Geotermalne termoelektrane s dva kruga. Shema, opis. Obnovljivi izvori energije. Proračun, vrste i zadaci geotermalne elektrane Proračun toplinske sheme geoelektrane

Tema: Proračun toplinske sheme geotermalne elektrane

Geotermalna elektrana se sastoji od dvije turbine:

prvi radi na zasićenoj vodenoj pari dobivenoj ekspanzijom

tijelo. Električna energija - N ePT = 3 MW;

drugi - radi na zasićenoj pari freona - R11, koji se koristi

ryatsya zbog topline vode uklonjene iz ekspandera. Električni

snaga - N eHT, MW.

Voda iz geotermalnih bunara s temperaturom t gv = 175 °S nakon-

ide u ekspander. Ekspander stvara suhu zasićenu paru s

25 stupnjeva hladnije tčuvari Ova para se šalje u traku

turbina. Preostala voda iz ekspandera odlazi u isparivač, gdje

ohladi za 60 stupnjeva i pumpa natrag u bunar. Nije dobro-

rika u postrojenju za isparavanje - 20 stupnjeva. Radna tijela se šire -

u turbinama i ulaze u kondenzatore, odakle se hlade vodom

rijeke s temperaturom t xv \u003d 5 ° C. Zagrijavanje vode u kondenzatoru je

10 ºS, a podhlađenje do temperature zasićenja 5 ºS.

Relativna unutarnja učinkovitost turbine ç oi= 0,8. Elektromehanički

kal učinkovitost turbogeneratora çem = 0,95 .

Definirati:

električna snaga turbine koja radi na freonu - N eChT i

ukupni kapacitet GeoTPP-a;

potrošnja radnih tekućina za obje turbine;

protok vode iz bunara;

Učinkovitost GeoTPP-a.

Uzmite početne podatke iz tablice 3 prema opcijama.

Tablica 3

Početni podaci za zadatak br.3

IZLAZI

3. Odredite entalpije u karakterističnim točkama:

4. Izračunavamo raspoloživi toplinski pad u turbini:

pet pet

5. Nalazimo stvarni pad topline u turbini:

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

6. Potrošnja pare (vode iz geotermalne bušotine) za vodu

turbina se nalazi po formuli:

DoPT =

NiPT ⋅ç Em

5,3kg /s .

7. Protok vode iz geotermalne bušotine do isparivača i

cijeli GeoTPP općenito se nalazi iz sustava jednadžbi:

PT ISP

Rješavajući ovaj sustav, nalazimo:

7.1 protok vode iz geotermalne bušotine do isparivača:

hHW −hp

2745,9 − 733,25

733,25 − 632, 25

7.2 protok vode iz geotermalne bušotine općenito

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

8. Potrošnja freona u drugoj turbini nalazi se iz toplinske jednadžbe

bilanca stanja:

ISP OUT XT XT

gdje je ç i= 0,98 - Učinkovitost isparivača.

⋅ç i ⋅

hp −hout

105,6 ⋅ 0,98 ⋅

632,25 − 376,97

114,4kg /s .

9. Električna snaga druge turbine, koja radi na hlađenje

Gotovo, određuje se formulom:

gdje HiXT = (hp −h XT)ç oi- stvarni pad topline drugi

XT XT T

10. Ukupna električna snaga GeoTPP-a bit će jednaka:

GeoTES HT

11. Nađimo faktor učinkovitosti GeoTPP-a:

ç GeoTPP

GeoTPP

D −h

⎜ ⎜D

N eGeoTPP

⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞

⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠

PRORAČUN GEOTERMALNE ELEKTRANE

Izračunat ćemo toplinsku shemu geotermalne elektrane binarnog tipa, prema.

Naša geotermalna elektrana sastoji se od dvije turbine:

Prvi radovi na zasićenoj vodenoj pari dobivenoj u ekspanderu. Električna energija - ;

Drugi radi na zasićenoj pari freona R11, koji isparava zbog topline vode koja se uklanja iz ekspandera.

Voda iz geotermalnih bušotina s tlakom pgw i temperaturom tgw ulazi u ekspander. Ekspander stvara suhu zasićenu paru pod tlakom od pp. Ova para se šalje u parnu turbinu. Preostala voda iz ekspandera odlazi u isparivač, gdje se hladi i završava natrag u bunar. Temperaturna razlika u postrojenju za isparavanje = 20°C. Radni fluidi se šire u turbinama i ulaze u kondenzatore, gdje se hlade vodom iz rijeke temperature txw. Zagrijavanje vode u kondenzatoru = 10°C, a pothlađivanje do temperature zasićenja = 5°C.

Relativna unutarnja učinkovitost turbina. Elektromehanička učinkovitost turbogeneratora = 0,95.

Početni podaci dati su u tablici 3.1.

Tab. 3.1. Početni podaci za GeoPP izračun

Shematski dijagram GeoPP-a binarnog tipa (sl. 3.2).

Riža. 3.2.

Prema dijagramu na sl. 3.2 i početne podatke vršimo izračune.

Proračun sheme parne turbine koja radi na suhoj zasićenoj pari

Temperatura pare na ulazu u kondenzator turbine:

gdje je temperatura rashladne vode na ulazu kondenzatora; - zagrijavanje vode u kondenzatoru; je temperaturna razlika u kondenzatoru.

Tlak pare u kondenzatoru turbine određuje se iz tablica svojstava vode i pare:

Dostupni toplinski pad na turbinu:

gdje je entalpija suhe zasićene pare na ulazu u turbinu; - entalpija na kraju teoretskog procesa ekspanzije pare u turbini.

Protok pare od ekspandera do parne turbine:

gdje je relativni unutarnji učinkovitost pare turbine; - elektromehanička učinkovitost turbogeneratora.

Izračun Geo Expander termalna voda

Jednadžba toplinska ravnoteža ekspander

gdje je protok geotermalne vode iz bušotine; - entalpija geotermalne vode iz bušotine; - protok vode od ekspandera do isparivača; - entalpija geotermalne vode na izlazu ekspandera. Određuje se iz tablica svojstava vode i vodene pare kao entalpija kipuće vode.

Jednadžba ravnoteže materijala ekspandera

Zajedničkim rješavanjem ove dvije jednadžbe potrebno je odrediti i.

Temperatura geotermalne vode na izlazu iz ekspandera određena je iz tablica svojstava vode i vodene pare kao temperatura zasićenja pri tlaku u ekspanderu:

Određivanje parametara na karakterističnim točkama toplinskog kruga turbine koja radi u freonu

Temperatura pare freona na ulazu u turbinu:

Temperatura pare freona na izlazu iz turbine:

Entalpija pare freona na ulazu u turbinu određena je p-h dijagram za freon na liniji zasićenja na:

240 kJ/kg.

Entalpija freonske pare na izlazu iz turbine određena je iz p-h dijagrama za freon na sjecištu linija i temperaturne linije:

220 kJ/kg.

Entalpija ključanja freona na izlazu iz kondenzatora određena je iz p-h dijagrama za freon na krivulji kipuće tekućine po temperaturi:

215 kJ/kg.

Proračun isparivača

Temperatura geotermalne vode na izlazu iz isparivača:

Jednadžba toplinske ravnoteže isparivača:

gdje je toplinski kapacitet vode. Prihvati = 4,2 kJ / kg.

Iz ove jednadžbe potrebno je odrediti.

Proračun snage turbine koja radi na freonu

gdje je relativna unutarnja učinkovitost freonske turbine; - elektromehanička učinkovitost turbogeneratora.

Određivanje snage pumpe za crpljenje geotermalne vode u bušotinu

gdje - učinkovitost pumpe, 0,8 je prihvaćeno; - prosječni specifični volumen geotermalne vode.

Vježba br. 6

Cilj: upoznati se s principom rada GeoTPP i tehnologijama pretvorbe toplinske energije oceana (OTEC), kao i s metodologijom za njihov izračun.

Trajanje lekcije- 2 sata

Radni proces:

1. Na temelju teorijskog dijela rada upoznati se s principom rada GeoTPP-a i tehnologijama za pretvaranje toplinske energije oceana (PTEC.

