди пов'язують спроби вироблення електроенергії як найбільш цінного продукту, тоді як найкращий спосіб утилізації теплової енергії - використання комбінованого режиму (вироблення електроенергії та обігрів). Безумовно, електроенергія може бути подана в енергосистему та через неї передана споживачам поряд з електроенергією, що виробляється іншими джерелами. У той же час не зайве згадати, що потреба в теплі при температурі до 100 ° C зазвичай навіть вища, ніж в електроенергії. Таким чином, використання геотермальної енергії у вигляді тепла не менш важливе. Вироблення електроенергії, ймовірно, буде цікавим, якщо теплоносій має температуру понад 300°C, і не буде, якщо остання нижче 150°C.

Тепло не так легко передавати на відстань понад 30 км, тому його необхідно використовувати поблизу місця видобутку. У зонах холодного клімату обігрів житла та промислових будівель створює відчутну потребу у теплі, якщо щільність населення становить понад 300 осіб на 1 км2 (понад 100 садиб на 1 км2). Таким чином, теплова станція потужністю 100 МВт може обслуговувати житловий район площею приблизно 20х20 км. при витраті тепла близько 2 кВт на садибу. Подібна геотермальна система давно використовується в Ісландії та меншою мірою - у Новій Зеландії. Інші великі споживачі тепла - теплиці (до 60 МВт/км в одній установці для Північної Європи), ферми для розведення риб, установки для сушіння харчових продуктів та реалізації інших технологій.

Масштаб використання геотермальної енергії визначають деякі чинники. Домінантою вартості виявляються капітальні витрати на спорудження свердловин, вартість яких експоненційно збільшується зі зростанням їхньої глибини. Так як температура збільшується з глибиною, а вироблення енергії збільшується зі зростанням температури, здебільшого обмежуються оптимальною глибиною свердловини приблизно 5 км. Як наслідок, масштаб енергетичних установок зазвичай вибирають більше 100 МВт (електричних або теплових - для високих температур, тільки теплових - для низьких температур).

Загальну кількість тепла, що видобувається з геотермальної свердловини, можна збільшити за рахунок повторного закачування відпрацьованої та частково охолодженої води. Це зручний спосіб позбутися скидних вод, які можуть бути сильно мінералізованими (утримувати до 25 кг/м3 солей) та є небезпечними забруднювачами середовища. Однак це призводить до зростання вартості станцій.

Техніка вилучення тепла

Найбільш успішно реалізовані проекти мають свердловини, пробурені безпосередньо до природних підземних колекторів геотермальних районів (рис. 1). Цей метод використовується в Гейзерах (Каліфорнія) та в Уайракеї (Нова Зеландія), де у свердловинах існує значний тиск. Подібні методи використовуються для отримання енергії з водоносних шарів у високотермальних районах, де природного напору достатньо, щоб обійтися без насосних систем.

Останні розробки спрямовані на вилучення тепла із сухих гірських порід, оскільки вони можуть забезпечити більшу продуктивність, ніж водні джерела. Лідируюча група фахівців (Лос-Аламоськая наукова лабораторія, США) розробила методи дроблення скель гідророзривом за допомогою холодної води, що нагнітається під тиском у свердловину (рис. 1). Після попереднього дроблення порід вода нагнітається через свердловину живлення, фільтрується через скельні породи на глибині близько 5 км при температурі 250°C, тепла вода повертається на поверхню через приймальну свердловину. Дві такі свердловини можуть забезпечити енергією встановлення потужністю гігаватного порядку.

Рис.6.1. Схема розміщення гідротермальних станцій у гіпертермальному районі (геотермальне поле Гейзери, Каліфорнія): 1 – природний гейзер; 2 – енергетична станція; 3 – глибока свердловина (5 км); 4 - пароводяне джерело (~280°C); 5 – мантія; 6 - гарячі скельні породи

Системи генерації електроенергії та теплової енергії. Вибір теплообмінників та турбін для звичайних геотермальних джерел – комплексне завдання, що потребує спеціального досвіду. Декілька варіантів можливих схем ГеоТЕС наведено на рис. 6.2.

