Centrales termoeléctricas geotérmicas de doble circuito. Esquema, descripción. Fuentes de energía renovable. Cálculo, tipos y tareas de una central geotérmica Cálculo del esquema térmico de una central geoeléctrica

Tema: Cálculo del esquema térmico de una central geotérmica

La planta de energía geotérmica consta de dos turbinas:

el primero trabaja con vapor de agua saturado obtenido en una expansión

cuerpo. Energia electrica - norte ePT = 3 MW;

el segundo - funciona con vapor saturado de freón - R11, que se utiliza

ryatsya debido al calor del agua extraída del expansor. Eléctrico

energía - norte eHT, MW.

Agua de pozos geotermales con temperatura t gv = 175 °С post-

entra en el expansor. El expansor genera vapor saturado seco con

25 grados más frío t guardias Este vapor se envía al carril.

turbina. El agua restante del expansor va al evaporador, donde

enfriado a 60 grados y bombeado de regreso al pozo. No es bueno-

rugido en la planta de evaporación - 20 grados. Cuerpos de trabajo ampliar -

en las turbinas y entran a los condensadores, donde son enfriados por agua de

ríos con temperatura t xv \u003d 5 ° С. El calentamiento del agua en el condensador es

10 ºС, y subenfriamiento a temperatura de saturación 5 ºС.

Eficiencias relativas internas de la turbina ç oye= 0,8. Electromecánica

eficiencia cal de los turbogeneradores çem = 0,95 .

Definir:

potencia eléctrica de la turbina que funciona con freón - norte eChT y

capacidad total de GeoTPP;

consumo de fluidos de trabajo para ambas turbinas;

flujo de agua del pozo;

Eficiencia de GeoTPP.

Tome los datos iniciales de la Tabla 3 según las opciones.

Tabla 3

Datos iniciales para la tarea No. 3

SALIDAS

3. Determinar las entalpías en puntos característicos:

4. Calculamos la caída de calor disponible en la turbina:

vie vie

5. Encontramos la caída de calor real en la turbina:

NiPT =NIPT ⋅ç oye = 744,6 ⋅ 0,8 = 595,7kJ /kg .

6. Consumo de vapor (agua de un pozo geotérmico) para agua

turbina se encuentra por la fórmula:

DoPT =

NiPT ⋅ç em

5,3kg /con .

7. Flujo de agua del pozo geotérmico al evaporador y

todo el GeoTPP en general se encuentra a partir del sistema de ecuaciones:

Proveedor de servicios de Internet (PT ISP)

Resolviendo este sistema, encontramos:

7.1 Flujo de agua del pozo geotérmico al evaporador:

hhw −caballos de fuerza

2745,9 − 733,25

733,25 − 632, 25

7.2 Flujo de agua de un pozo geotérmico en general

DGV = 5,3 + 105,6 = 110,9kg /con .

8. El consumo de freón en la segunda turbina se encuentra a partir de la ecuación de calor

hoja de balance:

ISP SALIDA XT XT

donde C y= 0,98 - Eficiencia del evaporador.

⋅ç y ⋅

caballos de fuerza −fuera

105,6 ⋅ 0,98 ⋅

632,25 − 376,97

114,4kg /con .

9. La energía eléctrica de la segunda turbina, que funciona con refrigeración.

Hecho, está determinado por la fórmula:

donde HiXT = (caballos de fuerza −h XT)ç oye- caída de calor real en segundo

XT XT T

10. La potencia eléctrica total del GeoTPP será igual a:

GeoTES XT

11. Busquemos el factor de eficiencia de GeoTPP:

ç GeoTPP

GeoTPP

D −h

⎜ ⎜D

N eGeoTPP

⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞

⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠

CÁLCULO DE UNA CENTRAL GEOTÉRMICA

Calcularemos el esquema térmico de una central geotérmica de tipo binario, según.

Nuestra planta de energía geotérmica consta de dos turbinas:

El primero trabaja sobre el vapor de agua saturado obtenido en el expansor. Energia electrica - ;

El segundo funciona con vapor de freón R11 saturado, que se evapora debido al calor del agua que se extrae del expansor.

El agua de los pozos geotérmicos con presión pgw y temperatura tgw ingresa al expansor. El expansor genera vapor saturado seco a una presión de pp. Este vapor se envía a una turbina de vapor. El agua restante del expansor va al evaporador, donde se enfría y termina de nuevo en el pozo. Diferencia de temperatura en la planta de evaporación = 20°C. Los cuerpos de trabajo se expanden en las turbinas y entran en los condensadores, donde son enfriados por agua del río con temperatura txw. Calentamiento de agua en el condensador = 10°C, y subenfriamiento a temperatura de saturación = 5°C.

Eficiencia interna relativa de las turbinas. Eficiencia electromecánica de turbogeneradores = 0,95.

Los datos iniciales se dan en la Tabla 3.1.

Pestaña. 3.1. Datos iniciales para el cálculo de GeoPP

Diagrama esquemático de GeoPP de tipo binario (Fig. 3.2).

Arroz. 3.2.

De acuerdo con el diagrama de la Fig. 3.2 y los datos iniciales realizamos cálculos.

Cálculo del esquema de una turbina de vapor que funciona con vapor saturado seco

Temperatura del vapor a la entrada del condensador de la turbina:

donde es la temperatura del agua de enfriamiento a la entrada del condensador; - calentamiento de agua en el condensador; es la diferencia de temperatura en el condensador.

La presión de vapor en el condensador de la turbina se determina a partir de las tablas de propiedades del agua y el vapor:

Caída de calor disponible a la turbina:

donde es la entalpía del vapor saturado seco a la entrada de la turbina; - entalpía al final del proceso teórico de expansión del vapor en la turbina.

Flujo de vapor del expansor a la turbina de vapor:

donde esta el relativo interno eficiencia de vapor turbinas; - eficiencia electromecánica de turbogeneradores.

Cálculo del expansor geográfico agua termal

La ecuacion balance de calor expansor

¿Dónde está el caudal de agua geotérmica del pozo? - entalpía del agua geotérmica del pozo; - flujo de agua del expansor al evaporador; - entalpía del agua geotérmica a la salida del expansor. Se determina a partir de las tablas de propiedades del agua y del vapor de agua como la entalpía del agua hirviendo.

Ecuación de balance de materiales del expansor

Resolviendo estas dos ecuaciones juntas, es necesario determinar y.

La temperatura del agua geotérmica a la salida del expansor se determina a partir de las tablas de propiedades del agua y del vapor de agua como temperatura de saturación a la presión en el expansor:

Determinación de parámetros en puntos característicos del circuito térmico de una turbina operando en freón

Temperatura del vapor de freón a la entrada de la turbina:

Temperatura del vapor de freón a la salida de la turbina:

La entalpía del vapor de freón en la entrada de la turbina está determinada por diagrama p-h para freón en la línea de saturación en:

240 kJ/kg.

La entalpía del vapor de freón a la salida de la turbina se determina a partir del diagrama p-h del freón en la intersección de las líneas y la línea de temperatura:

220 kJ/kg.

La entalpía del freón en ebullición a la salida del condensador se determina a partir del diagrama p-h del freón en la curva del líquido en ebullición por temperatura:

215 kJ/kg.

Cálculo del evaporador

Temperatura del agua geotérmica a la salida del evaporador:

Ecuación de balance de calor del evaporador:

donde es la capacidad calorífica del agua. Aceptar = 4,2 kJ/kg.

A partir de esta ecuación es necesario determinar.

Cálculo de la potencia de una turbina que funciona con freón

donde está la eficiencia interna relativa de la turbina de freón; - eficiencia electromecánica de turbogeneradores.

Determinación de la potencia de la bomba para bombear agua geotérmica al pozo.

donde - eficiencia de la bomba, se acepta 0,8; - volumen específico medio de agua geotérmica.

Práctica #6

Objetivo: familiarizarse con el principio de funcionamiento de GeoTPP y las tecnologías de conversión de energía térmica oceánica (OTEC), así como con la metodología para su cálculo.

Duración de la lección- 2 horas

Proceso de trabajo:

1. Sobre la base de la parte teórica del trabajo, familiarícese con el principio de funcionamiento del GeoTPP y las tecnologías para convertir la energía térmica del océano (PTEC.