2. Sukladno individualnom zadatku rješavati praktične zadatke.

1. TEORIJSKI DIO

Korištenje toplinske energije oceana

Tehnologija pretvorbe toplinske energije oceana (OTEC) stvara električnu energiju iz temperaturne razlike između tople i hladne oceanske vode. Hladna voda se pumpa kroz cijev s dubine veće od 1000 metara (s mjesta gdje sunčeve zrake nikad ne dopiru). Sustav također koristi toplu vodu iz područja blizu površine oceana. zagrijana sunčeve zrake Voda prolazi kroz izmjenjivač topline s kemikalijama niske točke vrelišta kao što je amonijak, koji stvara kemijsku paru koja pokreće turbine generatora energije. Para se zatim kondenzira natrag u tekući oblik koristeći ohlađenu vodu iz dubokog oceana. Tropske regije smatraju se najboljim mjestom za postavljanje PTEC sustava. To je zbog veće temperaturne razlike između vode u plitkoj vodi i na dubini.

Za razliku od vjetroelektrana i solarnih elektrana, oceanske termoelektrane mogu proizvoditi čistu električnu energiju 24 sata dnevno, 365 dana u godini. Jedini nusproizvod ovakvih elektrana je hladna voda koja se može koristiti za hlađenje i klimatizaciju u upravnim i stambenim zgradama u blizini elektrane.

Korištenje geotermalna energija

Geotermalna energija je energija dobivena iz prirodne topline Zemlje. Ova toplina se može postići uz pomoć bunara. Geotermalni gradijent u bušotini povećava se za 1°C svakih 36 metara. Ta se toplina na površinu isporučuje u obliku pare odn Vruća voda. Takva se toplina može koristiti kako izravno za grijanje kuća i zgrada, tako i za proizvodnju električne energije.

Prema različitim procjenama, temperatura u središtu Zemlje iznosi najmanje 6650 °C. Brzina hlađenja Zemlje približno je jednaka 300-350 ° C na milijardu godina. Zemlja emitira 42·10 12 W topline, od čega se 2% apsorbira u kori, a 98% u plašt i jezgru. Suvremena tehnologija ne dopušta dostizanje topline koja se ispušta preduboko, ali čak i 840000000000 W (2%) raspoložive geotermalne energije može dugo vremena osigurati potrebe čovječanstva. Područja oko rubova kontinentalnih ploča najbolje su mjesto za izgradnju geotermalnih postrojenja jer je kora u takvim područjima mnogo tanja.

Postoji nekoliko načina za dobivanje energije u GeoTPP-u:

· Izravna shema: para se šalje kroz cijevi do turbina spojenih na električne generatore;

· Neizravni krug: sličan izravnom krugu, ali prije ulaska u cijevi para se čisti od plinova koji uzrokuju uništavanje cijevi;

· Mješoviti krug: sličan izravnom krugu, ali se nakon kondenzacije iz vode uklanjaju plinovi koji se u njemu nisu otopili.

2. PRAKTIČNI DIO

Zadatak 1. Odredite početnu temperaturu t2 i količinu geotermalne energije E o (J) debljina vodonosnika h km na dubini z km, ako se daju karakteristike ležišne stijene: gustoća p gr \u003d 2700 kg / m 3; poroznost a = 5 %; određena toplina C gr =840 J/(kg K). temperaturni gradijent (dT/dz) u °C / km, odaberite prema tablici opcija zadatka.

Prosječna temperatura površine t o uzeti jednaku 10 °S. Specifični toplinski kapacitet vode Od do = 4200 J/(kg K); gustoća vode ρ \u003d 1 10 3 kg / m 3. Izračunajte s obzirom na površinu F \u003d 1 km 2. Minimalna dopuštena temperatura formiranja uzima se jednakom t1=40°C.

Odrediti i vremensku konstantu ekstrakcije toplinske energije o (godine) kada se voda ubrizgava u ležište i njegova potrošnja V \u003d 0,1 m 3 / (s km 2). Kolika će biti toplinska snaga dobivena na početku (dE/dz) τ =0 i nakon 10 godina (dE/dz) τ =10?

Zadatak 1 posvećen je toplinskom potencijalu geotermalne energije koncentrirane u prirodnim vodonosnicima na dubini z (km) od Zemljina površina. Tipična debljina vodonosnika h (km) manja dubina njegovu pojavu. Sloj ima poroznu strukturu - stijene imaju pore ispunjene vodom (poroznost se procjenjuje koeficijentom α). Prosječna gustoća tvrd kamen Zemljina kora p gr \u003d 2700 kg / m 3, a koeficijent toplinske vodljivosti λ gr = 2 W / (m K). Promjena temperature tla prema površini zemlje karakterizira temperaturni gradijent (dT/dz), mjeren u °C/km ili K/km.

Najčešća na globusu su područja s normalnim temperaturnim gradijentom (manje od 40°C/km) s gustoćom toplinskih tokova koji izlaze prema površini od ≈ 0,06 W/m 2. Ekonomska izvedivost vađenja topline iz utrobe Zemlje ovdje je malo vjerojatna.

U polutermalnim područja, gradijent temperature je 40-80 °C/km. Ovdje je preporučljivo koristiti toplinu crijeva za grijanje, u staklenicima, u balneologiji.

Kod hipertermalne područja (blizu granica platformi zemljine kore) gradijent je veći od 80 °C/km. Ovdje je svrsishodno izgraditi GeoTPP.

S poznatim temperaturnim gradijentom moguće je odrediti temperaturu vodonosnika prije početka njegovog rada:

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

gdje je T o temperatura na površini Zemlje, K (° C).

U praksi proračuna karakteristike geotermalne energije obično se odnose na 1 km 2 površine F.

Toplinski kapacitet rezervoara C pl (J / K) može se odrediti jednadžbom

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

gdje su p in i C in, redom, gustoća i izobarična specifična toplina

p gr i C gr - gustoća i specifični toplinski kapacitet tla (formacijske stijene); obično p gr \u003d 820-850 J / (kg K).

Ako postavite minimalnu dopuštenu temperaturu na kojoj možete koristiti Termalna energija rezervoar T 1 (K), tada je moguće procijeniti njegov toplinski potencijal do početka rada (J):

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

Vremenska konstanta rezervoara τ 0 (moguće vrijeme korištenja, godine) u slučaju oduzimanja toplinske energije pumpanjem vode u njega s volumnim protokom V (m 3 / s) može se odrediti jednadžbom:

τ 0 \u003d C pl / (V ρ u C in)

Vjeruje se da se toplinski potencijal ležišta tijekom njegovog razvoja mijenja prema eksponencijalnom zakonu:

E=E 0 e -(τ / τ o)

gdje je τ broj godina od početka rada;

e je baza prirodnih logaritama.

Toplinska snaga geotermalnog rezervoara u vremenu τ (godine od početka razvoja) u W (MW):

Zadatak 2 Vjeruje se da je stvarna učinkovitost η oceanska termoelektrana, koristeći temperaturnu razliku površinskih i dubokih voda (T 1 -T 2) = ∆T i radi prema Rankineovom ciklusu, polovica je toplinske učinkovitosti postrojenja koja radi prema Carnotovom ciklusu, η t k . Procijenite moguću vrijednost stvarne učinkovitosti OTES-a, čiji je radni fluid amonijak, ako je temperatura vode na površini oceana t , °S i temperaturu vode na dubini oceana t2 , °S. Kakav trošak Topla voda V , m/h bit će potrebno za OTES s kapacitetom od N MW?

Zadatak 2 posvećen je izgledima za korištenje temperaturne razlike između površinskih i dubokih oceanskih voda za proizvodnju električne energije na OTES-u koji radi prema dobro poznatom Rankineovom ciklusu. Kao radni fluid pretpostavlja se korištenje tvari niskog vrenja (amonijak, freon). Zbog malih temperaturnih razlika (∆T=15÷26 o C), toplinska učinkovitost postrojenja koje radi po Carnotovom ciklusu iznosi samo 5-9%. Stvarna učinkovitost postrojenja koje radi na Rankineovom ciklusu bit će upola manja. Kao rezultat toga, da bi se dobio udio relativno malih kapaciteta u OTES-u, potrebne su velike potrošnje "tople" i "hladne" vode, a posljedično i veliki promjeri ulaznih i izlaznih cjevovoda.

Q 0 =p V C p ∆T,

gdje je p gustoća morska voda, kg / m 3;

C p - maseni toplinski kapacitet morske vode, J / (kg K);

V - volumetrijski protok vode, m 3 / s;

∆T \u003d T 1 -T 2 - temperaturna razlika između površinskih i dubokih voda

(razlika temperature ciklusa) u °C ili K.

