На головну

електростанції

  1.  Атомні електростанції
  2.  хвильові електростанції
  3.  хвильові електростанції
  4.  гідравлічні електростанції
  5.  гідравлічні електростанції
  6.  гідротермальні електростанції
  7.  гідроелектростанції

Енергетика землі - геотермальна енергетика - базується на використанні природного теплоти Землі.

Верхня частина земної кори має термічний градієнт, рівний 20-30 ° С в розрахунку на 1 км глибини. Кількість теплоти, що міститься в земній корі до глибини 10 км (без урахування температури поверхні), так само приблизно 12,6.1026 Дж. Ці ресурси еквівалентні Тепломісткість 4,6 · 1016 тонн вугілля (приймаючи середню теплоту згоряння вугілля рівній 27,6.109 Дж / т), що більш ніж в 70 тис. Разів перевищує теплосодержание всіх технічно і економічно видобутих світових ресурсів вугілля. Однак геотермальна теплота у верхній частині земної кори дуже розсіяна, щоб на її базі вирішувати світові енергетичні проблеми. Ресурси, придатні для промислового використання, є окремі родовища геотермальної енергії, сконцентрованої на доступній для розробки глибині, мають певні обсяги і температуру, достатні для використання їх в цілях виробництва електричної енергії або теплоти. Ці запаси геотермальної енергії за оцінками вчених становлять близько 200 ГВт · год, причому вони розподілені нерівномірно, і основна їх частина зосереджена в районі Тихого океану.

З геологічної точки зору геотермальні енергоресурси можуть бути трьох типів:

1) гідротермальні конвективні системи;

2) гарячі сухі системи вулканічного походження;

3) системи з високим тепловим потоком.

К гідротермальних конвективних систем відносять підземні басейни пари або гарячої води, які виходять на поверхню землі, утворюючи гейзери, сірчисті і грязьові озера. Утворення таких систем пов'язане з наявністю джерела теплоти - гарячої або розплавленої скельної породою, розташованої відносно близько до поверхні землі. Гідротермальні конвективні системи зазвичай розміщуються по межах тектонічних плит земної кори, яким властива вулканічна активність.

В принципі для виробництва електроенергії на родовищах з гарячою водою застосовується метод, заснований на використанні пари, що утворився при випаровуванні гарячої рідини на поверхні. Цей метод використовує явище, що при наближенні гарячої води (що знаходиться під високим тиском) по свердловинах з басейну до поверхні тиск падає і близько 20% рідини закипає і перетворюється на пару. Ця пара відділяється за допомогою сепаратора від води і прямує в турбіну. Вода, що виходить з сепаратора, може бути піддана подальшій обробці в залежності від її мінерального складу. Цю воду можна закачувати назад в скельні породи відразу або, якщо це економічно виправдано, з попереднім витягом з неї мінералів.

Іншим методом виробництва електроенергії на базі високо-або среднетемпературних геотермальних вод є використання процесу із застосуванням двоконтурного (бінарного) циклу. У цьому процесі вода, отримана з басейну, використовується для нагріву теплоносія другого контуру (фреону або ізобутану), що має низьку температуру кипіння. Пара, що утворилася в результаті кипіння цієї рідини, використовується для приводу турбіни. Відпрацьована пара конденсується і знову пропускається через теплообмінник, створюючи тим самим замкнутий цикл.

Кгарячим системам вулканічного походження відносяться магма і непроникні гарячі сухі породи. Використання цих енергетичних ресурсів передбачає влаштування замкнутого контуру з циркулюючої по ньому рідиною, що проходить через гарячу породу. Спочатку пробуривают свердловину, що досягає області залягання гарячої породи; потім через неї в породу під великим тиском закачують холодну воду, що призводить до утворення в ній тріщин. Після цього через утворену таким чином зону тріщинуватої породи пробуривают другу свердловину. Нарешті, холодну воду з поверхні закачують в першу свердловину. Проходячи через гарячу породу, вона нагрівається, витягується через другу свердловину у вигляді пари або гарячої води, які потім можна використовувати для виробництва електроенергії одним з розглянутих раніше способів. Простіше кажучи, геотермальні електростанції такого типу працюють за такою схемою: вода закачується в глибоку свердловину, проникає в тріщини гарячого граніту, нагрівається і за іншою свердловині піднімається на поверхню землі. Після цього гаряча вода потрапляє в теплообмінник, і отримана від неї енергія витрачається для отримання гарячої води або пари для турбін.