2. De acuerdo con la tarea individual, resolver problemas prácticos.

1. PARTE TEÓRICA

Aprovechamiento de la energía térmica oceánica

La tecnología de conversión de energía térmica oceánica (OTEC) genera electricidad a partir de la diferencia de temperatura entre el agua cálida y fría del océano. El agua fría se bombea a través de una tubería desde una profundidad de más de 1000 metros (desde un lugar donde nunca llegan los rayos del sol). El sistema también utiliza agua tibia de un área cercana a la superficie del océano. calentado rayos de sol el agua pasa a través de un intercambiador de calor con productos químicos de bajo punto de ebullición, como el amoníaco, que crea vapor químico que impulsa las turbinas de los generadores de energía. Luego, el vapor se vuelve a condensar en forma líquida utilizando agua fría de las profundidades del océano. Las regiones tropicales se consideran el mejor lugar para colocar los sistemas PTEC. Esto se debe a la mayor diferencia de temperatura entre el agua en aguas poco profundas y en profundidad.

A diferencia de los parques eólicos y solares, las plantas de energía térmica oceánica pueden producir electricidad limpia las 24 horas del día, los 365 días del año. El único subproducto de dichas unidades de energía es el agua fría, que se puede usar para enfriar y acondicionar el aire en edificios administrativos y residenciales cerca de las instalaciones generadoras de energía.

Uso energía geotérmica

La energía geotérmica es energía derivada del calor natural de la tierra. Este calor se puede lograr con la ayuda de pozos. El gradiente geotérmico en el pozo aumenta 1°C cada 36 metros. Este calor se entrega a la superficie en forma de vapor o agua caliente. Dicho calor se puede utilizar tanto directamente para calentar casas y edificios como para producir electricidad.

Según diversas estimaciones, la temperatura en el centro de la Tierra es de al menos 6650 °C. La tasa de enfriamiento de la Tierra es aproximadamente igual a 300-350 °C por mil millones de años. La tierra emite 42·10 12 W de calor, de los cuales el 2% se absorbe en la corteza y el 98% en el manto y el núcleo. Las tecnologías modernas no permiten alcanzar el calor que se libera demasiado profundo, pero incluso 840000000000 W (2 %) de la energía geotérmica disponible pueden satisfacer las necesidades de la humanidad durante mucho tiempo. Las áreas alrededor de los bordes de las placas continentales son el mejor lugar para construir plantas geotérmicas porque la corteza en esas áreas es mucho más delgada.

Hay varias formas de obtener energía en GeoTPP:

· Esquema directo: el vapor se envía a través de tuberías a turbinas conectadas a generadores eléctricos;

· Circuito indirecto: similar al circuito directo, pero antes de ingresar a las tuberías, el vapor se limpia de gases que provocan la destrucción de las tuberías;

· Circuito mixto: similar al circuito directo, pero tras la condensación se eliminan del agua los gases que no se han disuelto en él.

2. PARTE PRÁCTICA

Tarea 1. Determinar la temperatura inicial t2 y cantidad de energía geotérmica E o (J) espesor del acuífero h km a profundidad z km, si se dan las características de la roca del yacimiento: densidad pag gr \u003d 2700 kg / m 3; porosidad un = 5 %; calor especifico do gramo =840 J/(kg·K). gradiente de temperatura (dT/dz) en °C/km, seleccione según la tabla de opciones de tareas.

Temperatura media de la superficie para tomar igual a 10 °С. Capacidad calorífica específica del agua. de a = 4200 J/(kg·K); densidad del agua ρ \u003d 1 10 3 kg / m 3. Calcular con respecto a la superficie F \u003d 1 kilómetro 2. La temperatura de formación mínima permisible se toma igual a t1=40°C.

Determine también la constante de tiempo de extracción de energía térmica. o (años) cuando se inyecta agua al embalse y su consumo V \u003d 0,1 m 3 / (s km 2). ¿Cuál será la potencia térmica extraída inicialmente? (dE/dz) τ =0 y después de 10 años (dE/dz) τ =10?

La Tarea 1 está dedicada al potencial térmico de la energía geotérmica concentrada en acuíferos naturales a una profundidad z (km) de superficie de la Tierra. Espesor típico del acuífero h (km) menos profundidad su ocurrencia. La capa tiene una estructura porosa: las rocas tienen poros llenos de agua (la porosidad se estima mediante el coeficiente α). Densidad media piedra dura la corteza terrestre p gr \u003d 2700 kg / m 3, y el coeficiente de conductividad térmica λ gr \u003d 2 W / (m K). El cambio de la temperatura del suelo hacia la superficie terrestre se caracteriza por un gradiente de temperatura (dT/dz), medido en °C/km o K/km.

Las más comunes en el globo son áreas con un gradiente de temperatura normal (menos de 40 °C/km) con una densidad de flujos de calor salientes hacia la superficie de ≈ 0,06 W/m 2 . La viabilidad económica de extraer calor de las entrañas de la Tierra es poco probable aquí.

En semitermal zonas, el gradiente de temperatura es de 40-80 °C/km. Aquí es recomendable utilizar el calor de los intestinos para calentar, en invernaderos, en balneología.

en hipertermia(cerca de los límites de las plataformas de la corteza terrestre) el gradiente es superior a 80 °C/km. Es conveniente construir un GeoTPP aquí.

Con un gradiente de temperatura conocido, es posible determinar la temperatura del acuífero antes del inicio de su operación:

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

donde T o es la temperatura en la superficie de la Tierra, K (° C).

En la práctica de cálculo, las características de la energía geotérmica suelen estar referidas a 1 km 2 de la superficie F.

La capacidad calorífica del depósito C pl (J / K) se puede determinar mediante la ecuación

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

donde p in y C in son, respectivamente, la densidad y el calor específico isobárico

p gr y C gr - densidad y capacidad calorífica específica del suelo (rocas de formación); generalmente p gr \u003d 820-850 J / (kg K).

Si establece la temperatura mínima permitida a la que puede utilizar energía térmica depósito T 1 (K), entonces es posible estimar su potencial térmico al inicio de la operación (J):

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

La constante de tiempo del depósito τ 0 (tiempo posible de su uso, años) en el caso de la extracción de energía térmica mediante el bombeo de agua con un caudal volumétrico V (m 3 / s) se puede determinar mediante la ecuación:

τ 0 \u003d C pl / (V ρ en C en)

Se cree que el potencial térmico del yacimiento durante su desarrollo cambia según la ley exponencial:

E=E 0 e -(τ / τo)

donde τ es el número de años desde el inicio de la operación;

e es la base de los logaritmos naturales.

Potencia térmica de un yacimiento geotérmico en el tiempo τ (años desde el inicio del desarrollo) en W (MW):

Tarea 2 Se cree que la eficiencia real η central térmica oceánica, utilizando la diferencia de temperatura de las aguas superficiales y profundas (T 1 -T 2) = ∆T y operando según el ciclo de Rankine, es la mitad de la eficiencia térmica de la central operando según el ciclo de Carnot, η t k . Estimar el posible valor de la eficiencia real del OTES, cuyo fluido de trabajo es el amoníaco, si la temperatura del agua en la superficie del océano t , °С, y la temperatura del agua en la profundidad del océano t2 , °С. que gasto agua tibia V , m/h será requerido para OTES con una capacidad de norte MW?

La Tarea 2 está dedicada a las perspectivas de utilizar la diferencia de temperatura entre las aguas superficiales y profundas del océano para generar electricidad en las OTES que funcionan según el conocido ciclo de Rankine. Como fluido de trabajo, se supone el uso de sustancias de bajo punto de ebullición (amoníaco, freón). Debido a las pequeñas diferencias de temperatura (∆T=15÷26 o C), la eficiencia térmica de una planta que funciona según el ciclo de Carnot es solo del 5-9%. La eficiencia real de una planta que opera en el ciclo Rankine será la mitad. Como resultado, para obtener una participación de capacidades relativamente pequeñas en OTES, se requieren grandes consumos de agua "caliente" y "fría" y, en consecuencia, grandes diámetros de tuberías de entrada y salida.

Q 0 =p V C p ∆T,

donde p es la densidad agua de mar, kg / m 3;

C p - capacidad calorífica másica del agua de mar, J / (kg K);

V - flujo volumétrico de agua, m 3 / s;

∆T \u003d T 1 -T 2 - diferencia de temperatura entre aguas superficiales y profundas

(diferencia de temperatura del ciclo) en °C o K.