U idealnom teoretskom Carnotovom ciklusu mehanička snaga N 0 (W) može se definirati kao

N 0 \u003d η t k Q o,

ili uzimajući u obzir (1) i izraz za toplinsku učinkovitost Carnotovog ciklusa η t k:

N 0 \u003d p C p V (∆T) 2 /T 1.

Zadatak 3 Dvokružna geotermalna elektrana para-voda s električnom energijom N prima toplinu iz vode iz geotermalnih bušotina s temperaturom t gs . Suha zasićena para na izlazu iz generatora pare ima temperaturu 20 0 C nižu od t gs . Para se širi u turbini i ulazi u kondenzator, odakle se hladi vodom okoliš s temperaturom t xv . Rashladna voda se zagrijava u kondenzatoru za 12 0 C. Kondenzat ima temperaturu 20 0 C višu od t xv . Geotermalna voda izlazi iz postrojenja za proizvodnju pare na temperaturi 15 0 C višoj od kondenzata. Relativni unutarnji koeficijent turbine η oi , električna učinkovitost turbogeneratora η e =0,96. Odredite toplinsku učinkovitost Rankineovog ciklusa, protok pare i specifična potrošnja topline, protoka vode iz geotermalnih bušotina i iz okoliša.

U parnoj turbini GeoTEP s jednim krugom entalpija suhe zasićene pare nakon separacije određena je temperaturom geotermalne vode t gw. Iz tablica termodinamičkih svojstava vode i vodene pare ili h-s dijagrama. U slučaju GeoTEU s dva kruga, u obzir se uzima temperaturna razlika u parogeneratoru Δt. Inače, proračun se provodi kao za TE sa solarnom parnom turbinom.

Potrošnja pare određuje se iz omjera

kg/s,

gdje je η t toplinska učinkovitost ciklusa,

η oí - Relativna unutarnja učinkovitost turbine,

η e je električna učinkovitost turbogeneratora,

N je snaga GeoTEU, kW,

Protok tople vode iz geotermalnih bunara određuje se iz formule

, kg/s,

potrošnja hladna voda iz okoline do kondenzacije pare

, kg/s,

gdje je c = 4,19 kJ/kg∙K toplinski kapacitet vode,

η pg je učinkovitost parnog generatora,

Δt pg - temperaturna razlika geotermalne vode u generatoru pare, 0 C,

Δt xv - pad temperature hladne vode u kondenzatoru, 0 C.

Proračun GeoTEU s niskovrelim i miješanim radnim fluidima provodi se pomoću tablica termodinamičkih svojstava i h-s dijagrama para tih tekućina.

geotermalna energija

Sažetak.

Uvod.

Trošak električne energije proizvedene u geotermalnim elektranama.

Bibliografija.

Sažetak.

Ovaj rad prikazuje povijest razvoja geotermalne energije, kako u cijelom svijetu, tako i kod nas, u Rusiji. Napravljena je analiza korištenja duboke topline Zemlje za pretvaranje u električnu energiju, kao i za opskrbu gradova i naselja toplinom i toplom vodom u područjima naše zemlje kao što su Kamčatka, Sahalin i Sjeverni Kavkaz. Izrađena je ekonomska opravdanost razvoja geotermalnih ležišta, izgradnje elektrana i rokovi njihove povrata. Uspoređujući energije geotermalnih izvora s drugim vrstama izvora električne energije, dobivamo izglede za razvoj geotermalne energije, koji bi trebao uzeti važno mjesto u ukupnoj ravnoteži potrošnje energije. Konkretno, za restrukturiranje i ponovno opremanje elektroprivrede regije Kamčatka i Kurilskih otoka, dijelom Primorja i Sjevernog Kavkaza, treba koristiti vlastite geotermalne resurse.

Uvod.

Glavni pravci razvoja proizvodnih kapaciteta u energetskom sektoru zemlje u bliskoj budućnosti su tehničko preopremanje i rekonstrukcija elektrana, kao i puštanje u rad novih proizvodnih kapaciteta. Prije svega, riječ je o izgradnji kombiniranih elektrana s učinkom od 5560%, čime će se učinkovitost postojećih termoelektrana povećati za 2540%. Sljedeći korak trebala bi biti izgradnja termoelektrana uz korištenje novih tehnologija za izgaranje krutih goriva i s nadkritičnim parametrima pare za postizanje faktora učinkovitosti TE od 46-48%. Nuklearne elektrane s novim tipovima toplinskih i brzih neutronskih reaktora također će se dalje razvijati.

Važno mjesto u formiranju ruskog energetskog sektora zauzima sektor opskrbe toplinom u zemlji, koji je najveći po količini potrošenih energetskih resursa, više od 45% njihove ukupne potrošnje. Sustavi daljinskog grijanja (DH) proizvode više od 71%, a decentralizirani izvori proizvode oko 29% sve topline. Više od 34% sve toplinske energije opskrbljuju elektrane, oko 50% kotlovi. U skladu s energetskom strategijom Rusije do 2020. planira se povećanje potrošnje toplinske energije u zemlji za najmanje 1,3 puta, a udio decentralizirane opskrbe toplinskom energijom će se povećati sa 28,6% u 2000. godini na do 33% u 2020

Porast cijena fosilnih goriva (plin, loživo ulje, lož ulje) posljednjih godina dizel gorivo) i njezin transport u udaljene regije Rusije i, sukladno tome, objektivno povećanje prodajnih cijena električne i toplinske energije iz temelja mijenjaju stav prema korištenju obnovljivih izvora energije: geotermalne, vjetra, sunca.

Dakle, razvoj geotermalne energije u određenim regijama zemlje već danas omogućava rješavanje problema opskrbe električnom i toplinskom energijom, posebno na Kamčatki, Kurilskim otocima, kao i na Sjevernom Kavkazu, u određenim regijama Sibira. i europski dio Rusije.

Među glavnim smjerovima poboljšanja i razvoja sustava opskrbe toplinom trebalo bi biti proširenje korištenja lokalnih netradicionalnih obnovljivih izvora energije i, prije svega, geotermalna toplina Zemlja. Već u sljedećih 7-10 godina uz pomoć moderne tehnologije lokalna opskrba toplinom zahvaljujući toplinskoj toplini mogu se uštedjeti značajni izvori fosilnih goriva.

U posljednjem desetljeću korištenje netradicionalnih obnovljivih izvora energije (NRES) doživjelo je pravi procvat u svijetu. Opseg primjene ovih izvora se nekoliko puta povećao. Ovaj smjer se najintenzivnije razvija u usporedbi s drugim područjima energetike. Više je razloga za ovu pojavu. Prije svega, očito je da je era jeftinih tradicionalnih energenata nepovratno završila. Na ovom području postoji samo jedan trend - porast cijena za sve njihove vrste. Ništa manje značajna je želja mnogih zemalja koje su lišene ogrjevne baze za energetskom neovisnošću, a značajnu ulogu imaju i ekološki aspekti, uključujući emisiju štetnih plinova. Aktivnu moralnu potporu korištenju obnovljive energije pruža stanovništvo razvijenih zemalja.

Iz tih je razloga razvoj obnovljive energije u mnogim državama prioritetna zadaća tehničke politike u području energetike. U nizu zemalja ova se politika provodi kroz usvojeni zakonodavni i regulatorni okvir koji uspostavlja pravne, ekonomske i organizacijske temelje za korištenje obnovljive energije. Konkretno, gospodarski temelji se sastoje u različitim mjerama potpore obnovljivoj energiji u fazi njihovog razvoja energetskog tržišta (porezne i kreditne olakšice, izravne subvencije itd.)

U Rusiji praktična upotreba OIE značajno zaostaje za vodećim zemljama. Ne postoji zakonodavni ili normativna baza kao i državnu ekonomsku potporu. Sve to iznimno otežava praksu na ovom području. Glavni razlog inhibitornih čimbenika su dugotrajne ekonomske nevolje u zemlji i, kao rezultat, poteškoće s investicijama, niska likvidna potražnja, nedostatak sredstava za potrebne razvojne aktivnosti. Ipak, određeni radovi i praktične mjere za korištenje obnovljive energije u našoj zemlji se provode (geotermalna energija). Parno-hidrotermalna ležišta u Rusiji dostupna su samo na Kamčatki i Kurilskim otocima. Stoga geotermalna energija u budućnosti ne može zauzeti značajno mjesto u energetskom sektoru zemlje u cjelini. Međutim, u stanju je radikalno i na najekonomičnijoj osnovi riješiti problem opskrbe energijom ovih regija koje koriste skupo uvozno gorivo (loživo ulje, ugljen, dizelsko gorivo) i koje su na rubu energetske krize. Potencijal parno-hidrotermalnih naslaga na Kamčatki je u mogućnosti pružiti različiti izvori instalirane od 1000 do 2000 MW električna energijašto uvelike premašuje potrebe ovog kraja u doglednoj budućnosti. Dakle, ovdje postoje realni izgledi za razvoj geotermalne energije.