Ксістемам з високим тепловим потоком відносять зони з високими значеннями теплового потоку, наявного в глибокозалягаючі осадочном басейні. У таких районах, як Паризький або Угорський басейни, температура води, що надходить із свердловин, може досягати 100 ° С.

Геотермальна енергія може бути використана головним чином для вироблення електроенергії і для обігріву будинків, установ і промислових підприємств. Для якої з цих цілей вона буде використовуватися, залежить від форми, в якій вона надходить в наше розпорядження.

Іноді вода виривається з-під землі у вигляді чистого «сухого пара», тобто пара без домішки водяних крапельок. Цей сухий пар може бути безпосередньо використаний для обертання турбіни і вироблення електроенергії.

В інших місцях, де є суміш води з парою (вологий пар), цей пар відокремлюють від води і потім використовують для обертання турбін.

Нарешті, в більшості родовищ є тільки гаряча вода, і електричну енергію тут можна виробляти, користуючись цією водою для перекладу изобутана в пароподібний стан, з тим, щоб цей ізобутановая «пар» обертав турбіни. Такий процес, як вже зазначалося, відносять до двоконтурного (бінарним) циклу. Гарячою водою, природно, можна також безпосередньо обігрівати оселі, громадські будівлі і підприємства (централізоване теплопостачання).

Промислове освоєння геотермальних ресурсів почалося після створення і пуску в Італії в 1916 році геотермальної електростанції (ГеоЕС) потужністю 7,5 МВт з трьома турбінами фірми «Франко Този» потужністю по 2,5 МВт кожна. Однак широке промислове будівництво ГеоЕС було розгорнуто тільки в 1960-х роках в США, Новій Зеландії, Японії, Ісландії та деяких інших країнах. До теперішнього часу ГеоЕС використовуються в 58 країнах.

Сумарна встановлена ??потужність діючих наприкінці 2000 року ГеоЕС всіх країн світу оцінюється в 7,5 млн. КВт. Найбільший прогрес в цій області досягнутий в США, на Філіппінах, в Мексиці, Італії, Японії, причому тільки на створення нових технологій за останні 20 років витрачено близько 2 млрд. Дол. США.

Використання низькотемпературної геотермальної енергії в світовій практиці показує, що більша її частина (73%) йде на обігрів приміщень, купалень, рибництва і теплиць. Значно зросла частка геотермального теплопостачання сільського господарства. Світове енерговиробництво для цієї мети складає 310 тис. Т умовного палива (7% від світового енергокористування в цій області).

Приповерхневі (малоглубінних) геотермальні системи використовуються для обігріву та охолодження різних типів житлових будинків (від дуже дешевих до розкішних індивідуальних або багатоквартирних), бензозаправок, супермаркетів, церков, освітніх установ тощо Суть розглянутих технологій полягає в створенні підземного теплообмінника, розташованого на малій глибині із замкнутим або відкритим контуром, приєднаного до теплового насосу, розташованих у межах опалювального приміщення. При цьому температура земних порід повинна становити 5-14 ° С.

Ці технології використання низькотемпературної геотермальної енергії малих глибин можна розглядати як певний техніко-економічний феномен або справжню революцію в системі теплозабезпечення. Менше ніж за 10 років в США була розроблена многовариантная технологія і побудовані сотні тисяч діючих систем теплопостачання. Щорічно вводиться в дію не менше 50-80 тисяч нових систем. Успішно впроваджується ця технологія в Швеції, Швейцарії, Канаді, Австрії, Німеччини, США. До кінця 2000 року в світі діяло близько 500 тис. Таких систем із середньою потужністю 10 кВт і загальною потужністю не менше 2,2 ГВт.