En un ciclo de Carnot teórico ideal, la potencia mecánica N 0 (W) se puede definir como

norte 0 \u003d η t k Q o,

o teniendo en cuenta (1) y la expresión para la eficiencia térmica del ciclo de Carnot η t k:

N 0 \u003d p C p V (∆T) 2 /T 1.

Tarea 3 Planta de energía geotérmica de agua y vapor de doble circuito con energía eléctrica norte recibe calor del agua de pozos geotérmicos con una temperatura tgs . El vapor saturado seco a la salida del generador de vapor tiene una temperatura 20 0 C inferior a tgs . El vapor se expande en la turbina y entra al condensador, donde es enfriado por agua de medioambiente con temperatura txv . El agua de refrigeración se calienta en el condensador a 12 0 C. El condensado tiene una temperatura 20 0 C más alta que txv . El agua geotérmica sale de la planta generadora de vapor a una temperatura 15 0 C superior a la del condensado. Coeficiente interno relativo de la turbina η oi , eficiencia eléctrica del turbogenerador η e =0,96. Determine la eficiencia térmica del ciclo de Rankine, el flujo de vapor y consumo especifico calor, flujo de agua de pozos geotérmicos y del medio ambiente.

En una turbina de vapor GeoTEP de un solo circuito, la entalpía del vapor saturado seco después de la separación está determinada por la temperatura del agua geotérmica t gw. A partir de tablas de propiedades termodinámicas del agua y del vapor de agua o diagramas h-s. En el caso de un GeoTEU de doble circuito, se tiene en cuenta la diferencia de temperatura en el generador de vapor Δt. De lo contrario, el cálculo se realiza como para una turbina de vapor solar TPP.

El consumo de vapor se determina a partir de la relación

kg/s,

donde η t es la eficiencia térmica del ciclo,

η оі - Eficiencia interna relativa de la turbina,

η e es la eficiencia eléctrica del turbogenerador,

N es la potencia del GeoTEU, kW,

El caudal de agua caliente de los pozos geotérmicos se determina a partir de la fórmula

, kg/s,

consumo agua fría del medio ambiente a la condensación de vapor

, kg/s,

donde c = 4.19 kJ/kg∙K es la capacidad calorífica del agua,

η pg es la eficiencia del generador de vapor,

Δt pg – diferencia de temperatura del agua geotérmica en el generador de vapor, 0 С,

Δt xv - caída de temperatura del agua fría en el condensador, 0 C.

El cálculo de GeoTEU con fluidos de trabajo mixtos y de bajo punto de ebullición se realiza mediante tablas de propiedades termodinámicas y diagramas h-s de los vapores de estos líquidos.

energía geotérmica

Resumen.

Introducción.

El costo de la electricidad generada por las plantas de energía geotérmica.

Bibliografía.

Resumen.

Este artículo presenta la historia del desarrollo de la energía geotérmica, tanto a nivel mundial como en nuestro país, Rusia. Se hizo un análisis del uso del calor profundo de la Tierra para convertirlo en energía eléctrica, así como para proporcionar calor y agua caliente a ciudades y pueblos en regiones de nuestro país como Kamchatka, Sakhalin y el Cáucaso del Norte. Se ha realizado una justificación económica para el desarrollo de depósitos geotérmicos, la construcción de centrales eléctricas y sus periodos de recuperación. Comparando las energías de las fuentes geotérmicas con otro tipo de fuentes eléctricas, obtenemos las perspectivas de desarrollo de la energía geotérmica, las cuales deben tomar lugar importante en el balance general del uso de la energía. En particular, para la reestructuración y reequipamiento de la industria energética de la región de Kamchatka y las Islas Kuriles, en parte Primorie y el Cáucaso del Norte, se deben utilizar sus propios recursos geotérmicos.

Introducción.

Las principales direcciones para el desarrollo de capacidades de generación en el sector energético del país en el futuro cercano son el reequipamiento técnico y la reconstrucción de centrales eléctricas, así como la puesta en marcha de nuevas capacidades de generación. En primer lugar, se trata de la construcción de centrales de ciclo combinado con una eficiencia del 5560%, que incrementarán la eficiencia de las centrales térmicas existentes en un 2540%. El próximo paso debe ser la construcción de centrales térmicas utilizando nuevas tecnologías para quemar combustibles sólidos y con parámetros de vapor supercríticos para lograr un factor de eficiencia de TPP igual a 46-48%. También se seguirán desarrollando las centrales nucleares con nuevos tipos de reactores térmicos y de neutrones rápidos.

Un lugar importante en la formación del sector energético ruso lo ocupa el sector de suministro de calor del país, que es el más grande en términos de volumen de recursos energéticos consumidos, más del 45% de su consumo total. Los sistemas de calefacción urbana (DH) producen más del 71 % y las fuentes descentralizadas producen alrededor del 29 % de todo el calor. Más del 34 % de todo el calor es suministrado por centrales eléctricas, aproximadamente el 50 % por calderas. De acuerdo con la estrategia energética de Rusia hasta 2020. está previsto aumentar el consumo de calor en el país en al menos 1,3 veces, y la proporción del suministro de calor descentralizado aumentará del 28,6% en 2000 al 28,6% en 2000. hasta un 33% en 2020

El aumento de precios que se ha producido en los últimos años para los combustibles fósiles (gas, fuel oil, combustible diesel) y su transporte a regiones remotas de Rusia y, en consecuencia, el aumento objetivo de los precios de venta de energía eléctrica y térmica cambia fundamentalmente la actitud hacia el uso de fuentes de energía renovables: geotérmica, eólica, solar.

Así, el desarrollo de la energía geotérmica en ciertas regiones del país ya permite hoy resolver el problema del suministro de electricidad y calor, en particular en Kamchatka, las Islas Kuriles, así como en el Cáucaso del Norte, en ciertas regiones de Siberia. y la parte europea de Rusia.

Entre las direcciones principales para mejorar y desarrollar los sistemas de suministro de calor debe estar la expansión del uso de fuentes de energía renovables locales no tradicionales y, en primer lugar, calor geotermico tierra. Ya en los próximos 7-10 años con la ayuda de tecnologías modernas suministro de calor local gracias al calor térmico, se pueden ahorrar importantes recursos de combustibles fósiles.

En la última década, el uso de fuentes de energía renovables no tradicionales (NRES) ha experimentado un verdadero auge en el mundo. La escala de aplicación de estas fuentes ha aumentado varias veces. Esta dirección se está desarrollando más intensamente en comparación con otras áreas de energía. Hay varias razones para este fenómeno. En primer lugar, es obvio que la era de los portadores de energía tradicionales baratos ha terminado irrevocablemente. En esta área, solo hay una tendencia: el aumento de los precios para todos sus tipos. No menos significativo es el deseo de independencia energética de muchos países privados de su base de combustibles. Las consideraciones ambientales, incluida la emisión de gases nocivos, juegan un papel importante. La población de los países desarrollados proporciona un apoyo moral activo para el uso de energías renovables.

Por estas razones, el desarrollo de las energías renovables en muchos estados es una tarea prioritaria de la política técnica en el campo de la energía. En varios países, esta política se implementa a través del marco legislativo y regulatorio adoptado, que establece las bases legales, económicas y organizativas para el uso de energías renovables. En particular, las bases económicas consisten en diversas medidas para apoyar las energías renovables en la etapa de su desarrollo del mercado de la energía (impuestos y beneficios crediticios, subsidios directos, etc.)

En Rusia uso práctico NRES está significativamente a la zaga de los países líderes. No hay legislación ni base normativa así como el apoyo económico estatal. Todo esto hace que sea extremadamente difícil practicar en esta área. La razón principal de los factores inhibitorios es la prolongada dificultad económica en el país y, como resultado, las dificultades con las inversiones, la baja demanda solvente, la falta de fondos para los desarrollos necesarios. No obstante, se están realizando algunos trabajos y medidas prácticas para el aprovechamiento de las energías renovables en nuestro país (energía geotérmica). Los depósitos hidrotermales de vapor en Rusia solo están disponibles en Kamchatka y las Islas Kuriles. Por lo tanto, la energía geotérmica no puede ocupar un lugar significativo en el sector energético del país en su conjunto en el futuro. Sin embargo, es capaz de resolver radicalmente y sobre la base más económica el problema del suministro de energía a estas regiones, que utilizan combustible importado costoso (combustible, carbón, combustible diesel) y están al borde de una crisis energética. El potencial de los depósitos hidrotermales de vapor en Kamchatka puede proporcionar diferentes fuentes de 1000 a 2000 MW instalados energía eléctrica lo que supera con creces las necesidades de esta región en el futuro previsible. Por lo tanto, existen perspectivas reales para el desarrollo de la energía geotérmica aquí.