Povijest razvoja geotermalne energije.

Uz ogromne resurse fosilnih goriva, Rusija ima značajne rezerve zemljine topline, koje se mogu umnožiti geotermalnim izvorima koji se nalaze na dubini od 300 do 2500 m, uglavnom u zonama rasjeda zemljine kore.

Teritorij Rusije je dobro istražen, a danas su poznati glavni izvori zemaljske topline, koji imaju značajan industrijski potencijal, uključujući i energiju. Štoviše, gotovo posvuda postoje rezerve topline s temperaturom od 30 do 200°C.

Davne 1983. godine u VSEGINGEO je sastavljen atlas resursa termalnih voda SSSR-a. U našoj zemlji istraženo je 47 geotermalnih ležišta s rezervama termalnih voda, koje vam omogućuju da dobijete više od 240 10³ m³ / dan. Danas se u Rusiji stručnjaci iz gotovo 50 znanstvenih organizacija bave problemima korištenja zemljine topline.

Izbušeno je više od 3000 bušotina za korištenje geotermalnih resursa. Trošak geotermalnih istraživanja i radova bušenja koji su već izvedeni na ovom području, u moderne cijene je više od 4 milijarde. dolara. Tako je na Kamčatki već izbušeno 365 bušotina u geotermalnim poljima s dubinom od 225 do 2266 m i potrošeno (još u sovjetsko vrijeme) oko 300 milijuna kubnih metara. dolara (u tekućim cijenama).

Prva geotermalna elektrana počela je s radom u Italiji 1904. godine. Prva geotermalna elektrana na Kamčatki, a prva u SSSR-u, Paužetska geotermalna elektrana puštena je u rad 1967. godine. i imao je snagu od 5 mW, naknadno povećanu na 11 mW. Novi poticaj za razvoj geotermalna energija na Kamčatki dat je 90-ih s pojavom organizacija i tvrtki (JSC Geoterm, JSC Intergeotherm, JSC Nauka), koje su, u suradnji s industrijom (prvenstveno s Kaluškom turbinskom tvornicom), razvile nove progresivne sheme, tehnologije i vrste geotermalnih -opremu za pretvorbu električne energije i osigurao zajam od Europske banke za obnovu i razvoj. Kao rezultat toga, 1999. god Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP (tri modula od po 4 MW) puštena je u rad na Kamčatki. Uveden je prvi blok od 25mW. prva faza TE Mutnovskaya GeoTPP ukupnog kapaciteta 50 MW.

Druga faza snage 100 MW može biti puštena u rad 2004. godine

Tako su utvrđene neposredne i sasvim stvarne perspektive geotermalne energije na Kamčatki, što je pozitivan nedvojbeni primjer korištenja obnovljive energije u Rusiji, unatoč ozbiljnim gospodarskim poteškoćama u zemlji. Potencijal parno-hidrotermalnih polja na Kamčatki sposoban je osigurati 1000 MW instalirane električne energije, što značajno pokriva potrebe ove regije u doglednoj budućnosti.

Prema Institutu za vulkanologiju, dalekoistočni ogranak Ruske akademije znanosti, već identificirani geotermalni resursi omogućuju potpuno opskrbu Kamčatke električnom i toplinskom energijom više od 100 godina. Uz visokotemperaturno polje Mutnovskoye s kapacitetom od 300 MW(e) na jugu Kamčatke, poznate su značajne rezerve geotermalnih resursa u Koshelevskoye, Bolshe Bannoy, a na sjeveru u ležištima Kireunskoye. Zalihe topline geotermalnih voda na Kamčatki procjenjuju se na 5000 MW (t).

Čukotka također ima značajne rezerve geotermalne topline (na granici s regijom Kamčatka), neke od njih su već otkrivene i mogu se aktivno koristiti za obližnje gradove i mjesta.

Kurilski otoci također su bogati zalihama zemaljske topline, sasvim su dovoljni za opskrbu toplinom i električnom energijom na ovom teritoriju za 100.200 godina. Na otoku Iturup otkrivene su rezerve dvofaznog geotermalnog rashladnog sredstva, kapaciteta (30 MW(e)) dovoljnog za zadovoljavanje energetskih potreba cijelog otoka u sljedećih 100 godina. Ovdje su već izbušene bušotine na geotermalnom polju Ocean i gradi se GeoPP. Na južnom otoku Kunashir postoje rezerve geotermalne topline, koje se već koriste za proizvodnju električne energije i opskrbu toplinom grada Južni Kurilsk. Utroba sjevernog otoka Paramushir manje je proučena, ali je poznato da ovaj otok također ima značajne rezerve geotermalne vode temperature od 70 do 95°C, a također je GeoTS kapaciteta 20 MW (t). gradi se ovdje.

Mnogo su rasprostranjenije naslage termalnih voda temperature 100-200°C. Pri ovoj temperaturi preporučljivo je koristiti radne tekućine niskog vrenja u ciklusu parne turbine. Korištenje geotermalnih elektrana s dva kruga na termalnu vodu moguće je u brojnim regijama Rusije, prvenstveno na Sjevernom Kavkazu. Ovdje su dobro proučena geotermalna ležišta s temperaturom ležišta od 70 do 180 °C, koja se nalaze na dubini od 300 do 5000 m. Geotermalna voda se ovdje dugo koristi za opskrbu toplinom i toplom vodom. U Dagestanu se godišnje proizvede više od 6 milijuna m geotermalne vode. Oko 500 tisuća ljudi na Sjevernom Kavkazu koristi geotermalnu vodu.

Primorje, regija Baikal, regija Zapadnog Sibira također imaju rezerve geotermalne topline pogodne za upotrebu u velikim razmjerima u industriji i poljoprivreda.

Pretvorba geotermalne energije u električnu i toplinsku energiju.

Jedno od perspektivnih područja za korištenje topline visoko mineraliziranih podzemnih termalnih voda je pretvaranje iste u električnu energiju. U tu svrhu razvijena je tehnološka shema izgradnje Geotermalne elektrane koja se sastoji od geotermalnog cirkulacijskog sustava (GCS) i parnoturbinskog postrojenja (STP), čija je shema prikazana na sl.1. Prepoznatljiva značajka Ovakva poznata tehnološka shema je da u njoj ulogu isparivača i pregrijača obavlja vertikalni protutočni izmjenjivač topline koji se nalazi u gornjem dijelu injektne bušotine, gdje se proizvodi visokotemperaturna termalna voda. opskrbljuje se površinskim cjevovodom, koji se nakon prijenosa topline na sekundarnu rashladnu tekućinu pumpa natrag u formaciju. Sekundarna rashladna tekućina iz kondenzatora postrojenja parne turbine gravitacijom ulazi u zonu grijanja kroz cijev spuštenu unutar izmjenjivača topline na dno.

Rankineov ciklus u središtu je rada strukovnih škola; t,s je dijagram ovog ciklusa i prirode promjene temperatura nosača topline u izmjenjivaču topline isparivača.

Najvažnija točka u konstrukciji GeoTPP-a je izbor radnog fluida u sekundarnom krugu. Radni fluid odabran za geotermalnu instalaciju mora imati povoljna kemijska, fizikalna i radna svojstva u zadanim radnim uvjetima, tj. biti stabilan, nezapaljiv, otporan na eksploziju, neotrovan, inertan na konstrukcijski materijali i jeftino. Poželjno je odabrati radni fluid s nižim koeficijentom dinamičke viskoznosti (manji hidraulički gubici) i s većom toplinskom vodljivošću (poboljšava prijenos topline).

Praktički je nemoguće ispuniti sve ove zahtjeve u isto vrijeme, stoga je uvijek potrebno optimizirati izbor jednog ili drugog radnog fluida.