Капітальні витрати на будівництво такої установки можуть виявитися на 50-100% вище витрат на створення систем прямого обігріву електроенергією. Однак експлуатаційні витрати на вироблення теплової енергії на 60% нижче ніж від традиційних джерел обігріву на електриці. Термін окупності знижується в умовах різко континентального клімату, де системи взимку використовуються для опалення, а влітку - для охолодження будівель. У США вважають прийнятним досягнення окупності протягом 4-8 років.

За прогнозами Світової енергетичної комісії до 2020 року частка геотермальних теплових насосів (ГТН) в теплопостачанні складе 75%. ГТН дозволяють отримати на 1 кВт витраченої потужності 3-7 кВт теплової потужності або 15-25 кВт потужності по охолодженню на виході. Система виключно довговічна і прослужить від 25 до 50 років без особливої ??уваги до себе. У житлово-комунальному секторі за допомогою ГТН може здійснюватися автономне теплопостачання котеджів і окремих будівель. Як джерело низько потенційного тепла для ГТН найчастіше виступають водопровідна вода, грунт, морська і річкова вода, каналізаційні стоки і т.п. На промислових підприємствах теплові насоси застосовують для утилізації теплоти водооборотних систем, стоків з метою використання такого тепла для теплопостачання, опалення та гарячого водопостачання.

У формуванні енергетики Росії сектор теплопостачання займає найважливіше місце, який є найбільшим за обсягом споживаних енергоресурсів (більше 45% їх загального споживання), причому електростанціями відпускаються більше 34% всього тепла, котельними - приблизно 50%. Відповідно до енергетичної стратегії Росії до 2020 року планується зростання теплоспоживання в країні не менше ніж 1,3 рази. Підвищення цін, яке відбулося в останні роки, на органічне паливо (газ, мазут, дизельне паливо) і на його транспортування в окремі райони Росії призвело до об'єктивного зростання відпускних цін на електричну і теплову енергію.

Це принципово змінюють ставлення до використання поновлюваних джерел енергії і, зокрема, геотермальної. Так, розвиток геотермальної енергетики в окремих регіонах країни дозволяє вже сьогодні вирішувати проблему електро- і теплопостачання, зокрема, на Камчатці, Курильських островах, а також на Північному Кавказі і в окремих районах Сибіру і європейської частини Росії. У числі основних напрямків вдосконалення і розвитку систем теплопостачання має стати розширення використання місцевих і нетрадиційних відновлюваних джерел енергії та, в першу чергу, геотермального тепла землі.

Вже в найближчі 7 - 10 років за допомогою сучасних технологій локального теплопостачання, включаючи технології приповерхневих геотермальних систем, можна заощадити значні ресурси органічного палива. І на це є всі підстави.

Росія має у своєму розпорядженні значні запаси тепла землі, які можуть бути збільшені за рахунок геотермальних джерел, що знаходяться на глибині від 300 до 2500 метрів в основному в зонах розломів земної кори. Територія Росії добре досліджена, і сьогодні відомі основні ресурси тепла землі, які мають значний промисловий потенціал, в тому числі і енергетичний. Більш того, практично скрізь є запаси тепла з температурою від 30 до 220 ?С. Однак, слід зазначити, що застосування геотермальної енергії не може однозначно розглядатися як екологічно чисте тому, що, наприклад, пара, що виходить з надр землі, часто супроводжується газоподібними викидами, що включають сірководень і радон, які вважаються небезпечними.

Розглянемо конкретні області застосування геотермального тепла в Росії.

У 1965-1967 роках на Камчатці були побудовані дві ГеоЕС: Паужетская, яка до сих пір працює і виробляє найдешевшу електроенергію, і Пирятинського - перша в світі ГеоЕС з бінарним циклом, що є прототипом близько 400 ГеоЕС, побудованих в інших країнах. Однак після цього ГеоЕС не будувалися, так як ціни на органічне паливо та його доставку були низькими, і будівництво ГеоЕС вважалося нерентабельним, а екологічні проблеми в той час не були такими актуальними.