La historia del desarrollo de la energía geotérmica.

Junto con enormes recursos de combustibles fósiles, Rusia tiene importantes reservas de calor terrestre, que pueden ser multiplicadas por fuentes geotérmicas ubicadas a una profundidad de 300 a 2500 m, principalmente en las zonas de falla de la corteza terrestre.

El territorio de Rusia está bien explorado y hoy se conocen los principales recursos del calor de la tierra, que tienen un potencial industrial significativo, incluida la energía. Además, casi en todas partes hay reservas de calor con una temperatura de 30 a 200°C.

En 1983 en VSEGINGEO se compiló un atlas de los recursos de aguas termales de la URSS. En nuestro país se han explorado 47 yacimientos geotérmicos con reservas de aguas termales, que permiten obtener más de 240 10³ m³/día. Hoy, en Rusia, especialistas de casi 50 organizaciones científicas se ocupan de los problemas del uso del calor de la tierra.

Se han perforado más de 3.000 pozos para aprovechar los recursos geotérmicos. El costo de los trabajos de investigación y perforación geotérmica ya realizados en esta área, en precios modernos es más de 4 mil millones. dólares Entonces, en Kamchatka, ya se perforaron 365 pozos en campos geotérmicos con una profundidad de 225 a 2266 m y gastaron (en la época soviética) alrededor de 300 millones de metros cúbicos. dólares (a precios corrientes).

La operación de la primera planta de energía geotérmica se inició en Italia en 1904. La primera planta de energía geotérmica en Kamchatka, y la primera en la URSS, la planta de energía geotérmica de Pauzhetskaya se puso en funcionamiento en 1967. y tenía una potencia de 5 mW, posteriormente aumentada a 11 mW. Nuevo impulso para el desarrollo energía geotérmica en Kamchatka se dio en los años 90 con el advenimiento de organizaciones y empresas (JSC Geoterm, JSC Intergeotherm, JSC Nauka), que, en cooperación con la industria (principalmente con la planta de turbinas Kaluga), desarrollaron nuevos esquemas, tecnologías y tipos de energía geotérmica progresiva. -a equipos de conversión de energía eléctrica y obtuvo un préstamo del Banco Europeo para la Reconstrucción y el Desarrollo. Como resultado, en 1999 Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP (tres módulos de 4 MW cada uno) se puso en funcionamiento en Kamchatka. Se presenta el primer bloque de 25mW. la primera etapa del GeoTPP Mutnovskaya con una capacidad total de 50 MW.

La segunda fase con una capacidad de 100 MW se puede poner en marcha en 2004

Así, se han determinado las perspectivas inmediatas y bastante reales de la energía geotérmica en Kamchatka, que es un ejemplo positivo e indudable del uso de las energías renovables en Rusia, a pesar de las graves dificultades económicas del país. El potencial de los campos hidrotermales de vapor en Kamchatka es capaz de proporcionar 1000 MW de energía eléctrica instalada, lo que cubre significativamente las necesidades de esta región en el futuro previsible.

Según el Instituto de Vulcanología, Rama del Lejano Oriente de la Academia Rusa de Ciencias, los recursos geotérmicos ya identificados hacen posible proporcionar completamente electricidad y calor a Kamchatka durante más de 100 años. Junto con el campo de alta temperatura Mutnovskoye con una capacidad de 300 MW(e) en el sur de Kamchatka, se conocen importantes reservas de recursos geotérmicos en Koshelevskoye, Bolshe Bannoy y en el norte en los depósitos de Kireunskoye. Las reservas de calor de las aguas geotérmicas en Kamchatka se estiman en 5000 MW (t).

Chukotka también tiene reservas significativas de calor geotérmico (en la frontera con la región de Kamchatka), algunas de ellas ya han sido descubiertas y pueden usarse activamente para ciudades y pueblos cercanos.

Las Islas Kuriles también son ricas en reservas de calor de la tierra, suficientes para suministrar calor y electricidad a este territorio durante 100.200 años. En la isla Iturup se han descubierto reservas de un refrigerante geotérmico bifásico, cuya capacidad (30 MW(e)) es suficiente para satisfacer las necesidades energéticas de toda la isla en los próximos 100 años. Aquí ya se han perforado pozos en el campo geotérmico Ocean y se está construyendo un GeoPP. Hay reservas de calor geotérmico en la isla sureña de Kunashir, que ya se están utilizando para generar electricidad y suministro de calor a la ciudad de Yuzhno Kurilsk. Las entrañas de la isla norteña de Paramushir están menos estudiadas, pero se sabe que esta isla también cuenta con importantes reservas de agua geotérmica con una temperatura de 70 a 95 °C, y también se está construyendo un GeoTS con una capacidad de 20 MW (t). se está construyendo aquí.

Los depósitos de aguas termales con una temperatura de 100-200°C están mucho más extendidos. A esta temperatura, es recomendable utilizar fluidos de trabajo de bajo punto de ebullición en el ciclo de la turbina de vapor. El uso de plantas de energía geotérmica de doble circuito en agua termal es posible en varias regiones de Rusia, principalmente en el norte del Cáucaso. Los depósitos geotérmicos están bien estudiados aquí con una temperatura de depósito de 70 a 180 ° C, que se encuentran a una profundidad de 300 a 5000 m El agua geotérmica se ha utilizado aquí durante mucho tiempo para el suministro de calor y suministro de agua caliente. En Daguestán, se producen anualmente más de 6 millones de m de agua geotérmica. Alrededor de 500 mil personas en el norte del Cáucaso utilizan el suministro de agua geotérmica.

Primorye, la región de Baikal, la región de Siberia Occidental también tienen reservas de calor geotérmico adecuado para su uso a gran escala en la industria y agricultura.

Conversión de energía geotérmica en energía eléctrica y térmica.

Una de las áreas prometedoras para aprovechar el calor de las aguas termales subterráneas altamente mineralizadas es convertirlo en energía eléctrica. Para tal efecto, se desarrolló un esquema tecnológico para la construcción de una planta de energía Geotérmica, que consta de un sistema de circulación geotérmica (GCS) y una planta de turbina de vapor (STP), cuyo esquema se muestra en la Fig.1. Rasgo distintivo Tal esquema tecnológico del conocido es que en él el papel de un evaporador y un sobrecalentador lo realiza un intercambiador de calor de contraflujo vertical de fondo de pozo ubicado en la parte superior del pozo de inyección, donde se suministra agua termal de alta temperatura producida a través de la tubería de superficie que, después de transferir calor al refrigerante secundario, se bombea de vuelta a la formación. El refrigerante secundario del condensador de la planta de turbina de vapor ingresa a la zona de calentamiento por gravedad a través de una tubería que baja al interior del intercambiador de calor hasta el fondo.

El ciclo Rankine está en el corazón del trabajo de las escuelas vocacionales; t,s es un diagrama de este ciclo y la naturaleza del cambio en las temperaturas de los portadores de calor en el intercambiador de calor del evaporador.

El punto más importante en la construcción de GeoTPP es la elección del fluido de trabajo en el circuito secundario. El fluido de trabajo seleccionado para una instalación geotérmica debe tener propiedades químicas, físicas y operativas favorables en determinadas condiciones de funcionamiento, es decir, ser estable, no inflamable, a prueba de explosiones, no tóxico, inerte a materiales estructurales y barato. Es deseable elegir un fluido de trabajo con un coeficiente de viscosidad dinámica más bajo (menos pérdidas hidráulicas) y con una mayor conductividad térmica (mejora la transferencia de calor).

Es prácticamente imposible cumplir todos estos requisitos a la vez, por lo que siempre es necesario optimizar la elección de uno u otro fluido de trabajo.

Bajos parámetros iniciales de cuerpos de trabajo de geotermia plantas de energía conducir a la búsqueda de fluidos de trabajo de bajo punto de ebullición con una curvatura negativa de la curva límite derecha en el diagrama t, s, ya que el uso de agua y vapor conduce en este caso a un deterioro en el rendimiento termodinámico y a un fuerte aumento en el dimensiones de las plantas de turbinas de vapor, lo que aumenta significativamente su costo.

Se propone utilizar una mezcla de isobutano + isopentano en estado supercrítico como agente supercrítico en el circuito secundario de ciclos binarios de energía. El uso de mezclas supercríticas es conveniente porque las propiedades críticas, es decir, la temperatura crítica tc(x), la presión crítica pc(x) y la densidad crítica qc(x) dependen de la composición de la mezcla x. Esto permitirá, seleccionando la composición de la mezcla, seleccionar un agente supercrítico con los parámetros críticos más favorables para la temperatura correspondiente del agua termal de un campo geotérmico particular.

Como refrigerante secundario, se utiliza un hidrocarburo isobutano de bajo punto de ebullición, cuyos parámetros termodinámicos corresponden a las condiciones requeridas. Parámetros críticos del isobutano: tc = 134,69°C; pico = 3,629 MPa; qk = 225,5 kg/m³. Además, la elección del isobutano como refrigerante secundario se debe a su costo relativamente bajo y su respeto por el medio ambiente (a diferencia de los freones). El isobutano como fluido de trabajo ha encontrado una amplia distribución en el extranjero, y también se propone su uso en estado supercrítico en ciclos binarios de energía geotérmica.

Las características energéticas de la instalación se calculan para un amplio rango de temperaturas del agua producida y varios modos de su funcionamiento. En todos los casos, se supuso que la temperatura de condensación del isobutano tcon =30°C.

Surge la pregunta sobre la elección de la diferencia de temperatura más pequeñaêtfig.2. Por un lado, una disminución de êt conduce a un aumento de la superficie del intercambiador de calor del evaporador, lo que puede no estar económicamente justificado. Por otra parte, un aumento de êt a una determinada temperatura del agua termal ts lleva a la necesidad de disminuir la temperatura de evaporación ts (y, en consecuencia, la presión), lo que afectará negativamente a la eficiencia del ciclo. En la mayoría de los casos prácticos, se recomienda tomar êt = 10÷25ºС.

Los resultados obtenidos muestran que existen parámetros óptimos para el funcionamiento de una central térmica de vapor, los cuales dependen de la temperatura del agua que ingresa al circuito primario del intercambiador generador de vapor. Con un aumento de la temperatura de evaporación del isobutano tz, la potencia N generada por la turbina aumenta en 1 kg/s del consumo de refrigerante secundario. Al mismo tiempo, a medida que aumenta tg, disminuye la cantidad de isobutano evaporado por 1 kg/s de consumo de agua termal.

A medida que aumenta la temperatura del agua termal, también aumenta la temperatura óptima de evaporación.

La figura 3 muestra los gráficos de la dependencia de la potencia N generada por la turbina con la temperatura de evaporación ts del refrigerante secundario a varias temperaturas del agua termal.

Para agua a alta temperatura (tt = 180ºС), se consideran ciclos supercríticos, cuando la presión de vapor inicial pн= 3,8; 4.0; 4.2; y 5,0 MPa. De estos, el más eficaz en términos de obtención de la máxima potencia es el ciclo supercrítico, próximo al llamado ciclo "triangular" con una presión inicial pn = 5,0 MPa. Durante este ciclo, debido a la mínima diferencia de temperatura entre el portador de calor y el fluido de trabajo, el potencial de temperatura del agua termal se aprovecha al máximo. La comparación de este ciclo con el subcrítico (pn=3.4MPa) muestra que la potencia generada por la turbina durante el ciclo supercrítico aumenta en un 11%, la densidad de flujo de la sustancia que ingresa a la turbina es 1.7 veces mayor que en el ciclo con pn =3,4 MPa, lo que supondrá una mejora en las propiedades de transporte del refrigerante y una reducción del tamaño de los equipos (tuberías de alimentación y turbina) de la planta de turbinas de vapor. Además, en el ciclo con pH = 5,0 MPa, la temperatura del agua termal residual t, inyectada de nuevo al embalse, es de 42ºС, mientras que en el ciclo subcrítico con pH = 3,4 MPa, la temperatura tн = 55ºС.

Al mismo tiempo, un aumento de la presión inicial a 5.0 MPa en el ciclo supercrítico afecta el costo del equipo, en particular, el costo de la turbina. Aunque las dimensiones de la ruta de flujo de la turbina disminuyen con el aumento de la presión, el número de etapas de la turbina aumenta simultáneamente, se requiere un sello final más desarrollado y, lo que es más importante, aumenta el grosor de las paredes de la carcasa.

Para crear un ciclo supercrítico en el esquema tecnológico de GeoTPP, es necesario instalar una bomba en la tubería que conecta el condensador con el intercambiador de calor.

Sin embargo, factores como el aumento de potencia, la reducción del tamaño de las tuberías de suministro y de la turbina, y la actuación más completa del potencial térmico del agua termal, hablan a favor del ciclo supercrítico.

En el futuro, es necesario buscar refrigerantes con una temperatura crítica más baja, lo que permitirá crear ciclos supercríticos utilizando aguas termales con una temperatura más baja, ya que el potencial térmico de la gran mayoría de los depósitos explorados en Rusia no supera 100÷120ºС. En este sentido, el más prometedor es el R13B1(trifluorobromometano) con los siguientes parámetros críticos: tk = 66,9ºС; pico = 3,946 MPa; qk= 770kg/m³.

Los resultados de los cálculos de evaluación muestran que el uso de agua termal con una temperatura de tk = 120ºС en el circuito primario del GeoTPP y la creación de un ciclo supercrítico con una presión inicial de pn = 5.0 MPa en el circuito secundario en freón R13B1 también permite aumentar la potencia de la turbina hasta un 14% respecto al ciclo subcrítico con presión inicial pn = 3,5 MPa.

Para la operación exitosa del GeoTPP, es necesario resolver los problemas asociados con la aparición de corrosión y depósitos de sal, que, por regla general, se agravan con el aumento de la mineralización del agua termal. Los depósitos de sal más intensos se forman debido a la desgasificación del agua termal y la alteración del equilibrio de dióxido de carbono como resultado de esto.

En el esquema tecnológico propuesto, el refrigerante primario circula en un circuito cerrado: reservorio - pozo de producción - tubería de superficie - bomba - pozo inyector - reservorio, donde se minimizan las condiciones para la desgasificación del agua. Al mismo tiempo, es necesario adherirse a tales condiciones termobáricas en la parte superficial del circuito primario, que evitan la desgasificación y la precipitación de depósitos de carbonato (dependiendo de la temperatura y la salinidad, la presión debe mantenerse a 1,5 MPa y más).

Una disminución en la temperatura del agua termal también conduce a la precipitación de sales no carbonatadas, lo que fue confirmado por estudios realizados en el sitio geotérmico de Kayasulinsky. Parte de las sales precipitadas se depositarán en la superficie interna del pozo de inyección y la mayor parte se transportará a la zona de fondo de pozo. La deposición de sales en el fondo del pozo de inyección contribuirá a una disminución de la inyectividad y una disminución gradual del caudal circular, hasta la parada completa del GCS.

Para evitar la corrosión y la formación de incrustaciones en el circuito GCS, se puede utilizar un reactivo HEDPK (ácido hidroxietilideno difosfónico) eficaz, que tiene un efecto anticorrosivo y antical de pasivación superficial a largo plazo. La restauración de la capa pasivante de OEDFK se lleva a cabo mediante la inyección pulsada periódicamente de una solución reactiva en agua termal en la boca de un pozo de producción.

Para disolver los lodos salinos que se acumularán en la zona de fondo de pozo, y por tanto restaurar la inyectividad del pozo inyector, un reactivo muy eficaz es el NMA (concentrado de ácidos de bajo peso molecular), que también se puede introducir periódicamente en el agua termal circulante. en la zona anterior a la bomba de inyección.