Niski početni parametri radnih tijela geotermalne elektrane dovesti do potrage za radnim fluidima niskog vrenja s negativnom zakrivljenošću desne granične krivulje u dijagramu t, s, budući da korištenje vode i pare u ovom slučaju dovodi do pogoršanja termodinamičkih performansi i do naglog povećanja dimenzije parnih turbinskih postrojenja, što značajno povećava njihovu cijenu.

Predlaže se korištenje mješavine izobutana + izopentana u superkritičnom stanju kao superkritičnog sredstva u sekundarnom krugu binarnih energetskih ciklusa. Korištenje superkritičnih smjesa pogodno je jer kritična svojstva, t.j. kritična temperatura tc(x), kritični tlak pc(x) i kritična gustoća qc(x) ovise o sastavu smjese x. To će omogućiti odabirom sastava smjese odabir superkritičnog sredstva s najpovoljnijim kritičnim parametrima za odgovarajuću temperaturu termalne vode određenog geotermalnog polja.

Kao sekundarno rashladno sredstvo koristi se ugljikovodik niskog vrenja izobutan, čiji termodinamički parametri odgovaraju traženim uvjetima. Kritični parametri izobutana: tc = 134,69°C; pk = 3,629 MPa; qk = 225,5 kg/m³. Osim toga, izbor izobutana kao sekundarne rashladne tekućine je zbog njegove relativno niske cijene i ekološke prihvatljivosti (za razliku od freona). Izobutan kao radni fluid našao je široku rasprostranjenost u inozemstvu, a također se predlaže njegova uporaba u superkritičnom stanju u binarnim geotermalnim energetskim ciklusima.

Energetske karakteristike instalacije izračunate su za širok raspon temperatura proizvedene vode i različite načine njezina rada. U svim slučajevima pretpostavljeno je da je temperatura kondenzacije izobutana tcon =30°C.

Postavlja se pitanje izbora najmanje temperaturne razlikeêtsl.2. S jedne strane, smanjenje êt dovodi do povećanja površine izmjenjivača topline isparivača, što možda nije ekonomski opravdano. S druge strane, povećanje êt na zadanoj temperaturi termalne vode ts dovodi do potrebe za snižavanjem temperature isparavanja ts (i, posljedično, tlaka), što će negativno utjecati na učinkovitost ciklusa. U većini praktičnih slučajeva preporuča se uzeti êt = 10÷25ºS.

Dobiveni rezultati pokazuju da postoje optimalni parametri za rad paroelektrane, koji ovise o temperaturi vode koja ulazi u primarni krug generatora pare izmjenjivača topline. S povećanjem temperature isparavanja izobutana tz, snaga N koju stvara turbina povećava se za 1 kg/s potrošnje sekundarne rashladne tekućine. Istodobno, kako raste tg, količina isparenog izobutana opada na 1 kg/s potrošnje termalne vode.

Kako temperatura termalne vode raste, raste i optimalna temperatura isparavanja.

Na slici 3. prikazani su grafovi ovisnosti snage N koju stvara turbina o temperaturi isparavanja ts sekundarnog rashladnog sredstva pri različitim temperaturama termalne vode.

Za vodu visoke temperature (tt = 180ºS) razmatraju se superkritični ciklusi, kada je početni tlak pare pn= 3,8; 4,0; 4.2; i 5,0 MPa. Od njih, najučinkovitiji u smislu dobivanja maksimalne snage je superkritični ciklus, blizak takozvanom "trokutastom" ciklusu s početnim tlakom pn = 5,0 MPa. Tijekom ovog ciklusa, zbog minimalne temperaturne razlike između nosača topline i radnog fluida, temperaturni potencijal termalne vode se u najvećoj mjeri koristi. Usporedba ovog ciklusa sa subkritičnim (pn=3,4MPa) pokazuje da se snaga koju turbina proizvodi tijekom superkritičnog ciklusa povećava za 11%, gustoća protoka tvari koja ulazi u turbinu je 1,7 puta veća nego u ciklusu s pn =3 ,4 MPa, što će dovesti do poboljšanja transportnih svojstava rashladne tekućine i smanjenja veličine opreme (dovodnih cjevovoda i turbine) parnoturbinskog postrojenja. Osim toga, u ciklusu s pH = 5,0 MPa temperatura otpadne termalne vode t, koja se ubrizgava natrag u rezervoar, iznosi 42ºS, dok je u subkritičnom ciklusu s pH = 3,4 MPa temperatura tn = 55ºS.

Istodobno, povećanje početnog tlaka na 5,0 MPa u superkritičnom ciklusu utječe na cijenu opreme, posebno na cijenu turbine. Iako se dimenzije protočnog puta turbine smanjuju s povećanjem tlaka, istovremeno se povećava broj stupnjeva turbine, potrebna je razvijenija krajnja brtva i, što je najvažnije, povećava se debljina stijenki kućišta.

Za stvaranje superkritičnog ciklusa u tehnološkoj shemi GeoTPP-a potrebno je ugraditi pumpu na cjevovod koji povezuje kondenzator s izmjenjivačem topline.

No faktori poput povećanja snage, smanjenja veličine dovodnih cjevovoda i turbine te potpunijeg aktiviranja toplinskog potencijala termalne vode govore u prilog superkritičnom ciklusu.

U budućnosti je potrebno tražiti rashladne tekućine s nižom kritičnom temperaturom, što će omogućiti stvaranje superkritičnih ciklusa korištenjem termalnih voda s nižom temperaturom, budući da toplinski potencijal velike većine istraženih nalazišta u Rusiji ne prelazi 100÷120ºS. U tom smislu, najperspektivniji je R13B1 (trifluorobromometan) sa sljedećim kritičnim parametrima: tc = 66,9ºS; pk = 3,946 MPa; qk= 770 kg/m³.

Rezultati evaluacijskih proračuna pokazuju da je korištenje termalne vode temperature tk = 120ºS u primarnom krugu GeoTPP-a i stvaranje superkritičnog ciklusa s početnim tlakom pn = 5,0 MPa u sekundarnom krugu na freonu R13B1 također omogućuje povećanje snage turbine do 14% u odnosu na subkritični ciklus s početnim tlakom pn = 3,5 MPa.

Za uspješan rad GeoTPP-a potrebno je riješiti probleme povezane s pojavom korozije i naslaga soli, koji se u pravilu pogoršavaju povećanjem mineralizacije termalne vode. Najintenzivnije naslage soli nastaju zbog otplinjavanja termalne vode i zbog toga narušavanja ravnoteže ugljičnog dioksida.

U predloženoj tehnološkoj shemi, primarna rashladna tekućina cirkulira u zatvorenom krugu: rezervoar - proizvodna bušotina - površinski cjevovod - pumpa - injekciona bušotina - ležište, gdje su uvjeti za otplinjavanje vode minimizirani. Pritom je potrebno pridržavati se takvih termobaričnih uvjeta u površinskom dijelu primarnog kruga, koji sprječavaju otplinjavanje i taloženje karbonatnih naslaga (ovisno o temperaturi i salinitetu, tlak se mora održavati na 1,5 MPa i više).

Smanjenje temperature termalne vode također dovodi do taloženja nekarbonatnih soli, što su potvrdile studije provedene na geotermalnom lokalitetu Kayasulinsky. Dio istaloženih soli taložit će se na unutarnjoj površini injektne bušotine, a glavnina će se prenositi u zonu dna. Taloženje soli na dnu injektne bušotine pridonijet će smanjenju injektivnosti i postupnom smanjenju kružnog protoka, sve do potpunog zaustavljanja GCS-a.

Za sprječavanje korozije i stvaranja kamenca u GCS krugu može se koristiti učinkovit HEDPK (hidroksietiliden difosfonska kiselina) reagens, koji ima dugotrajni antikorozivni i anti-caling učinak površinske pasivacije. Obnova pasivizirajućeg sloja OEDFK provodi se periodičnim pulsirajućim ubrizgavanjem otopine reagensa u termalnu vodu na ušću proizvodne bušotine.

Za otapanje mulja soli koji će se nakupljati u zoni dna, a samim tim i za vraćanje injektivnosti injektne bušotine, vrlo učinkovit reagens je NMA (koncentrat kiselina niske molekularne mase), koji se također može povremeno unositi u cirkulirajuću termalnu vodu. u području prije pumpe za ubrizgavanje.

Stoga se iz navedenog može sugerirati da je jedan od obećavajućih pravaca razvoja toplinske energije unutrašnjosti zemlje njezina pretvorba u električnu energiju izgradnjom dvokružne GeoTPP na radnim sredstvima niskog vrenja. Učinkovitost takve pretvorbe ovisi o mnogim čimbenicima, posebice o izboru radnog fluida i parametrima termodinamičkog ciklusa sekundarnog kruga GeoTPP-a.