Якщо для отримання електроенергії використовуються джерела з низькою температурою, для приведення в дію турбін доводиться замість води застосовувати інші робочі рідини (наприклад, фреон, толуол). Нові види техніки потребують підвищення ефективності. Особливі труднощі можуть виникнути з теплообмінниками через високу концентрацію у воді із свердловин різних хімічних речовин. Капітальні витрати на будівництво ГеоТЕС в даний час варіюється від 1500 до 2500 дол. на кіловат встановленої електричної потужності, що виявляється порівнянним із такими для АЕС та ТЕС.

Головними споживачами геотермальних ресурсів на найближчу та віддалену перспективу, безсумнівно, будуть теплопостачання та значно меншою мірою вироблення електроенергії. Пріоритетність теплопостачання у балансі використання геотермальної електроенергії.

Рис.6.2. Приклади організації циклу виробництва електроенергії. Цикл з одним робочим тілом, наприклад, з водою чи фреоном (а); цикл із двома робочими тілами - водою та фреоном (б); прямий паровий цикл (і) та двоконтурний цикл (г); I – геотермальне джерело; II – турбінний цикл; III - охолодна вода

Геотермальна технологія видобутку теплової енергії надр - це сукупність способів, засобів та процесів вилучення, обробки та доставки теплоносія із заданою якістю та ринковим рівнем економічної ефективності його використання. Використання низькотемпературної геотермальної енергії малих глибин можна як деякий техніко-економічний феномен чи реальну революцію у системі теплозабезпечення. Менше, ніж за 10 років у США було розроблено багатоваріантну технологію та побудовано сотні тисяч діючих систем теплопостачання. Щорічно вводиться в дію щонайменше 50-80 тисяч нових систем. Успішно впроваджується ця технологія та інших країнах світу: Швеції, Швейцарії, Канаді, Австрії, Німеччини, Росії. У 2002 році у світі діяло близько 450 тисяч таких систем із загальною потужністю 2.9 ГВт (т), за середньої -10 кВт (т).

Приповерхневі (малоглибинні) геотермальні системи використовуються для обігріву та охолодження різних типів житлових будинків (від індивідуальних до багатоквартирних), бензозаправок, супермаркетів, церков, освітніх установ тощо.

Суть розглянутих технологій, представлених приповерхневими системами (гірничо-енергетичними установками) з теплообміном у свердловинах і каналах, полягає у створенні підземного теплообмінника, із замкнутим або відкритим контуром, що розташовується на малій глибині (50 - 300 м) та приєднаного до теплового насоса, встановленого всередині опалювального приміщення (рис. 6.3). При цьому на території Центральної Росії можуть використовуватися температури порід в інтервалі від 7 до 15°C.

Ці системи витягують як геотермальну енергію, накопичену в гірських породах чи воді, а й сонячну. Конкретна частка тієї чи іншої енергії, яку використовують установка, залежить від глибини розташування теплообмінника, кліматичних і гідрогеологічних умов району.

У Росії є позитивний досвід будівництва та експлуатації таких геотермальних установок. Зокрема в Ярославській області збудовано і другий рік працює система теплопостачання великої сільської школи, проектуються та будуються ще три установки подібного типу.

а)

б)
Рис.6.3. Приповерхнева (малоглибинна) геотермальна система з теплообміном: а - горизонтальні канали; б - у свердловинах

Оцінка геотермальних технологій, що застосовуються у світовій практиці, показує, що за їх допомогою може бути забезпечений широкий спектр споживачів теплової енергії: від міського мікрорайону до індивідуального будинку. На основі геотермальних циркуляційних систем (ГЦС), що складаються з дублету глибоких (до 1,5 - 2,5 км) свердловин, застосовуючи теплові насоси та піковий догрів, одержують високотемпературні режими опалення (90°C і вище) з тепловою потужністю до кількох десятків. МВт. Технологія ґрунтових теплових насосів на свердловинах 50 - 150 м відповідає середньотемпературним та низькотемпературним режимам, для комерційних (магазини, офіси та ін.) та муніципальних (школи, лікарні та ін.) додатків та об'єктів ЖКГ, при потужності до 0,1-0,4, XNUMX МВт.