Por lo tanto, a partir de lo anterior, se puede sugerir que una de las direcciones prometedoras para el desarrollo de la energía térmica del interior de la tierra es su conversión en energía eléctrica mediante la construcción de GeoTPP de dos circuitos sobre agentes de trabajo de bajo punto de ebullición. La eficiencia de tal transformación depende de muchos factores, en particular, de la elección del fluido de trabajo y los parámetros del ciclo termodinámico del circuito secundario del GeoTPP.

Los resultados del análisis computacional de los ciclos que utilizan varios portadores de calor en el circuito secundario muestran que los más óptimos son los ciclos supercríticos, que permiten aumentar la potencia de la turbina y la eficiencia del ciclo, mejorar las propiedades de transporte del refrigerante y ajustar más completamente la temperatura del circuito. agua termal inicial que circula en el circuito primario de la GeoTPP.

También se ha establecido que para agua termal de alta temperatura (180ºС y superior), lo más prometedor es la creación de ciclos supercríticos en el circuito secundario del GeoTPP utilizando isobutano, mientras que para aguas con temperatura inferior (100÷120ºС y superior ), al crear los mismos ciclos, el portador de calor más adecuado es el freón R13B1.

Dependiendo de la temperatura del agua termal extraída, existe una temperatura óptima para la evaporación del portador de calor secundario, correspondiente a la potencia máxima generada por la turbina.

En el futuro, es necesario estudiar mezclas supercríticas, cuyo uso como agente de trabajo para ciclos de energía geotérmica es el más conveniente, ya que al seleccionar la composición de la mezcla, se pueden cambiar fácilmente sus propiedades críticas dependiendo de las condiciones externas.

Otra dirección en el uso de la energía geotérmica es el suministro de calor geotérmico, que se ha utilizado durante mucho tiempo en Kamchatka y el norte del Cáucaso para calentar invernaderos, calefacción y suministro de agua caliente en el sector de la vivienda y comunal. Un análisis de la experiencia mundial y nacional indica las perspectivas del suministro de calor geotérmico. Actualmente, los sistemas de suministro de calor geotérmico con una capacidad total de 17 175 MW están operando en el mundo, y más de 200 000 instalaciones geotérmicas están operando solo en los Estados Unidos. Según los planes de la Unión Europea, el poder sistemas geotérmicos el suministro de calor, incluidas las bombas de calor, debería aumentar de 1300 MW en 1995 a 5000 MW en 2010.

En la URSS, se utilizaron aguas geotérmicas en los territorios de Krasnodar y Stavropol, Kabardino-Balkaria, Osetia del Norte, Checheno-Ingushetia, Daguestán, Óblast de Kamchatka, Crimea, Georgia, Azerbaiyán y Kazajstán. En 1988 se producían 60,8 millones de m³ de agua geotérmica, ahora en Rusia se producen hasta 30 millones. m³ por año, lo que equivale a 150÷170 mil toneladas de combustible de referencia. Al mismo tiempo, el potencial técnico de la energía geotérmica, según el Ministerio de Energía de la Federación Rusa, es de 2950 millones de toneladas de combustible de referencia.

En los últimos 10 años, el sistema de exploración, desarrollo y explotación de los recursos geotérmicos se ha derrumbado en nuestro país. En la URSS científico trabajo de investigación Institutos de la Academia de Ciencias, Ministerios de Geología y industria del gas. La exploración, evaluación y aprobación de reservas de yacimientos fueron realizadas por institutos y subdivisiones regionales del Ministerio de Geología. Las subdivisiones del Ministerio de Industria del Gas llevaron a cabo la perforación de pozos productivos, el desarrollo de campos, el desarrollo de tecnologías para la reinyección, el tratamiento de aguas geotérmicas, la operación de sistemas de suministro de calor geotérmico. Incluía cinco departamentos operativos regionales, la asociación científica y de producción Soyuzgeotherm (Makhachkala), que desarrolló un esquema para el uso prospectivo de las aguas geotérmicas de la URSS. El diseño de sistemas y equipos para el suministro de calor geotérmico fue realizado por el Instituto Central de Investigación y Diseño y Experimental de Equipos de Ingeniería.

En la actualidad ha cesado la labor de investigación integral en el campo de la geotermia: desde los estudios geológicos e hidrogeológicos hasta los problemas de depuración de las aguas geotérmicas. No se lleva a cabo la perforación exploratoria, no se lleva a cabo el desarrollo de depósitos previamente explorados, no se moderniza el equipo de los sistemas de suministro de calor geotérmico existentes. El papel de la administración estatal en el desarrollo de la geotermia es insignificante. Los especialistas en geotermia están dispersos, su experiencia no está en demanda. Análisis de la situación actual y perspectivas de desarrollo en nuevos Condiciones económicas Rusia, hagámoslo siguiendo el ejemplo del Territorio de Krasnodar.

Para esta región, de todas las fuentes de energía renovable, la más prometedora es el uso de aguas geotérmicas. La Figura 4 muestra las prioridades para el uso de energías renovables para el suministro de calor a objetos en el Territorio de Krasnodar.

En el Territorio de Krasnodar, se producen anualmente hasta 10 millones de m³/año de agua geotérmica con una temperatura de 70 ÷ 100 º C, que reemplaza 40 ÷ 50 mil toneladas de combustible orgánico (en términos de combustible convencional). Hay 10 campos en operación con 37 pozos, 6 campos con 23 pozos están en desarrollo. Número total de pozos geotérmicos77. 32 hectáreas son calentadas por aguas geotérmicas. invernaderos, 11 mil apartamentos en ocho asentamientos, 2 mil personas cuentan con agua caliente. Las reservas operacionales exploradas de aguas geotérmicas de la región se estiman en 77,7 mil metros cúbicos. m³/día, o cuando se opera por temporada de calefacción-11,7 millones m³ por temporada, reservas previstas, respectivamente, 165 mil. m³/día y 24,7 millones. m³ por temporada.

Uno de los campos geotérmicos de Mostovskoye más desarrollados, a 240 km de Krasnodar en las estribaciones del Cáucaso, donde se perforaron 14 pozos con una profundidad de 1650 ÷ 1850 m con caudales de 1500 ÷ 3300 m³ / día, una temperatura en la boca de 67 ÷78º C, una salinidad total de 0,9÷1,9g/l. Por composición química El agua geotérmica casi cumple con los estándares para agua potable. El principal consumidor de agua geotérmica de este campo es un complejo de invernaderos con un área de invernadero de hasta 30 hectáreas, que anteriormente operaba 8 pozos. Actualmente, el 40% del área del invernadero se calienta aquí.

Para el suministro de calor de edificios residenciales y administrativos del pueblo. Bridge en los años 80 se construyó un punto de calefacción central (CHP) geotérmico con una potencia térmica estimada de 5 MW, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 5. El agua geotérmica en el centro de calefacción central proviene de dos pozos con un caudal de 45÷70 m³/h cada uno y una temperatura de 70÷74ºС en dos tanques de almacenamiento con una capacidad de 300m³. Para aprovechar el calor del agua geotérmica residual, se instalaron dos bombas de calor de compresor de vapor con una potencia térmica estimada de 500 kW. El agua geotérmica utilizada en sistemas de calefacción con una temperatura de 30÷35ºС antes de la unidad de bomba de calor (HPU) se divide en dos corrientes, una de las cuales se enfría a 10ºС y se drena en el depósito, y la segunda se calienta a 50ºС y devuelto a los tanques de almacenamiento. Las unidades de bomba de calor fueron fabricadas por la planta de Moscú "Kompressor" sobre la base de las máquinas de refrigeración A-220-2-0.

Control de potencia térmica calefacción geotérmica en ausencia de recalentamiento máximo, se lleva a cabo de dos maneras: pasando el refrigerante y cíclicamente. Con el último método, los sistemas se llenan periódicamente con refrigerante geotérmico con drenaje simultáneo del enfriado. Con un período de calentamiento diario Z, el tiempo de calentamiento Zn se determina mediante la fórmula

Zn = 48j/(1 + j), donde es el coeficiente de producción de calor; temperatura del aire de diseño en la habitación, °С; y temperatura del aire exterior real y calculada, °С.

La capacidad de los tanques de almacenamiento de los sistemas geotérmicos se determina a partir de la condición de garantizar la amplitud normalizada de las fluctuaciones de la temperatura del aire en locales residenciales con calefacción (± 3 ° C) de acuerdo con la fórmula.

donde kF es la salida de calor del sistema de calefacción por 1°C de la diferencia de temperatura, W/°C; Z \u003d Zn + Zpp período de funcionamiento de la calefacción geotérmica; Zp duración de la pausa, h; Qp y Qp es la producción de calor media calculada y estacional del sistema de calefacción del edificio, W; c capacidad calorífica volumétrica del agua geotérmica, J/(m³ ºС); n número de arranques de calefacción geotérmica por día; k1 es el coeficiente de pérdida de calor en el sistema de suministro de calor geotérmico; A1 amplitud de las fluctuaciones de temperatura en un edificio calentado, ºС; Rnom indicador total de absorción de calor de locales calentados; Capacidad Vc y Vts de los sistemas de calefacción y redes de calefacción, m³.

Durante el funcionamiento de las bombas de calor, la relación entre los caudales de agua geotérmica a través del evaporador Gi y el condensador Gk se determina mediante la fórmula:

Donde tk, to, t es la temperatura del agua geotérmica después del condensador, el sistema de calefacción del edificio y los evaporadores HPI, ºС.

Cabe señalar la baja confiabilidad de los diseños utilizados de bombas de calor, ya que sus condiciones de operación diferían significativamente de las condiciones de operación de las máquinas de refrigeración. La relación entre las presiones de descarga y succión de los compresores cuando funcionan en modo bomba de calor es 1,5 ÷ 2 veces mayor que la misma relación en maquinas frigorificas. Las fallas del grupo de bielas y pistones, las instalaciones de aceite y la automatización llevaron a la falla prematura de estas máquinas.

Como resultado de la falta de control del régimen hidrológico, la operación del campo geotérmico Mostovskoye después de 10 años, la presión en la boca del pozo disminuyó 2 veces. Con el fin de restaurar la presión del yacimiento del campo en 1985. se perforaron tres pozos de inyección, se construyó una estación de bombeo, pero su trabajo no resultado positivo debido a la baja inyectividad de las formaciones.

Para el uso más prometedor de los recursos geotérmicos en la ciudad de Ust-Labinsk con una población de 50 mil personas, ubicada a 60 km de Krasnodar, se desarrolló un sistema de suministro de calor geotérmico con una potencia térmica estimada de 65 MW. De los tres horizontes de bombeo de agua, se seleccionaron depósitos del Eoceno-Paleoceno con una profundidad de 2200 ÷ 2600 m, temperatura de formación 97 ÷ 100 ºС, salinidad 17 ÷ 24 g/l.

Como resultado del análisis de las cargas de calor existentes y futuras de acuerdo con el esquema para el desarrollo del suministro de calor de la ciudad, se determinó la potencia térmica óptima calculada del sistema de suministro de calor geotérmico. Una comparación técnica y económica de cuatro opciones (tres de ellas sin calderas de punta con diferente número de pozos y una con recalentamiento en la caldera) mostró que el esquema con caldera de punta (Fig. 6) tiene el período de recuperación mínimo.

El sistema de suministro de calor geotérmico contempla la construcción de las tomas de agua termal occidental y central con siete pozos de inyección. Modo de funcionamiento de tomas de agua termal con reinyección de refrigerante refrigerado. Sistema de suministro de calor de doble circuito con recalentamiento máximo en la sala de calderas y adhesión dependiente sistemas existentes calefacción del edificio. La inversión de capital en la construcción de este sistema geotérmico ascendió a 5,14 millones. frotar. (a precios de 1984), periodo de amortización 4,5 años, ahorro estimado de combustible sustituido 18,4 mil toneladas de combustible de referencia al año.

El costo de la electricidad generada por las plantas de energía geotérmica.

Los costos de investigación y desarrollo (perforación) de campos geotérmicos representan hasta el 50% del costo total de un GeoTPP, por lo que el costo de la electricidad generada en un GeoPP es bastante significativo. Por lo tanto, el costo de todo el piloto-industrial (OP) Verkhne-Mutnovskaya GeoPP [capacidad 12 (3 × 4) MW] ascendió a alrededor de 300 millones de rublos. Sin embargo, la ausencia de costos de transporte para el combustible, la renovabilidad de la energía geotérmica y el respeto al medio ambiente de la producción de electricidad y calor permiten que la energía geotérmica compita con éxito en el mercado de la energía y, en algunos casos, produzca electricidad y calor más baratos que las IES y CHP tradicionales. . Para áreas remotas (Kamchatka, islas Kuriles), los GeoPP tienen una ventaja incondicional sobre las centrales térmicas y las estaciones diésel que funcionan con combustible importado.

Si consideramos a Kamchatka como ejemplo, donde más del 80% de la electricidad se produce en CHPP-1 y CHPP-2, que funcionan con fuel oil importado, entonces el uso de la energía geotérmica es más rentable. Incluso hoy, cuando el proceso de construcción y desarrollo de nuevos GeoPP en el campo geotérmico de Mutnovsky todavía está en marcha, el costo de la electricidad en Verkhne-Mutnovskaya GeoPP es más de dos veces menor que en el CHPP en Petropavlovsk Kamchatsky. El costo de 1 kWh(e) en el antiguo Pauzhetskaya GeoPP es 2¸3 veces menor que en CHPP-1 y CHPP-2.

El costo de 1 kWh de electricidad en Kamchatka en julio de 1988 estaba entre 10 y 25 centavos, y la tarifa promedio de electricidad se fijó en 14 centavos. en junio de 2001 en la misma región, la tarifa eléctrica de 1 kWh osciló entre 7 y 15 centavos. A principios de 2002 la tarifa promedio en OAO Kamchatskenergo fue de 3,6 rublos. (12 centavos). Está claro que la economía de Kamchatka no puede desarrollarse con éxito sin reducir el costo de la electricidad consumida, y esto solo puede lograrse mediante el uso de recursos geotérmicos.

Ahora, al reestructurar el sector energético, es muy importante partir de los precios reales de los combustibles y equipos, así como de los precios de la energía para los diferentes consumidores. De lo contrario, puede llegar a conclusiones y pronósticos erróneos. Entonces, en la estrategia para el desarrollo de la economía de la región de Kamchatka, desarrollada en 2001 en Dalsetproekt, sin justificación suficiente, el precio de 1000m³ de gas se fijó en $50, aunque es claro que el costo real del gas no será menos de $100, y la duración del desarrollo campos de gas serán 5÷10 años. A su vez, de acuerdo a la estrategia propuesta, las reservas de gas se calculan para una vida no mayor a 12 años. Por lo tanto, las perspectivas para el desarrollo del sector energético en la región de Kamchatka deben asociarse principalmente con la construcción de una serie de plantas de energía geotérmica en el campo Mutnovsky [hasta 300 MW (e)], el reequipamiento de Pauzhetskaya GeoPP, cuya capacidad debería aumentarse a 20 MW, y la construcción de nuevos GeoPP. Este último garantizará la independencia energética de Kamchatka durante muchos años (al menos 100 años) y reducirá el costo de la electricidad vendida.

Según el Consejo Mundial de la Energía, de todas las fuentes de energía renovables, la más precio bajo para 1 kWh en GeoPP (ver tabla).

De la experiencia de operar grandes GeoPP en Filipinas, Nueva Zelanda, México y EE. UU., se deduce que el costo de 1 kWh de electricidad a menudo no supera 1 centavo, aunque debe tenerse en cuenta que el factor de utilización de energía en GeoPP llega a 0,95.

El suministro de calor geotérmico es más beneficioso con el uso directo de agua caliente geotérmica, así como con la introducción de bombas de calor, que pueden usar efectivamente el calor de la tierra con una temperatura de 10÷30ºС, es decir. Calor geotérmico de bajo grado. En las condiciones económicas actuales de Rusia, el desarrollo del suministro de calor geotérmico es extremadamente difícil. Los activos fijos deben invertirse en la perforación de pozos. En el Territorio de Krasnodar, con el costo de perforar 1 m de un pozo de 8 mil rublos, su profundidad es de 1800 m, los costos ascienden a 14,4 millones de rublos. Con un caudal de pozo estimado de 70 m³/h, diferencia de temperatura desencadenada de 30º C, funcionamiento las 24 horas del día durante 150 días. por año, la tasa de utilización del flujo estimado durante la temporada de calefacción es 0,5, la cantidad de calor suministrado es 4385 MWh, o en términos de valor 1,3 millones de rublos. a una tarifa de 300 rublos/(MWh). A este ritmo, la perforación de pozos dará sus frutos en 11 años. Al mismo tiempo, en el futuro, la necesidad de desarrollar esta área en el sector energético está fuera de toda duda.

Recomendaciones.

1. Casi en toda Rusia existen reservas únicas de calor geotérmico con temperaturas de refrigerante (agua, flujo bifásico y vapor) de 30 a 200 ºC.

2. En los últimos años en Rusia, sobre la base de grandes investigación fundamental Se han creado tecnologías geotérmicas que pueden proporcionar rápidamente aplicación efectiva calor de la tierra en GeoPP y GeoTS para producir electricidad y calor.

3. La energía geotérmica debería ocupar un lugar importante en el equilibrio general del uso de la energía. En particular, para la reestructuración y reequipamiento de la industria energética de la región de Kamchatka y las Islas Kuriles y en parte de Primorie, Siberia y Cáucaso del Norte debe utilizar sus propios recursos geotérmicos.

4. La introducción a gran escala de nuevos esquemas de suministro de calor con bombas de calor que utilizan fuentes de calor de baja calidad reducirá el consumo de combustibles fósiles en un 20 ÷ 25 %.

5. Para atraer inversiones y préstamos al sector energético, es necesario implementar proyectos efectivos y garantizar el pago oportuno de los fondos prestados, lo que solo es posible con el pago completo y oportuno de la electricidad y el calor suministrados a los consumidores.

Bibliografía.

1. Conversión de energía geotérmica en energía eléctrica mediante un ciclo supercrítico en el circuito secundario. Abdulagatov I.M., Alkhasov A.B. "Ingeniería de energía térmica.-1988 No. 4-p. 53-56".

2. Salamov A.A. "Plantas de energía geotérmica en el sector energético del mundo" Ingeniería de energía térmica 2000 No. 1-p. 79-80"

3. Calor de la Tierra: Del informe "Perspectivas para el desarrollo de tecnologías geotérmicas" Ecología y Vida-2001-Nº 6-str 49-52.

4. Tarnizhevsky B.V. "Estado y perspectivas para el uso de fuentes de energía renovables en Rusia" Industrial Energy-2002-No.1-p. 52-56.

5. Kuznetsov V. A. "Planta de energía geotérmica Mutnovskaya" Centrales eléctricas-2002-№1-p. 31-35.

6. Butuzov V. A. "Sistemas de suministro de calor geotérmico en el territorio de Krasnodar" Energy Manager-2002-No.1-p.14-16.

7. Butuzov V. A. "Análisis de los sistemas de suministro de calor geotérmico en Rusia" Industrial Energy-2002-No. 6-pp. 53-57.

8. Dobrokhotov V.I. "El uso de los recursos geotérmicos en el sector energético de Rusia" Ingeniería de energía térmica-2003-№1-p.2-11.

9. Alkhasov AB "Mejorando la eficiencia del uso del calor geotérmico" Ingeniería de Energía Térmica-2003-No.3-p.52-54.

Los recursos de energía geotérmica en Rusia tienen un potencial industrial significativo, incluida la energía. Las reservas de calor de la Tierra con una temperatura de 30-40 °С (Fig. 17.20, ver inserto en color) están disponibles en casi toda Rusia, y en algunas regiones hay recursos geotérmicos con temperaturas de hasta 300 °С. Dependiendo de la temperatura, los recursos geotérmicos se utilizan en varios sectores de la economía nacional: energía eléctrica, calefacción, industria, agricultura, termalismo.

A temperaturas de los recursos geotérmicos superiores a 130 ° C, es posible obtener electricidad en un solo circuito plantas de energía geotérmica(GeoES). Sin embargo, varias regiones de Rusia tienen reservas significativas de aguas geotérmicas con una temperatura más baja de aproximadamente 85 ° C y más (Fig. 17.20, ver inserto de color). En este caso, es posible obtener electricidad en el GeoPP con un ciclo binario. Las centrales eléctricas binarias son estaciones de dos circuitos que utilizan su propio fluido de trabajo en cada circuito. Las estaciones binarias también se denominan a veces estaciones de circuito único que funcionan con una mezcla de dos fluidos de trabajo: amoníaco y agua (Fig. 17.21, consulte el inserto en color).

Las primeras plantas de energía geotérmica en Rusia se construyeron en Kamchatka en 1965-1967: Pauzhetskaya GeoPP, que opera y actualmente produce la mayor parte electricidad barata en Kamchatka, y el Paratunskaya GeoPP con un ciclo binario. En el futuro, se construyeron alrededor de 400 GeoPP con un ciclo binario en el mundo.

En 2002, Mutnovskaya GeoPP se puso en funcionamiento en Kamchatka con dos unidades de potencia con una capacidad total de 50 MW.

El esquema tecnológico de la central eléctrica prevé el uso de vapor obtenido por separación en dos etapas de la mezcla de vapor y agua extraída de pozos geotérmicos.

Después de la separación, el vapor con una presión de 0,62 MPa y un grado de sequedad de 0,9998 ingresa a una turbina de vapor de doble flujo con ocho etapas. Emparejado con turbina de vapor se encuentra operando un generador de 25 MW de potencia nominal y un voltaje de 10.5 kV.

Para garantizar la limpieza ambiental, el esquema tecnológico de la central prevé un sistema de bombeo de los condensados ​​y su separación en las capas terrestres, además de evitar las emisiones de sulfuro de hidrógeno a la atmósfera.

Los recursos geotérmicos se utilizan ampliamente para el suministro de calor, especialmente cuando se usa agua geotérmica caliente directamente.

Las fuentes de calor geotérmicas de bajo potencial con una temperatura de 10 a 30 °C deben usarse con bombas de calor. Una bomba de calor es una máquina diseñada para transferir energía interna de un refrigerante con baja temperatura a un refrigerante con alta temperatura utilizando una fuerza externa para realizar un trabajo. El principio de funcionamiento de una bomba de calor se basa en el ciclo de Carnot inverso.

La bomba de calor, que consume kW de energía eléctrica, produce de 3 a 7 kW de energía térmica para el sistema de suministro de calor. La relación de transformación varía según la temperatura de la fuente geotérmica de bajo grado.

Las bombas de calor se utilizan ampliamente en muchos países del mundo. La planta de bomba de calor más potente opera en Suecia con una capacidad térmica de 320 MW y utiliza el calor del Mar Báltico.

La eficiencia del uso de una bomba de calor viene determinada principalmente por la relación de precios de la energía eléctrica y térmica, así como por la relación de transformación, que indica cuántas veces más energía térmica se produce en comparación con la energía eléctrica (o mecánica) consumida.

La operación más económica de las bombas de calor es durante el período de cargas mínimas en el sistema de potencia, su operación puede contribuir al alineamiento de los horarios carga eléctrica sistemas de poder.

Literatura para el autoaprendizaje

17.1.Uso energía del agua: un libro de texto para universidades / ed. Yu.S. Vasiliev. -
4ª ed., revisada. y adicional Moscú: Energoatomizdat, 1995.

17.2.Vasiliev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubyshkin L.I. Solución hidroeléctrica
tareas en una computadora. Moscú: Energoatomizdat, 1987.

17.3.Neporozhny P.S., Obrezkov V.I. Introducción a la especialidad. energía hidroeléctrica
teca: tutorial para universidades. - 2ª ed.Revisada. y adicional M: Energía atomizada,
1990.

17.4 Cálculos agua-energía y gestión del agua: libro de texto para universidades /
edición Y EN. Vissarionov. Moscú: Editorial MPEI, 2001.

17.5.Cálculo recursos de energía solar: libro de texto para universidades / ed.
Y EN. Vissarionov. Moscú: Editorial MPEI, 1997.

17.6 Recursos y la eficiencia de las energías renovables
en Rusia / Equipo de autores. San Petersburgo: Nauka, 2002.

17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Industria de la energía eólica en Rusia. Expresar
y perspectivas de desarrollo. Moscú: Editorial MPEI, 1996.

17.8.Cálculo recursos de energía eólica: libro de texto para universidades / ed. Y EN. wissa
Rionova. Moscú: Editorial MPEI, 1997.

17.9 Mutnovsky complejo eléctrico geotérmico en Kamchatka / O.V. Britvin,