Rezultati računske analize ciklusa koji koriste različite nosače topline u sekundarnom krugu pokazuju da su najoptimalniji superkritični ciklusi, koji omogućuju povećanje snage turbine i učinkovitosti ciklusa, poboljšanje transportnih svojstava rashladne tekućine i potpunije podešavanje temperature rashladnog sredstva. početna termalna voda koja cirkulira u primarnom krugu GeoTPP-a.

Također je utvrđeno da je za visokotemperaturnu termalnu vodu (180ºS i više) najperspektivnije stvaranje superkritičnih ciklusa u sekundarnom krugu GeoTPP-a korištenjem izobutana, dok je za vode s nižom temperaturom (100÷120ºS i više). ), pri stvaranju istih ciklusa, najprikladniji nosač topline je freon R13B1.

Ovisno o temperaturi ekstrahirane termalne vode, postoji optimalna temperatura za isparavanje sekundarnog nosača topline, koja odgovara maksimalnoj snazi ​​koju stvara turbina.

U budućnosti je potrebno proučavati superkritične smjese, čija je uporaba kao radnog sredstva za geotermalne energetske cikluse najprikladnija, jer se odabirom sastava smjese lako mogu mijenjati njihova kritična svojstva ovisno o vanjskim uvjetima.

Drugi smjer u korištenju geotermalne energije je geotermalna opskrba toplinom, koja se dugo koristi na Kamčatki i Sjevernom Kavkazu za grijanje staklenika, grijanje i opskrbu toplom vodom u stambeno-komunalnom sektoru. Analiza svjetskog i domaćeg iskustva ukazuje na izglede opskrbe geotermalnom toplinom. Trenutno u svijetu rade geotermalni sustavi za opskrbu toplinom ukupne snage 17175 MW, a samo u SAD-u radi više od 200 tisuća geotermalnih instalacija. Prema planovima Europske unije, moć geotermalni sustavi Opskrba toplinom, uključujući dizalice topline, trebala bi se povećati sa 1300 MW u 1995. na 5000 MW u 2010. godini.

U SSSR-u su geotermalne vode korištene u Krasnodarskom i Stavropoljskom teritoriju, Kabardino-Balkariji, Sjevernoj Osetiji, Čečeno-Ingušetiji, Dagestanu, Kamčatskoj oblasti, Krimu, Gruziji, Azerbajdžanu i Kazahstanu. Godine 1988. proizvedeno je 60,8 milijuna m³ geotermalne vode, sada se u Rusiji proizvodi do 30 milijuna. m³ godišnje, što je ekvivalentno 150÷170 tisuća tona referentnog goriva. Istodobno, tehnički potencijal geotermalne energije, prema Ministarstvu energetike Ruske Federacije, iznosi 2950 milijuna tona referentnog goriva.

U proteklih 10 godina u našoj zemlji doživio je kolaps sustava istraživanja, razvoja i eksploatacije geotermalnih resursa. U SSSR-u znanstveni istraživački rad Zavodi Akademije znanosti, Ministarstva geologije i plinska industrija. Istraživanje, procjenu i odobravanje rezervi ležišta vršili su zavodi i područni odjeli Ministarstva geologije. Bušenje produktivnih bušotina, razvoj polja, razvoj tehnologija za reinjektiranje, pročišćavanje geotermalnih voda, rad geotermalnih sustava za opskrbu toplinom izveli su pododsjek Ministarstva plinske industrije. Uključuje pet regionalnih operativnih odjela, istraživačko-proizvodno udruženje Soyuzgeotherm (Makhachkala), koje je razvilo shemu za buduće korištenje geotermalnih voda SSSR-a. Projektiranje sustava i opreme za geotermalnu opskrbu toplinom izveo je Središnji istraživačko-projektni i eksperimentalni institut za inženjersku opremu.

Trenutno je prestao opsežan istraživački rad u području geotermije: od geoloških i hidrogeoloških studija do problema pročišćavanja geotermalnih voda. Ne provodi se istražno bušenje, ne vrši se razrada prethodno istraženih ležišta, ne modernizira se oprema postojećih geotermalnih sustava za opskrbu toplinom. Uloga državne uprave u razvoju geotermije je zanemariva. Geotermalni stručnjaci su raštrkani, njihovo iskustvo nije traženo. Analiza postojećeg stanja i perspektiva razvoja u novom ekonomskih uvjeta Rusija, učinimo to na primjeru Krasnodarskog teritorija.

Za ovu regiju, od svih obnovljivih izvora energije, najviše obećava korištenje geotermalnih voda. Slika 4 prikazuje prioritete korištenja obnovljive energije za opskrbu toplinom objekata na Krasnodarskom teritoriju.

Na Krasnodarskom teritoriju godišnje se proizvodi do 10 milijuna m³/godišnje geotermalne vode s temperaturom od 70÷100º C, što zamjenjuje 40÷50 tisuća tona organskog goriva (u smislu konvencionalnog goriva). U radu je 10 polja sa 37 bušotina, u razvoju je 6 polja s 23 bušotine. Ukupan broj geotermalnih bušotina77. 32 hektara grije se geotermalnim vodama. staklenici, 11 tisuća stanova u osam naselja, 2 tisuće ljudi je opskrbljeno toplom vodom. Istražene operativne rezerve geotermalnih voda regije procjenjuju se na 77,7 tisuća kubnih metara. m³/dan, ili kada radi za sezona grijanja-11,7 milijuna m³ po sezoni, predviđene rezerve, odnosno 165 tisuća. m³/dan i 24,7 mln. m³ po sezoni.

Jedno od najrazvijenijih geotermalnih polja Mostovskoye, 240 km od Krasnodara u podnožju Kavkaza, gdje je izbušeno 14 bušotina s dubinom od 1650÷1850m s protokom od 1500÷3300 m³ / dan, temperaturom na ušću od 67 ÷78º C, ukupni salinitet 0,9÷1, 9g/l. Po kemijski sastav geotermalna voda gotovo zadovoljava standarde za piti vodu. Glavni potrošač geotermalne vode iz ovog polja je staklenički kompleks površine do 30 hektara, u kojem je ranije radilo 8 bušotina. Trenutno se ovdje grije 40% površine staklenika.

Za opskrbu toplinom stambenih i upravnih zgrada naselja. Most 80-ih godina izgrađeno je geotermalno centralno grijanje (CHP) s procijenjenom toplinskom snagom od 5 MW, čiji je dijagram prikazan na sl. 5. Geotermalna voda u Centru za centralno grijanje dolazi iz dvije bušotine protoka od 45÷70 m³/h svaka i temperature 70÷74ºS u dva spremnika kapaciteta 300m³. Za iskorištavanje topline otpadne geotermalne vode ugrađene su dvije parno-kompresorske toplinske pumpe procijenjene toplinske snage 500 kW. Geotermalna voda koja se koristi u sustavima grijanja s temperaturom od 30÷35ºS prije jedinice toplinske pumpe (HPU) dijeli se u dva toka, od kojih se jedan hladi na 10ºS i odvodi u rezervoar, a drugi se zagrijava do 50ºS i vratio u spremnike. Jedinice toplinske pumpe proizvela je moskovska tvornica "Kompresor" na temelju rashladnih strojeva A-220-2-0.

Kontrola toplinske snage geotermalno grijanje u nedostatku vršnog ponovnog zagrijavanja, provodi se na dva načina: propuštanjem rashladne tekućine i ciklički. S potonjom metodom, sustavi se periodično pune geotermalnom rashladnom tekućinom uz istovremeno dreniranje ohlađene. Uz dnevno razdoblje grijanja Z, vrijeme grijanja Zn određuje se formulom

Zn = 48j/(1 + j), gdje je koeficijent toplinskog izlaza; projektna temperatura zraka u prostoriji, °C; te stvarna i izračunata vanjska temperatura zraka, °S.

Kapacitet spremnika geotermalnih sustava određuje se iz uvjeta osiguravanja normalizirane amplitude kolebanja temperature zraka u grijanim stambenim prostorijama (± 3 ° C) prema formuli.

gdje je kF toplinski učinak sustava grijanja po 1°C temperaturne razlike, W/°C; Z \u003d Zn + Zpp razdoblje rada geotermalnog grijanja; Zp trajanje pauze, h; Qp i Qp je izračunata i sezonska prosječna toplinska snaga sustava grijanja zgrade, W; c volumetrijski toplinski kapacitet geotermalne vode, J/(m³ ºS); n broj pokretanja geotermalnog grijanja po danu; k1 koeficijent gubitka topline u geotermalnom sustavu opskrbe toplinom; A1 amplituda temperaturnih fluktuacija u grijanoj zgradi, ºS; Rnom ukupni pokazatelj apsorpcije topline grijanih prostorija; Vc i Vts kapacitet sustava grijanja i toplinskih mreža, m³.

Tijekom rada dizalica topline, omjer protoka geotermalne vode kroz isparivač Gi i kondenzator Gk određuje se formulom:

Gdje je tk, to, t temperatura geotermalne vode nakon kondenzatora, sustava grijanja zgrade i HPI isparivača, ºS.

Treba napomenuti nisku pouzdanost korištenih dizajna dizalica topline, budući da su se njihovi radni uvjeti značajno razlikovali od uvjeta rada rashladnih strojeva. Omjer tlačnog i usisnog tlaka kompresora pri radu u načinu rada toplinske pumpe je 1,5÷2 puta veći od istog omjera u rashladni strojevi. Kvarovi klipnjače i klipne grupe, uljnih postrojenja i automatizacije doveli su do prijevremenog kvara ovih strojeva.

Kao rezultat nedostatka kontrole hidrološkog režima, rada geotermalnog polja Mostovskoye nakon 10 godina, tlak na ušću bušotine pao je 2 puta. Kako bi se obnovio ležišni tlak polja 1985.g. izbušene su tri injekcijske bušotine, izgrađena crpna stanica, ali njihov rad nije pozitivan rezultat zbog niske injektivnosti formacija.

Za najperspektivnije korištenje geotermalnih resursa u gradu Ust-Labinsku s populacijom od 50 tisuća ljudi, koji se nalazi 60 km od Krasnodara, razvijen je geotermalni sustav opskrbe toplinom s procijenjenom toplinskom snagom od 65 MW. Od tri vodopumpna horizonta odabrane su eocensko-paleocenske naslage dubine 2200÷2600m, temperature formacije 97÷100ºS, saliniteta 17÷24g/l.

Kao rezultat analize postojećih i perspektivnih toplinskih opterećenja u skladu sa shemom razvoja gradske toplinske energije, određena je optimalna, proračunska, toplinska snaga geotermalnog sustava opskrbe toplinom. Tehnička i ekonomska usporedba četiriju opcija (tri bez vršnih kotlova s ​​različitim brojem bunara i jedna s dogrijavanjem u kotlu) pokazala je da shema s vršnim kotlom (slika 6.) ima minimalno razdoblje povrata.

Geotermalnim sustavom opskrbe toplinom predviđena je izgradnja zapadnog i središnjeg zahvata termalne vode sa sedam injektnih bušotina. Način rada zahvata termalne vode s ponovnim ubrizgavanjem ohlađene rashladne tekućine. Dvokružni sustav opskrbe toplinom s vršnim zagrijavanjem u kotlovnici i ovisno pristupanje postojećih sustava grijanje zgrade. Kapitalna ulaganja u izgradnju ovog geotermalnog sustava iznosila su 5,14 milijuna kuna. trljati. (u cijenama iz 1984.), rok povrata 4,5 godine, procijenjena ušteda supstituiranog goriva 18,4 tisuće tona referentnog goriva godišnje.

Trošak električne energije proizvedene u geotermalnim elektranama.

Troškovi istraživanja i razvoja (bušenja) geotermalnih polja čine i do 50% ukupnih troškova GeoTPP-a, te je stoga trošak električne energije proizvedene u GeoPP-u prilično značajan. Dakle, trošak cjelokupne pilot-industrijske (OP) Verkhne-Mutnovskaya GeoPP [kapacitet 12 (3 × 4) MW] iznosio je oko 300 milijuna rubalja. Međutim, nepostojanje troškova prijevoza goriva, obnovljivost geotermalne energije i ekološka prihvatljivost proizvodnje električne i toplinske energije omogućuju geotermalnoj energiji da se uspješno natječe na energetskom tržištu i, u nekim slučajevima, proizvodi jeftiniju električnu energiju i toplinu od tradicionalnih IES i CHP . Za udaljena područja (Kamčatka, Kurilski otoci), GeoPP imaju bezuvjetnu prednost u odnosu na termoelektrane i dizelske stanice koje rade na uvozno gorivo.

Ako uzmemo u obzir Kamčatku kao primjer, gdje se više od 80% električne energije proizvodi u CHPP-1 i CHPP-2, radeći na uvoznom loživom ulju, tada je korištenje geotermalne energije isplativije. Čak i danas, kada je proces izgradnje i razvoja novih GeoPP-a na geotermalnom polju Mutnovsky još u tijeku, cijena električne energije na Verkhne-Mutnovskaya GeoPP je više od dva puta niža nego u CHPP u Petropavlovsk Kamchatsky. Trošak 1 kWh(e) na staroj GeoPP Pauzhetskaya je 2¸3 puta niži nego u CHPP-1 i CHPP-2.

Cijena 1 kWh električne energije na Kamčatki u srpnju 1988. bila je između 10 i 25 centi, a prosječna tarifa električne energije bila je 14 centi. U lipnju 2001 u istoj regiji cijena električne energije za 1 kWh kretala se od 7 do 15 centi. Početkom 2002 prosječna tarifa u OAO Kamchatskenergo bila je 3,6 rubalja. (12 centi). Jasno je da se gospodarstvo Kamčatke ne može uspješno razvijati bez smanjenja troškova potrošene električne energije, a to se može postići samo korištenjem geotermalnih resursa.

Sada, prilikom restrukturiranja energetskog sektora, vrlo je važno polaziti od stvarnih cijena goriva i opreme, kao i cijena energije za različite potrošače. Inače, možete doći do pogrešnih zaključaka i prognoza. Dakle, u strategiji razvoja gospodarstva regije Kamčatka, razvijenoj 2001. u Dalsetproektu, bez dovoljnog opravdanja, cijena 1000 m³ plina određena je na 50 dolara, iako je jasno da stvarni trošak plina neće biti niže od 100 USD, i trajanje razvoja plinska polja bit će 5÷10 godina. Istodobno, prema predloženoj strategiji, rezerve plina izračunavaju se za životni vijek ne duži od 12 godina. Stoga bi izgledi za razvoj energetskog sektora u regiji Kamčatka trebali biti povezani prvenstveno s izgradnjom niza geotermalnih elektrana na polju Mutnovsky [do 300 MW (e)], ponovnom opremom Pauzhetskaya GeoPP, čiji kapacitet bi trebao biti povećan na 20 MW, te izgradnja novih GeoPP-a. Potonji će osigurati energetsku neovisnost Kamčatke dugi niz godina (najmanje 100 godina) i smanjiti cijenu prodane električne energije.

Prema Svjetskom energetskom vijeću, od svih obnovljivih izvora energije, najviše niska cijena za 1 kWh na GeoPP-u (vidi tablicu).

Iz iskustva rada velikih GeoPP-ova na Filipinima, Novom Zelandu, Meksiku i SAD-u proizlazi da trošak 1 kWh električne energije često ne prelazi 1 cent, pri čemu treba imati na umu da je faktor iskorištenja energije na GeoPP-ovima doseže 0,95.

Geotermalna opskrba toplinom je najpovoljnija uz izravnu upotrebu geotermalne tople vode, kao i uz uvođenje toplinskih pumpi, koje mogu učinkovito koristiti toplinu zemlje s temperaturom od 10÷30ºS, tj. geotermalna toplina niskog stupnja. U sadašnjim gospodarskim uvjetima Rusije, razvoj opskrbe geotermalnom toplinom iznimno je težak. Dugotrajna sredstva moraju se ulagati u bušenje bušotina. Na Krasnodarskom teritoriju, s troškovima bušenja 1 m bušotine od 8 tisuća rubalja, njegova dubina je 1800 m, troškovi iznose 14,4 milijuna rubalja. S procijenjenim protokom bušotine od 70 m³ / h, aktiviranom temperaturnom razlikom od 30º C, 24-satni rad 150 dana. godišnje, stopa iskorištenja procijenjenog protoka tijekom sezone grijanja je 0,5, količina isporučene topline je 4385 MWh, odnosno u vrijednosti od 1,3 milijuna rubalja. po tarifi od 300 rubalja/(MWh). Ovom brzinom bušenje bušotina isplatit će se za 11 godina. Istodobno, u budućnosti je nesumnjiva potreba za razvojem ovog područja u energetskom sektoru.

Nalazi.

1. Gotovo u cijeloj Rusiji postoje jedinstvene rezerve geotermalne topline s temperaturama rashladne tekućine (voda, dvofazni protok i para) od 30 do 200º C.

2.Posljednjih godina u Rusiji, na temelju velikih temeljno istraživanje stvorene su geotermalne tehnologije koje mogu brzo osigurati učinkovita primjena topline zemlje u GeoPP i GeoTS za proizvodnju električne i toplinske energije.

3. Geotermalna energija treba zauzeti važno mjesto u ukupnoj bilanci korištenja energije. Konkretno, za restrukturiranje i ponovno opremanje energetske industrije regije Kamčatka i Kurilskih otoka i dijelom Primorja, Sibira i Sjeverni Kavkaz trebali biste koristiti vlastite geotermalne resurse.

4. Široko uvođenje novih shema opskrbe toplinom s toplinskim pumpama koje koriste izvore topline niske kvalitete smanjit će potrošnju fosilnih goriva za 20÷25%.

5. Za privlačenje investicija i kredita u energetski sektor potrebno je provoditi učinkovite projekte i jamčiti pravovremenu otplatu posuđenih sredstava, što je moguće samo uz potpunu i pravodobnu naplatu isporučene električne i toplinske energije potrošačima.

Bibliografija.

1. Pretvorba geotermalne energije u električnu energiju pomoću superkritičnog ciklusa u sekundarnom krugu. Abdulagatov I.M., Alkhasov A.B. „Termoenergetika.-1988. br. 4-str. 53-56".

2. Salamov A.A. "Geotermalne elektrane u energetskom sektoru svijeta" Termoenergetika 2000. br. 1-str. 79-80"

3. Toplina Zemlje: Iz izvješća "Izgledi razvoja geotermalnih tehnologija" Ekologija i život-2001-br.6-str 49-52.

4. Tarnizhevsky B.V. "Stanje i izgledi za korištenje obnovljivih izvora energije u Rusiji" Industrijska energija-2002-br.1-str. 52-56 (prikaz, stručni).

5. Kuznetsov V.A. "Mutnovskaya geotermalna elektrana" Elektrane-2002-№1-str. 31-35 (prikaz, stručni).

6. Butuzov V.A. "Geotermalni sustavi opskrbe toplinom na Krasnodarskom teritoriju" Energy Manager-2002-br.1-str.14-16.

7. Butuzov V.A. "Analiza geotermalnih sustava opskrbe toplinom u Rusiji" Industrijska energija-2002-br.6-str.53-57.

8. Dobrokhotov V.I. "Korištenje geotermalnih resursa u energetskom sektoru Rusije" Termoenergetika-2003-№1-p.2-11.

9. Alkhasov A.B. "Poboljšanje učinkovitosti korištenja geotermalne topline" Termoenergetika-2003-br.3-str.52-54.

Izvori geotermalne energije u Rusiji imaju značajan industrijski potencijal, uključujući i energiju. Zalihe topline Zemlje s temperaturom od 30-40 °C (slika 17.20, vidi umetak u boji) dostupne su gotovo u cijeloj Rusiji, au nekim regijama postoje geotermalni resursi s temperaturama do 300 °S. Ovisno o temperaturi, geotermalni resursi se koriste u različitim sektorima nacionalnog gospodarstva: elektroenergetici, grijanju, industriji, poljoprivredi, balneologiji.

Pri temperaturama geotermalnih izvora iznad 130°C moguće je dobiti električnu energiju na jednokružno geotermalne elektrane(GeoES). Međutim, brojne regije Rusije imaju značajne rezerve geotermalnih voda s nižom temperaturom od oko 85 °C i više (slika 17.20, vidi umetak u boji). U tom slučaju moguće je dobiti električnu energiju na GeoPP-u binarnim ciklusom. Binarne elektrane su dvokružne stanice koje koriste vlastiti radni fluid u svakom krugu. Binarne stanice se također ponekad nazivaju stanicama s jednom petljom koje rade na mješavini dviju radnih fluida - amonijaka i vode (slika 17.21, vidi umetak u boji).

Prve geotermalne elektrane u Rusiji izgrađene su na Kamčatki 1965-1967: Pauzhetskaya GeoPP, koja radi i trenutno proizvodi najviše jeftina struja na Kamčatki, i Paratunskaya GeoPP s binarnim ciklusom. U budućnosti je u svijetu izgrađeno oko 400 GeoPP-ova s ​​binarnim ciklusom.

Godine 2002. na Kamčatki je puštena u rad Mutnovskaya GeoPP s dvije elektrane ukupne snage 50 MW.

Tehnološka shema elektrane predviđa korištenje pare dobivene dvostupanjskim odvajanjem mješavine pare i vode uzete iz geotermalnih bušotina.

Nakon odvajanja, para s tlakom od 0,62 MPa i stupnjem suhoće od 0,9998 ulazi u dvoprotočnu parnu turbinu s osam stupnjeva. Upareno sa Parna turbina radi generator nazivne snage 25 MW i napona 10,5 kV.

Kako bi se osigurala čistoća okoliša, tehnološka shema elektrane predviđa sustav za pumpanje kondenzata i odvajanje natrag u slojeve zemlje, kao i sprječavanje emisije sumporovodika u atmosferu.

Geotermalni resursi se naširoko koriste za opskrbu toplinom, posebno kada se izravno koristi vruća geotermalna voda.

Uz dizalice topline treba koristiti geotermalne izvore topline niskog potencijala s temperaturom od 10 do 30 °C. Toplinska pumpa je stroj dizajniran za prijenos unutarnje energije iz rashladne tekućine s niskom temperaturom na rashladnu tekućinu s visoka temperatura korištenje vanjske sile za obavljanje posla. Princip rada toplinske pumpe temelji se na obrnutom Carnotovom ciklusu.

Toplinska pumpa, koja troši) kW električne energije, daje sustavu za opskrbu toplinom od 3 do 7 kW toplinske snage. Omjer transformacije varira ovisno o temperaturi geotermalnog izvora niske kvalitete.

Toplinske pumpe se široko koriste u mnogim zemljama svijeta. Najsnažnija elektrana toplinske pumpe radi u Švedskoj s toplinskim kapacitetom od 320 MW i koristi toplinu Baltičkog mora.

Učinkovitost korištenja dizalice topline određena je uglavnom omjerom cijena električne i toplinske energije, kao i omjerom transformacije, koji pokazuje koliko se puta više toplinske energije proizvodi u odnosu na utrošenu električnu (ili mehaničku) energiju.

Najekonomičniji rad dizalica topline je u razdoblju minimalnih opterećenja u elektroenergetskom sustavu, čiji rad može doprinijeti usklađivanju rasporeda električno opterećenje elektroenergetski sustavi.

Literatura za samostalno učenje

17.1.Korištenje energija vode: udžbenik za sveučilišta / ur. Yu.S. Vasiljev. -
4. izd., revidirano. i dodatni Moskva: Energoatomizdat, 1995.

17.2.Vasiljev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubyshkin L.I. Hidroenergetsko rješenje
zadataka na računalu. Moskva: Energoatomizdat, 1987.

17.3.Neporozhny P.S., Obrezkov V.I. Uvod u specijalnost. hidroelektrana
tikovina: tutorial za sveučilišta. - 2. izd. Revidirano. i dodatni M: Energoatomizdat,
1990.

17.4. Vodoenergetski i vodoprivredni proračuni: udžbenik za sveučilišta /
izd. U I. Vissarionov. Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 2001.

17.5.Izračun resursi sunčeve energije: udžbenik za sveučilišta / ur.
U I. Vissarionov. Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 1997.

17.6 Resursi i učinkovitost obnovljivih izvora energije
u Rusiji / Tim autora. Sankt Peterburg: Nauka, 2002.

17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Vjetroelektrana u Rusiji. država
i perspektive razvoja. Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 1996.

17.8.Izračun Izvori energije vjetra: udžbenik za sveučilišta / ur. U I. wissa
rionova. Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 1997.

17.9. Mutnovsky geotermalni električni kompleks na Kamčatki / O.V. Britvin,