На рис. 6.4 наведено схеми теплопостачання геотермальною водою.

Рис.6.4. Технології теплопостачання із вилученням геотермальної енергії (натисніть для збільшення): а) на базі ГЦС; б) з урахуванням глибинного теплообмінника; в) ґрунтові теплові насоси

Основним критерієм для оцінки енергозберігаючого, економічного та екологічного ефектів геотермальних установок з електричним тепловим насосом є коефіцієнт використання первинних енергоносіїв (КІПЕ), який визначається твором к.п.д. виробництва електроенергії (КПДе = 0,30 – 0,35) на середній, протягом терміну служби установки, коефіцієнт перетворення теплового насоса (КПТН). Діапазон КПТН, який може бути досягнутий з використанням геотермальних джерел, від ґрунту до пластових розсолів, при температурах від 5 - 7°C до 35 - 40°C, від 3 до 7 одиниць і вище. Таким чином, залежно від типу джерела, можуть бути отримані рівні КИПЕ від 1,1 до 2,5 одиниць, що в 1,2 - 7,0 разів вище за показники для традиційних котелень (рис. 6.5).

Ефективність геотермальної установки з електричним ТН настільки вища, порівняно з традиційною котельнею, наскільки більшим є відношення їх КИПЕ. Звідси економія споживаних енергоносіїв та зниження шкідливих викидів: 20 - 70%.

Зростання цін на привізне паливо та транспортні витрати сьогодні визначили прискорений розвиток геотермальної енергетики на Камчатці, Курильських островах та у північних районах Росії.

На рис. 6.5 наведено коефіцієнти використання первинних енергоносіїв у традиційних та геотермальних котельнях.

Рис.6.5. Коефіцієнт використання первинних енергоносіїв (КІПЕ) традиційними (т) та геотермальними (г) котельнями

Росія має багаторічний досвід дослідження геотермальних полів, проведення бурових робіт на них та експлуатації ГеоЕС. Паужетська ГеоЕС (південь Камчатки) вже понад 30 років забезпечує найдешевшою електроенергією селище Озерне, де зосереджено основне виробництво червоної ікри. Росія ще 1967 р. була першою країною у світі, що створила ГеоЕС з бінарним циклом на низькопотенційному теплі (гаряча вода - 95°C) на Паратунському геотермальному полі на Камчатці.

Автор: Магомедов А.М.

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Пластик із томатних шкірок 30.11.2021 Іспанські експерти анонсували переробку томатних шкірок у пластик з метою збереження екології. Екологічно чистий матеріал робитимуть із відходів, які залишаються при виробництві томатної пасти та кетчупу. Фахівці переконані: така натуральна упаковка зменшить шкоду атмосфері, яку завдають пластик і нафтопродукти. Крім того, він екологічний пластик скоротить відходи виробництва їжі. Томатна шкірка перетвориться на нешкідливу упаковку для продуктів. Біоматеріал вироблятиметься на основі жирних кислот. Винайдена матерія міцна, але швидко розкладається. Для повного зникнення їй знадобиться трохи більше місяця. Якщо порівняти, то звичайний пластик залишиться на поверхні планети ще у найближчі 450 років.

Інші цікаві новини:

▪ Роботи-комахи з двигунами на іонній тязі

▪ Ліки від похмілля

▪ Високогірні умови життя змінюють кров людини

▪ PENTAX припиняє виробництво компактних та дзеркальних аналогових камер

▪ Самозаліковується програмне забезпечення

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Охорона праці. Добірка статей

▪ стаття Симона Вейль. Знамениті афоризми

▪ стаття Як удосконалювався одяг? Детальна відповідь

▪ стаття Фонтан у кімнаті. Дитяча наукова лабораторія

▪ стаття Світлодіодний пристрій Сонечко. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Дресована рука. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024