У зв'язку зі зміною цін на паливо і транспорт, а також переділом форм власності, в Росії в 90-і роки було створено кілька акціонерних товариств: АТ «Енергія», АТ «Інтергеотерм», АТ «Наука» та інші, які за підтримки Міннауки Росії, Міненерго Росії, РАО «ЄЕС Росії» і РАН організували виробництво вітчизняного обладнання для ГеоЕС і геотермальних теплових станцій (ГеоТС). Сьогодні в Росії ГеоЕС і ГеоТС працюють і будуються на Камчатці і на Курильських островах.

Верхньо-Мутновская ГеоЕС (ВМГеоЕС) повністю створена Російськими вченими, фахівцями і виробниками обладнання (АТ «КТЗ», АТ «ЗиО» та інші) в короткі терміни, тому що при цьому був використаний багатий досвід вітчизняного енергомашинобудування, в тому числі атомної і оборонної промисловості. Одночасно зі створенням ВМГеоЕС ВАТ «Камчатскенерго» побудувало ВЛ від Мутновского геотермального поля до міста Єлізово (77 км), які успішно експлуатуються вже 3 рік, і потужну електропідстанцію в місті Єлізово, здатну приймати до 200 МВт.

Досвід експлуатації Верхньо-Мутновскую ГеоЕС підтвердив правильність прийнятих науково-технічних рішень. Взимку 2001 років зо два енергоблоки надійно працювали і постійно видавали в електромережу потужність понад 100% номінальної, а зараз успішно працюють всі три енергоблоки. Дослідно-промислова Верхньо-Мутновская геотермальна електростанція - це самостійне ВАТ, яке призначене, насамперед, для відпрацювання нового обладнання, впровадження технологій в області геотермальної енергетики, дослідження геотермального резервуара і виробництва електроенергії.

Камчатка і ряд інших регіонів Росії мають у своєму розпорядженні значні запаси геотермальної води з температурою більше 85 ?С, що дозволяє отримувати електроенергію на ГеоЕС з бінарним циклом. Використання блокових ГеоЕС з бінарним циклом потужністю від 300 кВт до 10 МВт сприятиме забезпеченню віддалених селищ Камчатки, Чукотки і Сибіру електрикою і теплом. Тому наступним етапом є створення четвертого енергоблоку ВМГеоЕС і дослідження комбінованої ГеоЕС з бінарним циклом. Сьогодні потенціал Мутновского геотермального поля оцінюється в 300 МВт.

З усього вищесказаного можна зробити наступні висновки:

1. На значній території Росії є унікальні запаси геотермального тепла з температурами теплоносія (вода, двофазний потік і пар) від 30 до 220 ?С.

2. Геотермальна енергетика може і повинна зайняти важливе місце в загальному балансі використання енергії. Зокрема, для реструктуризації енергетики Камчатської області, Курильських островів і частково Примор'я, Сибіру і Північного Кавказу слід використовувати власні геотермальні ресурси.

3. В останні роки в Росії на основі великих фундаментальних досліджень були створені геотермальні технології та геотермальна промисловість, що дозволяють в короткі терміни побудувати серію геотермальних електричних і теплових станцій блочного типу.

4. Широкомасштабне впровадження нових схем теплопостачання з тепловими насосами з використанням низькопотенційних джерел тепла дозволить знизити витрату органічного палива на 20 ... 25%.




 Гідростатика і гідродинаміка |  І стан гідроенергетики Росії |  І характеристики гідроенергетичних установок |  Схеми використання гідравлічної енергії |  гідротурбіни |  Гідрогенератори |  І їх облік при проектуванні ГЕС |  енергетики |  Енергія вітру і спеціальні станції |  вітроенергетичні установки |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати