Dvojokruhové geotermálne tepelné elektrárne. Schéma, popis. Obnoviteľné zdroje energie. Výpočet, typy a úlohy geotermálnej elektrárne Výpočet tepelnej schémy geoelektrárne

Téma: Výpočet tepelnej schémy geotermálnej elektrárne

Geotermálna elektráreň pozostáva z dvoch turbín:

prvá pracuje na nasýtenej vodnej pare získanej pri expanzii

telo. Elektrická energia - N ePT = 3 MW;

druhý - pracuje na nasýtenej pare freónu - R11, ktorá sa používa

ryatsya v dôsledku tepla vody odstránenej z expandéra. Elektrické

moc - N eHT, MW.

Voda z geotermálnych vrtov s teplotou t gv = 175 °С po

ide do expandéra. Expandér generuje suchú nasýtenú paru s

o 25 stupňov chladnejšie t stráže Táto para sa posiela do jazdného pruhu

turbína. Zvyšná voda z expandéra ide do výparníka, kde

ochladený o 60 stupňov a prečerpaný späť do studne. Nie dobré-

rev v odparke - 20 st. Pracovné orgány sa rozširujú -

v turbínach a vstupujú do kondenzátorov, odkiaľ sú chladené vodou z

rieky s teplotou t xv \u003d 5 ° С. Ohrev vody v kondenzátore je

10 ºС a podchladenie na teplotu nasýtenia 5 ºС.

Relatívna vnútorná účinnosť turbíny ç oi= 0,8. Elektromechanické

kalová účinnosť turbogenerátorov çem = 0,95 .

Definuj:

elektrická energia turbíny pracujúcej na freón - N eChT a

celková kapacita GeoTPP;

spotreba pracovných kvapalín pre obe turbíny;

prietok vody zo studne;

Účinnosť GeoTPP.

Zoberte počiatočné údaje z tabuľky 3 podľa možností.

Tabuľka 3

Východiskové údaje pre úlohu č.3

VÝSTUPY

3. Určte entalpie v charakteristických bodoch:

4. Vypočítame dostupný tepelný spád v turbíne:

Pia Pia

5. Nájdeme skutočný pokles tepla v turbíne:

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

6. Spotreba pary (vody z geotermálneho vrtu) na vodu

turbínu nájdeme podľa vzorca:

DoPT =

NiPT ⋅ç Em

5,3kg /s .

7. Prietok vody z geotermálneho vrtu do výparníka a

celý GeoTPP vo všeobecnosti možno nájsť zo systému rovníc:

PT ISP

Pri riešení tohto systému zistíme:

7.1 prietok vody z geotermálneho vrtu do výparníka:

hHW −hp

2745,9 − 733,25

733,25 − 632, 25

7.2 tok vody z geotermálneho vrtu vo všeobecnosti

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

8. Spotreba freónu v druhej turbíne sa zistí z rovnice tepla

súvaha:

ISP OUT XT XT

kde ç a= 0,98 - Účinnosť výparníka.

⋅ç a ⋅

hp −hout

105,6 ⋅ 0,98 ⋅

632,25 − 376,97

114,4kg /s .

9. Elektrický výkon druhej turbíny, ktorá beží na chladenie

Hotovo, je určené podľa vzorca:

kde HiXT = (hp −h XT)ç oi- skutočný pokles tepla v sekunde

XT XT T

10. Celkový elektrický výkon GeoTPP sa bude rovnať:

GeoTES HT

11. Nájdite faktor účinnosti GeoTPP:

ç GeoTPP

GeoTPP

D −h

⎜ ⎜D

N eGeoTPP

⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞

⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠

VÝPOČET GEOTERMÁLNEJ ELEKTRÁRNE

Tepelnú schému geotermálnej elektrárne binárneho typu vypočítame podľa.

Naša geotermálna elektráreň pozostáva z dvoch turbín:

Prvý funguje na nasýtenej vodnej pare získanej v expandéri. Elektrická energia - ;

Druhý pracuje na nasýtenú paru freónu R11, ktorá sa odparuje pôsobením tepla vody odvádzanej z expandéra.

Voda z geotermálnych vrtov s tlakom pgw a teplotou tgw vstupuje do expandéra. Expandér generuje suchú nasýtenú paru pri tlaku pp. Táto para sa posiela do parnej turbíny. Zvyšná voda z expandéra ide do výparníka, kde sa ochladí a končí späť do studne. Teplotný rozdiel v odparke = 20°C. Pracovné kvapaliny expandujú v turbínach a vstupujú do kondenzátorov, kde sú ochladzované vodou z rieky s teplotou txw. Ohrev vody v kondenzátore = 10°C a podchladenie na teplotu nasýtenia = 5°C.

Relatívna vnútorná účinnosť turbín. Elektromechanická účinnosť turbogenerátorov = 0,95.

Počiatočné údaje sú uvedené v tabuľke 3.1.

Tab. 3.1. Počiatočné údaje pre výpočet GeoPP

Schematický diagram GeoPP binárneho typu (obr. 3.2).

Ryža. 3.2.

Podľa schémy na obr. 3.2 a počiatočné údaje vykonávame výpočty.

Výpočet schémy parnej turbíny pracujúcej na suchú nasýtenú paru

Teplota pary na vstupe do kondenzátora turbíny:

kde je teplota chladiacej vody na vstupe do kondenzátora; - ohrev vody v kondenzátore; je teplotný rozdiel v kondenzátore.

Tlak pary v kondenzátore turbíny sa určuje z tabuliek vlastností vody a pary:

Dostupný pokles tepla do turbíny:

kde je entalpia suchej nasýtenej pary na vstupe do turbíny; - entalpia na konci procesu teoretickej expanzie pary v turbíne.

Prúdenie pary z expandéra do parnej turbíny:

kde je relatívna vnútorná účinnosť pary turbíny; - elektromechanická účinnosť turbogenerátorov.

Výpočet Geo Expander termálna voda

Rovnica tepelná bilancia expandér

kde je prietok geotermálnej vody z vrtu; - entalpia geotermálnej vody z vrtu; - prietok vody z expandéra do výparníka; - entalpia geotermálnej vody na výstupe z expandéra. Zisťuje sa z tabuliek vlastností vody a vodnej pary ako entalpia vriacej vody.

Rozšírte rovnicu materiálovej bilancie

Spoločným riešením týchto dvoch rovníc je potrebné určiť a.

Teplota geotermálnej vody na výstupe z expandéra sa určí z tabuliek vlastností vody a vodnej pary ako teplota nasýtenia pri tlaku v expandéri:

Stanovenie parametrov v charakteristických bodoch tepelného okruhu turbíny pracujúcej vo freóne

Teplota pary freónu na vstupe do turbíny:

Teplota pary freónu na výstupe z turbíny:

Entalpia pár freónu na vstupe do turbíny je určená p-h diagram pre freón na saturačnej línii pri:

240 kJ/kg.

Entalpia pár freónu na výstupe z turbíny sa určí z p-h diagramu pre freón v priesečníku čiar a teplotnej čiary:

220 kJ/kg.

Entalpia vriaceho freónu na výstupe z kondenzátora sa určí z p-h diagramu pre freón na krivke pre vriacu kvapalinu podľa teploty:

215 kJ/kg.

Výpočet výparníka

Teplota geotermálnej vody na výstupe z výparníka:

Rovnica tepelnej bilancie výparníka:

kde je tepelná kapacita vody. Prijať = 4,2 kJ / kg.

Z tejto rovnice je potrebné určiť.

Výpočet výkonu turbíny pracujúcej na freón

kde je relatívna vnútorná účinnosť freónovej turbíny; - elektromechanická účinnosť turbogenerátorov.

Určenie výkonu čerpadla na čerpanie geotermálnej vody do vrtu

kde - účinnosť čerpadla, akceptuje sa 0,8; - priemerný špecifický objem geotermálnej vody.

Cvičenie #6

Cieľ: zoznámiť sa s princípom fungovania GeoTPP a technológií premeny tepelnej energie oceánov (OTEC), ako aj s metodikou ich výpočtu.

Trvanie lekcie- 2 hodiny

Pracovný postup:

1. Na základe teoretickej časti práce sa oboznámte s princípom fungovania GeoTPP a technológiami premeny tepelnej energie oceánu (PTEC.

2. V súlade s individuálnou úlohou riešiť praktické úlohy.

1. TEORETICKÁ ČASŤ

Využitie oceánskej tepelnej energie

Technológia konverzie tepelnej energie oceánov (OTEC) generuje elektrinu z teplotného rozdielu medzi teplou a studenou oceánskou vodou. Studená voda sa čerpá potrubím z hĺbky viac ako 1000 metrov (z miesta, kam sa slnečné lúče nikdy nedostanú). Systém využíva aj teplú vodu z oblasti blízko hladiny oceánu. vyhrievaný slnečné lúče Voda prechádza cez výmenník tepla s chemikáliami s nízkym bodom varu, ako je amoniak, ktorý vytvára chemickú paru, ktorá poháňa turbíny generátorov energie. Para sa potom kondenzuje späť do kvapalnej formy pomocou chladenej vody z hlbín oceánu. Tropické oblasti sa považujú za najlepšie miesto na umiestnenie systémov PTEC. Je to spôsobené väčším teplotným rozdielom medzi vodou v plytkej vode a v hĺbke.

Na rozdiel od veterných a solárnych fariem dokážu oceánske tepelné elektrárne vyrábať čistú elektrinu 24 hodín denne, 365 dní v roku. Jediným vedľajším produktom takýchto energetických blokov je studená voda, ktorú je možné použiť na chladenie a klimatizáciu v administratívnych a obytných budovách v blízkosti elektrárne.

Použitie geotermálnej energie

Geotermálna energia je energia získaná z prirodzeného tepla Zeme. Toto teplo je možné dosiahnuť pomocou studní. Geotermálny gradient vo vrte sa zvyšuje o 1°C každých 36 metrov. Toto teplo je dodávané na povrch vo forme pary resp horúca voda. Takéto teplo je možné využiť ako priamo na vykurovanie domov a budov, tak aj na výrobu elektriny.

Podľa rôznych odhadov je teplota v strede Zeme najmenej 6650 °C. Rýchlosť ochladzovania Zeme je približne rovná 300-350 °C za miliardu rokov. Zem vyžaruje 42·10 12 W tepla, z čoho 2 % absorbuje kôra a 98 % plášť a jadro. Moderná technológia neumožňuje dosiahnuť teplo, ktoré sa uvoľňuje príliš hlboko, ale aj 84 000 000 000 W (2 %) dostupnej geotermálnej energie dokáže zabezpečiť potreby ľudstva na dlhú dobu. Oblasti okolo okrajov kontinentálnych platní sú najlepším miestom na výstavbu geotermálnych rastlín, pretože kôra v takýchto oblastiach je oveľa tenšia.

Existuje niekoľko spôsobov, ako získať energiu v GeoTPP:

· Priama schéma: para sa posiela potrubím do turbín pripojených k elektrickým generátorom;

· Nepriamy okruh: podobný priamemu okruhu, ale pred vstupom do potrubia sa para očistí od plynov, ktoré spôsobujú zničenie potrubia;

· Zmiešaný okruh: podobný priamemu okruhu, ale po kondenzácii sú z vody odstránené plyny, ktoré sa v ňom nerozpustili.

2. PRAKTICKÁ ČASŤ

Úloha 1. Určite počiatočnú teplotu t2 a množstvo geotermálnej energie E o (J) hrúbka vodonosnej vrstvy h km v hĺbke z km, ak sú uvedené charakteristiky rezervoárovej horniny: hustota p gr \u003d 2700 kg / m 3; pórovitosť a = 5 %; špecifické teplo C gr = 840 J/(kg K). teplotný gradient (dT/dz) v °C / km, vyberte podľa tabuľky možností úloh.

Priemerná povrchová teplota t o trvať 10 °С. Špecifická tepelná kapacita vody Od do = 4200 J/(kg K); hustota vody ρ \u003d 1 10 3 kg / m 3. Vypočítajte vzhľadom na plochu F \u003d 1 km 2. Minimálna prípustná teplota tvorby sa berie rovná t1= 40 °C.

Určite aj časovú konštantu odberu tepelnej energie o (roky), kedy je voda vháňaná do vodojemu a jej spotreba V \u003d 0,1 m 3 / (s km 2). Aká bude tepelná energia získaná na začiatku (dE/dz) τ =0 a po 10 rokoch (dE/dz) τ =10?

Úloha 1 je venovaná tepelnému potenciálu geotermálnej energie sústredenej v prírodných zvodnených vrstvách v hĺbke z (km) od zemského povrchu. Typická hrúbka vodonosnej vrstvy h (km) menšia hĺbka jeho výskyt. Vrstva má pórovitú štruktúru – horniny majú póry vyplnené vodou (pórovitosť sa odhaduje koeficientom α). Priemerná hustota tvrdý rock zemská kôra p gr \u003d 2700 kg / m 3 a koeficient tepelnej vodivosti λ gr \u003d 2 W / (m K). Zmena teploty zeme smerom k zemskému povrchu je charakterizovaná teplotným gradientom (dT/dz), meraným v °C/km alebo K/km.

Najbežnejšie na zemeguli sú oblasti s normálnym teplotným gradientom (menej ako 40 ° C / km) s hustotou tepelných tokov vystupujúcich smerom k povrchu ≈ 0,06 W / m2. Ekonomická realizovateľnosť získavania tepla z útrob Zeme je tu nepravdepodobná.

V polotepelnom oblastiach je teplotný gradient 40-80 °C/km. Tu je vhodné využiť teplo čriev na vykurovanie, v skleníkoch, v balneológii.

V hypertermálnej oblastiach (v blízkosti hraníc platforiem zemskej kôry) je gradient viac ako 80 °C/km. Tu je účelné vybudovať GeoTPP.

Pri známom teplotnom gradiente je možné určiť teplotu zvodnenej vrstvy pred začiatkom jej prevádzky:

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

kde T o je teplota na povrchu Zeme, K (°C).

Vo výpočtovej praxi sa charakteristiky geotermálnej energie zvyčajne vzťahujú na 1 km 2 povrchu F.

Tepelná kapacita zásobníka C pl (J / K) môže byť určená rovnicou

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

kde pin a Cin sú hustota a izobarické špecifické teplo

p gr a C gr - hustota a merná tepelná kapacita pôdy (formačné horniny); zvyčajne p gr \u003d 820-850 J / (kg K).

Ak nastavíte minimálnu prípustnú teplotu, pri ktorej môžete použiť termálna energia zásobník T 1 (K), potom je možné odhadnúť jeho tepelný potenciál do začiatku prevádzky (J):

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

Časovú konštantu zásobníka τ 0 (možný čas jeho využívania, roky) v prípade odoberania tepelnej energie prečerpávaním vody do neho s objemovým prietokom V (m 3 / s) možno určiť rovnicou:

τ 0 \u003d C pl / (V ρ v C in)

Predpokladá sa, že tepelný potenciál nádrže sa počas jej vývoja mení podľa exponenciálneho zákona:

E=E 0 e -(τ / τ o)

kde τ je počet rokov od začiatku prevádzky;

e je základ prirodzených logaritmov.

Tepelný výkon geotermálnej nádrže v čase τ (roky od začiatku výstavby) vo W (MW):

Úloha 2 Predpokladá sa, že skutočná účinnosť η oceánska tepelná elektráreň využívajúca teplotný rozdiel povrchových a hlbokých vôd (T 1 -T 2) = ∆T a pracujúca podľa Rankinovho cyklu je polovičná tepelná účinnosť elektrárne pracujúcej podľa Carnotovho cyklu, η t k . Odhadnite možnú hodnotu skutočnej účinnosti OTES, ktorej pracovnou kvapalinou je amoniak, ak je teplota vody na povrchu oceánu t , °С a teplota vody v hĺbke oceánu t2 , °С. Aké výdavky teplá voda V , m/h budú potrebné pre OTES s kapacitou N MW?

Úloha 2 je venovaná perspektívam využitia teplotného rozdielu medzi povrchovou a hlbokomorskou vodou na výrobu elektriny v OTES fungujúcom podľa známeho Rankinovho cyklu. Ako pracovná kvapalina sa predpokladá použitie látok s nízkou teplotou varu (amoniak, freón). V dôsledku malých teplotných rozdielov (∆T=15÷26 o C) je tepelná účinnosť zariadenia pracujúceho podľa Carnotovho cyklu len 5-9%. Skutočná účinnosť elektrárne pracujúcej na Rankinovom cykle bude polovičná. Výsledkom je, že na získanie podielu relatívne malých kapacít na OTES sú potrebné veľké spotreby „teplej“ a „studenej“ vody a následne veľké priemery vstupných a výstupných potrubí.

Q 0 = p V C p ∆T,

kde p je hustota morská voda, kg/m3;

C p - hmotnostná tepelná kapacita morskej vody, J / (kg K);

V - objemový prietok vody, m 3 / s;

∆T \u003d T 1 -T 2 - teplotný rozdiel medzi povrchovými a hlbokými vodami

(rozdiel teplôt cyklu) v °C alebo K.

V ideálnom teoretickom Carnotovom cykle možno mechanický výkon N 0 (W) definovať ako

N 0 \u003d η t k Q o,

alebo berúc do úvahy (1) a výraz pre tepelnú účinnosť Carnotovho cyklu η t k:

N 0 \u003d p C p V (∆T) 2 /T 1.

Úloha 3 Dvojokruhová parovodná geotermálna elektráreň s elektrickou energiou N prijíma teplo z vody z geotermálnych vrtov s teplotou t gs . Suchá nasýtená para na výstupe z parogenerátora má teplotu o 20 0 C nižšiu ako t gs . Para expanduje v turbíne a vstupuje do kondenzátora, odkiaľ je ochladzovaná vodou životné prostredie s teplotou t xv . Chladiaca voda sa ohrieva v kondenzátore o 12 0 C. Kondenzát má teplotu o 20 0 C vyššiu ako t xv . Geotermálna voda opúšťa parný generátor s teplotou o 15 0 C vyššou ako kondenzát. Relatívny vnútorný koeficient turbíny η oi , elektrická účinnosť turbogenerátora η e = 0,96. Určte tepelnú účinnosť Rankinovho cyklu, prietok pary a merná spotreba teplo, prúd vody z geotermálnych vrtov a z prostredia.

V jednookruhovej parnej turbíne GeoTEP je entalpia suchej nasýtenej pary po separácii určená teplotou geotermálnej vody t gw. Z tabuliek termodynamických vlastností vody a vodnej pary alebo h-s diagramov. V prípade dvojokruhového GeoTEU sa berie do úvahy teplotný rozdiel v parogenerátore Δt. V opačnom prípade sa výpočet vykonáva ako pre solárnu parnú turbínu TPP.

Spotreba pary sa určí z pomeru

kg/s,

kde η t je tepelná účinnosť cyklu,

η оі - relatívna vnútorná účinnosť turbíny,

η e je elektrická účinnosť turbogenerátora,

N je výkon GeoTEU, kW,

Prietok teplej vody z geotermálnych vrtov sa určí zo vzorca

, kg/s,

spotreba studená voda od životného prostredia až po kondenzáciu pary

, kg/s,

kde c = 4,19 kJ/kg∙K je tepelná kapacita vody,

η pg je účinnosť generátora pary,

Δt pg – teplotný rozdiel geotermálnej vody v parogenerátore, 0 С,

Δt xv - pokles teploty studenej vody v kondenzátore, 0 C.

Výpočet GeoTEU s nízkovriacimi a zmiešanými pracovnými kvapalinami sa vykonáva pomocou tabuliek termodynamických vlastností a h-s diagramov pár týchto kvapalín.

geotermálnej energie

Abstraktné.

Úvod.

Náklady na elektrickú energiu vyrobenú geotermálnymi elektrárňami.

Bibliografia.

Abstraktné.

Tento príspevok predstavuje históriu rozvoja geotermálnej energie tak na celom svete, ako aj u nás, v Rusku. Urobila sa analýza využitia hlbinného tepla Zeme na jeho premenu na elektrickú energiu, ako aj na zásobovanie miest a obcí teplom a teplou vodou v takých regiónoch našej krajiny, ako sú Kamčatka, Sachalin a Severný Kaukaz. Rozvoj geotermálnych ložísk, výstavba elektrární a doby ich návratnosti boli ekonomicky zdôvodnené. Porovnaním energií geotermálnych zdrojov s inými druhmi zdrojov elektriny získame perspektívy rozvoja geotermálnej energie, ktorý by mal dôležité miesto v celkovej bilancii spotreby energie. Najmä na reštrukturalizáciu a nové vybavenie energetického priemyslu v regióne Kamčatka a Kurilské ostrovy, čiastočne Primorye a Severný Kaukaz, by sa mali využívať ich vlastné geotermálne zdroje.

Úvod.

Hlavnými smermi rozvoja výrobných kapacít v energetike krajiny v blízkej budúcnosti sú technické prevybavenie a rekonštrukcia elektrární, ako aj spúšťanie nových výrobných kapacít. V prvom rade ide o výstavbu zariadení s kombinovaným cyklom s účinnosťou 5560 %, čím sa zvýši účinnosť existujúcich tepelných elektrární o 2540 %. Ďalšou etapou by mala byť výstavba tepelných elektrární s využitím nových technológií spaľovania tuhých palív as nadkritickými parametrami pary na dosiahnutie faktora účinnosti TPP 46-48%. Ďalej sa budú rozvíjať jadrové elektrárne s novými typmi tepelných a rýchlych neutrónových reaktorov.

Významné miesto pri formovaní ruského energetického sektora zaujíma sektor zásobovania teplom krajiny, ktorý je najväčší z hľadiska objemu spotrebovaných energetických zdrojov, viac ako 45% ich celkovej spotreby. Systémy centrálneho zásobovania teplom (CZT) produkujú viac ako 71 % a decentralizované zdroje produkujú približne 29 % všetkého tepla. Viac ako 34 % všetkého tepla dodávajú elektrárne, približne 50 % kotolne. V súlade s energetickou stratégiou Ruska do roku 2020. plánuje sa minimálne 1,3-násobné zvýšenie spotreby tepla v krajine a podiel decentralizovaného zásobovania teplom sa zvýši z 28,6 % v roku 2000 na r. až 33 % v roku 2020

Nárast cien, ktorý nastal v posledných rokoch pri fosílnych palivách (plyn, vykurovací olej, motorová nafta) a jej preprava do odľahlých oblastí Ruska a teda objektívne zvýšenie predajných cien elektrickej a tepelnej energie zásadne mení postoj k využívaniu obnoviteľných zdrojov energie: geotermálnej, veternej, slnečnej.

Rozvoj geotermálnej energie v určitých regiónoch krajiny teda už dnes umožňuje vyriešiť problém dodávok elektriny a tepla, najmä na Kamčatke, na Kurilských ostrovoch, ako aj na severnom Kaukaze v určitých oblastiach Sibíri. a európska časť Ruska.

Medzi hlavné smery skvalitňovania a rozvoja sústav zásobovania teplom by malo patriť rozšírenie využívania lokálnych netradičných obnoviteľných zdrojov energie a v prvom rade geotermálne teplo zem. Už v najbližších 7-10 rokoch s pomocou moderné technológie lokálne zásobovanie teplom vďaka tepelnému teplu možno ušetriť značné zdroje fosílnych palív.

V poslednom desaťročí zažíva využívanie netradičných obnoviteľných zdrojov energie (NRES) vo svete skutočný boom. Rozsah použitia týchto zdrojov sa niekoľkonásobne zvýšil. Tento smer sa v porovnaní s inými oblasťami energetiky rozvíja najintenzívnejšie. Príčin tohto javu je niekoľko. V prvom rade je zrejmé, že éra lacných tradičných nosičov energie sa nenávratne skončila. V tejto oblasti existuje len jeden trend – rast cien všetkých ich druhov. Nemenej významná je túžba mnohých krajín, ktoré sú zbavené svojej palivovej základne po energetickej nezávislosti. Významnú úlohu zohrávajú environmentálne hľadiská, vrátane emisií škodlivých plynov. Aktívnu morálnu podporu využívania obnoviteľných zdrojov energie poskytuje obyvateľstvo vyspelých krajín.

Z týchto dôvodov je rozvoj obnoviteľnej energie v mnohých štátoch prioritnou úlohou technickej politiky v oblasti energetiky. V mnohých krajinách je táto politika implementovaná prostredníctvom prijatého legislatívneho a regulačného rámca, ktorý vytvára právne, ekonomické a organizačné základy pre využívanie obnoviteľnej energie. Ekonomické základy spočívajú najmä v rôznych opatreniach na podporu obnoviteľnej energie v štádiu ich rozvoja energetického trhu (daňové a úverové výhody, priame dotácie atď.)

V Rusku praktické využitie OZE výrazne zaostávajú za poprednými krajinami. Neexistuje legislatívna resp normatívna základňa ako aj štátna ekonomická podpora. To všetko mimoriadne sťažuje prax v tejto oblasti. Hlavným dôvodom inhibičných faktorov sú dlhotrvajúce ekonomické problémy v krajine a v dôsledku toho ťažkosti s investíciami, nízky dopyt po solventnosti, nedostatok financií na potrebný rozvoj. Niektoré práce a praktické opatrenia na využitie obnoviteľnej energie u nás sa však realizujú (geotermálna energia). Parno-hydrotermálne ložiská v Rusku sú dostupné iba na Kamčatke a na Kurilských ostrovoch. Geotermálna energia preto v budúcnosti nemôže zaujať významné miesto v energetickom sektore krajiny ako celku. Dokáže však radikálne a na najhospodárnejšom základe vyriešiť problém dodávok energie do týchto regiónov, ktoré využívajú drahé dovážané palivá (topný olej, uhlie, nafta) a sú na pokraji energetickej krízy. Potenciál paro-hydrotermálnych ložísk na Kamčatke je schopný poskytnúť rôzne zdroje inštalovaný výkon od 1000 do 2000 MW elektrickej energiečo výrazne presahuje potreby tohto regiónu v dohľadnej budúcnosti. Sú tu teda reálne vyhliadky na rozvoj geotermálnej energie.

História vývoja geotermálnej energie.

Spolu s obrovskými zásobami fosílnych palív má Rusko značné zásoby zemského tepla, ktoré môžu znásobiť geotermálne zdroje nachádzajúce sa v hĺbke 300 až 2500 m, predovšetkým v zlomových zónach zemskej kôry.

Územie Ruska je dobre preskúmané a dnes sú známe hlavné zdroje zemského tepla, ktoré majú významný priemyselný potenciál vrátane energetiky. Navyše takmer všade sú zásoby tepla s teplotou 30 až 200°C.

Ešte v roku 1983 vo VSEGINGEO bol zostavený atlas zdrojov termálnych vôd ZSSR. V našej krajine bolo preskúmaných 47 geotermálnych ložísk so zásobami termálnych vôd, ktoré umožňujú získať viac ako 240 10³ m³ / deň. Dnes sa v Rusku špecialisti z takmer 50 vedeckých organizácií zaoberajú problémami využívania tepla zeme.

Na využitie geotermálnych zdrojov bolo vyvŕtaných viac ako 3000 vrtov. Náklady na geotermálny výskum a vrtné práce už vykonané v tejto oblasti, v r moderné ceny je viac ako 4 miliardy. dolárov. Takže na Kamčatke už bolo vyvŕtaných 365 vrtov v geotermálnych poliach s hĺbkou 225 až 2266 m a minulo sa (za čias Sovietskeho zväzu) asi 300 miliónov metrov kubických. dolárov (v bežných cenách).

Prevádzka prvej geotermálnej elektrárne bola spustená v Taliansku v roku 1904. Prvá geotermálna elektráreň na Kamčatke a prvá v ZSSR, geotermálna elektráreň Pauzhetskaya, bola uvedená do prevádzky v roku 1967. a mal výkon 5 mW, následne zvýšený na 11 mW. Nový impulz pre rozvoj geotermálnej energie na Kamčatke bol daný v 90. rokoch nástupom organizácií a firiem (JSC Geoterm, JSC Intergeotherm, JSC Nauka), ktoré v spolupráci s priemyslom (predovšetkým s Kalugskou turbínou) vyvinuli nové progresívne schémy, technológie a typy geotermálnych -zariadenia na premenu energie na elektrickú energiu a zabezpečila pôžičku od Európskej banky pre obnovu a rozvoj. V dôsledku toho v roku 1999 Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP (tri moduly po 4 MW) bol uvedený do prevádzky na Kamčatke. Zavádza sa prvý blok 25mW. prvá etapa Mutnovskaya GeoTPP s celkovou kapacitou 50 MW.

Druhá fáza s kapacitou 100 MW môže byť uvedená do prevádzky v roku 2004

Boli tak stanovené okamžité a celkom reálne vyhliadky geotermálnej energie na Kamčatke, čo je nepochybným pozitívnym príkladom využívania obnoviteľnej energie v Rusku napriek vážnym ekonomickým ťažkostiam v krajine. Potenciál paro-hydrotermálnych polí na Kamčatke je schopný poskytnúť 1000 MW inštalovaného elektrického výkonu, čo výrazne pokryje potreby tohto regiónu v dohľadnej budúcnosti.

Podľa Inštitútu vulkanológie, pobočky Ďalekého východu Ruskej akadémie vied, už identifikované geotermálne zdroje umožňujú plne zásobovať Kamčatku elektrinou a teplom na viac ako 100 rokov. Popri vysokoteplotnom poli Mutnovskoje s kapacitou 300 MW(e) na juhu Kamčatky sú známe významné zásoby geotermálnych zdrojov v ložiskách Koshelevskoye, Bolshe Bannoy a na severe v ložiskách Kireunskoye. Zásoby tepla geotermálnych vôd na Kamčatke sa odhadujú na 5000 MW (t).

Čukotka má aj značné zásoby geotermálneho tepla (na hranici s Kamčatským regiónom), niektoré z nich už boli objavené a dajú sa aktívne využiť pre blízke mestá a obce.

Kurilské ostrovy sú bohaté aj na zásoby zemského tepla, stačia na zásobovanie tohto územia teplom a elektrinou na 100 200 rokov. Na ostrove Iturup boli objavené zásoby dvojfázového geotermálneho chladiva s kapacitou (30 MW(e)) dostatočnou na pokrytie energetických potrieb celého ostrova v nasledujúcich 100 rokoch. Tu už boli navŕtané studne na geotermálnom poli Ocean a buduje sa GeoPP. Na južnom ostrove Kunašír sú zásoby geotermálneho tepla, ktoré sa už využívajú na výrobu elektriny a zásobovanie teplom mesto Južno Kurilsk. Útroby severného ostrova Paramushir sú menej prebádané, ale je známe, že aj tento ostrov má značné zásoby geotermálnej vody s teplotou 70 až 95 °C a GeoTS s kapacitou 20 MW (t) je tiež sa tu stavia.

Oveľa rozšírenejšie sú ložiská termálnych vôd s teplotou 100-200°C. Pri tejto teplote je vhodné v obehu parnej turbíny používať nízkovriace pracovné kvapaliny. Použitie dvojokruhových geotermálnych elektrární na termálnu vodu je možné v mnohých regiónoch Ruska, predovšetkým na severnom Kaukaze. Sú tu dobre preštudované geotermálne ložiská s teplotou v nádrži 70 až 180 °C, ktoré sa nachádzajú v hĺbke 300 až 5000 m. Geotermálna voda sa tu dlhodobo využíva na zásobovanie teplom a zásobovanie teplou vodou. V Dagestane sa ročne vyprodukuje viac ako 6 miliónov m geotermálnej vody. Asi 500 tisíc ľudí na severnom Kaukaze využíva zásobovanie geotermálnou vodou.

Primorye, oblasť Bajkal, oblasť západnej Sibíri má tiež zásoby geotermálneho tepla vhodného na rozsiahle využitie v priemysle a poľnohospodárstvo.

Premena geotermálnej energie na elektrickú a tepelnú energiu.

Jednou z perspektívnych oblastí využitia tepla vysoko mineralizovaných podzemných termálnych vôd je jeho premena na elektrickú energiu. Za týmto účelom bola vypracovaná technologická schéma výstavby geotermálnej elektrárne, pozostávajúcej z geotermálneho cirkulačného systému (GCS) a parnej turbíny (STP), ktorej schéma je na obr.1. Výrazná vlastnosť Takáto technologická schéma zo známej je, že v nej úlohu výparníka a prehrievača plní zvislý protiprúdový výmenník tepla umiestnený v hornej časti vstrekovacieho vrtu, kde sa vyrába vysokoteplotná termálna voda. dodávané cez povrchové potrubie, ktoré sa po odovzdaní tepla sekundárnemu chladivu čerpá späť do formácie. Sekundárne chladivo z kondenzátora zariadenia parnej turbíny vstupuje do vykurovacej zóny gravitačne cez potrubie spustené vo vnútri výmenníka tepla na dno.

Rankinov cyklus je jadrom práce odborných škôl; t,s je diagram tohto cyklu a charakter zmeny teplôt nosičov tepla vo výmenníku tepla výparníka.

Najdôležitejším bodom pri konštrukcii GeoTPP je výber pracovnej tekutiny v sekundárnom okruhu. Pracovná kvapalina vybraná pre geotermálne zariadenie musí mať za daných prevádzkových podmienok priaznivé chemické, fyzikálne a prevádzkové vlastnosti, t.j. byť stabilný, nehorľavý, odolný voči výbuchu, netoxický, inertný voči konštrukčné materiály a lacné. Je žiaduce zvoliť pracovnú kvapalinu s nižším koeficientom dynamickej viskozity (menej hydraulické straty) a s vyššou tepelnou vodivosťou (zlepšuje prenos tepla).

Splniť všetky tieto požiadavky súčasne je prakticky nemožné, preto je vždy potrebné optimalizovať výber tej či onej pracovnej tekutiny.

Nízke počiatočné parametre pracovných telies geotermál elektrárne viesť k hľadaniu nízkovriacich pracovných kvapalín s negatívnym zakrivením pravej hraničnej krivky v t,s diagrame, keďže použitie vody a pary vedie v tomto prípade k zhoršeniu termodynamického výkonu a k prudkému zvýšeniu rozmery zariadení s parnými turbínami, čo výrazne zvyšuje ich náklady.

Ako superkritické činidlo v sekundárnom okruhu binárnych energetických cyklov sa navrhuje použiť zmes izobután + izopentán v nadkritickom stave. Použitie nadkritických zmesí je výhodné, pretože kritické vlastnosti, t.j. kritická teplota tc(x), kritický tlak pc(x) a kritická hustota qc(x) závisia od zloženia zmesi x. To umožní výberom zloženia zmesi vybrať nadkritické činidlo s najpriaznivejšími kritickými parametrami pre zodpovedajúcu teplotu termálnej vody konkrétneho geotermálneho poľa.

Ako sekundárne chladivo sa používa nízkovriaci uhľovodík izobután, ktorého termodynamické parametre zodpovedajú požadovaným podmienkam. Kritické parametre izobutánu: tc = 134,69 °C; pk = 3,629 MPa; qk = 225,5 kg/m³. Okrem toho je výber izobutánu ako sekundárneho chladiva spôsobený jeho relatívne nízkou cenou a šetrnosťou k životnému prostrediu (na rozdiel od freónov). Izobután ako pracovná tekutina našiel široké uplatnenie v zahraničí a navrhuje sa aj jeho použitie v nadkritickom stave v cykloch binárnej geotermálnej energie.

Energetické charakteristiky zariadenia sú vypočítané pre široký rozsah teplôt vyrábanej vody a rôzne režimy jej prevádzky. Vo všetkých prípadoch sa predpokladalo, že kondenzačná teplota izobutánu tcon = 30°C.

Vzniká otázka výberu najmenšieho teplotného rozdieluêtobr.2. Na jednej strane zníženie êt vedie k zväčšeniu povrchu výmenníka tepla výparníka, čo nemusí byť ekonomicky opodstatnené. Na druhej strane zvýšenie êt pri danej teplote termálnej vody ts vedie k potrebe znížiť teplotu vyparovania ts (a následne aj tlak), čo nepriaznivo ovplyvní účinnosť cyklu. Vo väčšine praktických prípadov sa odporúča brať êt = 10÷25ºС.

Získané výsledky ukazujú, že existujú optimálne prevádzkové parametre parnej elektrárne, ktoré závisia od teploty vody vstupujúcej do primárneho okruhu výmenníka parogenerátora. So zvýšením teploty vyparovania izobutánu tz sa výkon N generovaný turbínou zvyšuje o 1 kg/s sekundárnej spotreby chladiva. Zároveň s rastom tg klesá množstvo odpareného izobutánu na 1 kg/s spotreby termálnej vody.

So zvyšujúcou sa teplotou termálnej vody sa zvyšuje aj optimálna teplota vyparovania.

Obrázok 3 znázorňuje grafy závislosti výkonu N generovaného turbínou od teploty vyparovania ts sekundárneho chladiva pri rôznych teplotách termálnej vody.

Pre vysokoteplotnú vodu (tt = 180ºС) sa berú do úvahy nadkritické cykly, keď počiatočný tlak pár pн= 3,8; 4,0; 4,2; a 5,0 MPa. Z nich je najúčinnejší z hľadiska dosiahnutia maximálneho výkonu nadkritický cyklus, blízky takzvanému „trojuholníkovému“ cyklu s počiatočným tlakom pn = 5,0 MPa. Počas tohto cyklu sa vďaka minimálnemu teplotnému rozdielu medzi teplonosným médiom a pracovnou kvapalinou v maximálnej miere využíva teplotný potenciál termálnej vody. Porovnanie tohto cyklu s podkritickým (pn=3,4MPa) ukazuje, že výkon generovaný turbínou počas superkritického cyklu vzrastie o 11 %, hustota prúdenia látky vstupujúcej do turbíny je 1,7-krát vyššia ako v cykle s pn. =3 ,4 MPa, čo povedie k zlepšeniu transportných vlastností chladiva a zmenšeniu veľkosti zariadenia (prívodného potrubia a turbíny) parnej turbíny. Navyše v cykle s pH = 5,0 MPa je teplota odpadovej termálnej vody t, vháňanej späť do zásobníka, 42ºС, pričom v podkritickom cykle s pH = 3,4 MPa je teplota tн = 55ºС.

Súčasne zvýšenie počiatočného tlaku na 5,0 MPa v superkritickom cykle ovplyvňuje náklady na zariadenie, najmä náklady na turbínu. Aj keď sa rozmery prietokovej dráhy turbíny s rastúcim tlakom zmenšujú, súčasne sa zvyšuje počet stupňov turbíny, je potrebné vyvinutejšie koncové tesnenie a hlavne sa zväčšuje hrúbka stien skrine.

Na vytvorenie superkritického cyklu v technologickej schéme GeoTPP je potrebné nainštalovať čerpadlo na potrubie spájajúce kondenzátor s výmenníkom tepla.

V prospech superkritického cyklu však hovoria faktory ako zvýšenie výkonu, zmenšenie veľkosti prívodných potrubí a turbíny a úplnejšie aktivovanie tepelného potenciálu termálnej vody.

V budúcnosti je potrebné hľadať chladivá s nižšou kritickou teplotou, čo umožní vytvárať superkritické cykly využívajúce termálne vody s nižšou teplotou, keďže tepelný potenciál drvivej väčšiny skúmaných ložísk v Rusku nepresahuje 100÷120ºС. Z tohto hľadiska je najsľubnejší R13B1 (trifluórbrómmetán) s nasledujúcimi kritickými parametrami: tc = 66,9ºС; pk = 3,946 MPa; qk= 770 kg/m³.

Výsledky hodnotiacich výpočtov ukazujú, že použitie termálnej vody s teplotou tk = 120ºС v primárnom okruhu GeoTPP a vytvorenie superkritického cyklu s počiatočným tlakom pn = 5,0 MPa v sekundárnom okruhu na freóne R13B1 tiež umožňuje zvýšiť výkon turbíny až o 14 % oproti podkritickému cyklu s počiatočným tlakom pn = 3,5 MPa.

Pre úspešnú prevádzku GeoTPP je potrebné riešiť problémy spojené s výskytom korózie a usadenín solí, ktoré sa spravidla prehlbujú so zvýšenou mineralizáciou termálnej vody. Najintenzívnejšie soľné usadeniny vznikajú v dôsledku odplyňovania termálnej vody a v dôsledku toho narušenia rovnováhy oxidu uhličitého.

V navrhovanej technologickej schéme primárne chladivo cirkuluje v uzavretom okruhu: zásobník - ťažobný vrt - povrchové potrubie - čerpadlo - vstrekovací vrt - zásobník, kde sú minimalizované podmienky na odplynenie vody. Zároveň je potrebné v povrchovej časti primárneho okruhu dodržiavať také termobarické podmienky, ktoré zabraňujú odplyňovaniu a zrážaniu uhličitanových usadenín (v závislosti od teploty a salinity je potrebné udržiavať tlak 1,5 MPa a viac).

Pokles teploty termálnej vody vedie aj k vyzrážaniu nekarbonátových solí, čo potvrdili aj štúdie uskutočnené na geotermálnej lokalite Kayasulinsky. Časť vyzrážaných solí sa bude ukladať na vnútorný povrch injektážnej šachty a väčšina bude odnesená do zóny dna. Ukladanie solí na dne vstrekovacej studne prispeje k zníženiu vstrekovania a postupnému znižovaniu rýchlosti kruhového prietoku až po úplné zastavenie GCS.

Na zamedzenie korózie a tvorby vodného kameňa v obvode GCS možno použiť účinné činidlo HEDPK (kyselina hydroxyetylidéndifosfónová), ktoré má dlhodobý antikorózny a protivápňový efekt povrchovej pasivácie. Obnova pasivačnej vrstvy OEDFK sa vykonáva periodicky pulzným vstrekovaním roztoku činidla do termálnej vody pri ústí ťažobného vrtu.

Na rozpustenie soľného kalu, ktorý sa bude hromadiť v zóne dna, a tým aj na obnovenie injektivity vstrekovacieho vrtu, je veľmi účinným činidlom NMA (koncentrát nízkomolekulárnych kyselín), ktorý je možné periodicky zavádzať aj do cirkulujúcej termálnej vody. v oblasti pred vstrekovacím čerpadlom.

Z uvedeného teda možno naznačiť, že jedným zo sľubných smerov rozvoja tepelnej energie zemského vnútra je jej premena na elektrickú energiu budovaním dvojokruhových GeoTPP na nízkovriacich pracovných látkach. Účinnosť takejto premeny závisí od mnohých faktorov, najmä od voľby pracovnej tekutiny a parametrov termodynamického cyklu sekundárneho okruhu GeoTPP.

Výsledky výpočtovej analýzy cyklov s použitím rôznych nosičov tepla v sekundárnom okruhu ukazujú, že najoptimálnejšie sú superkritické cykly, ktoré umožňujú zvýšenie výkonu turbíny a účinnosti cyklu, zlepšenie transportných vlastností chladiva a plnšie nastavenie teploty počiatočná termálna voda cirkulujúca v primárnom okruhu GeoTPP.

Zistilo sa tiež, že pre vysokoteplotnú termálnu vodu (180ºС a viac) je najsľubnejšie vytvorenie superkritických cyklov v sekundárnom okruhu GeoTPP s použitím izobutánu, zatiaľ čo pre vody s nižšou teplotou (100÷120ºС a viac ), pri vytváraní rovnakých cyklov je najvhodnejším nosičom tepla freón R13B1.

V závislosti od teploty odoberanej termálnej vody je optimálna teplota pre odparovanie sekundárneho teplonosného média zodpovedajúca maximálnemu výkonu turbíny.

V budúcnosti je potrebné študovať superkritické zmesi, ktorých použitie ako pracovného činidla pre cykly geotermálnej energie je najpohodlnejšie, pretože výberom zloženia zmesi je možné ľahko meniť ich kritické vlastnosti v závislosti od vonkajších podmienok.

Ďalším smerom využitia geotermálnej energie je geotermálne zásobovanie teplom, ktoré sa dlhodobo využíva na Kamčatke a na severnom Kaukaze na vykurovanie skleníkov, vykurovanie a zásobovanie teplou vodou v bytovom a komunálnom sektore. Analýza svetových a domácich skúseností naznačuje perspektívu zásobovania geotermálnym teplom. V súčasnosti vo svete fungujú geotermálne systémy zásobovania teplom s celkovou kapacitou 17 175 MW a len v USA je prevádzkovaných viac ako 200 000 geotermálnych zariadení. Podľa plánov Európskej únie moc geotermálne systémy dodávka tepla vrátane tepelných čerpadiel by sa mala zvýšiť z 1300 MW v roku 1995 na 5000 MW v roku 2010.

V ZSSR sa geotermálne vody využívali na územiach Krasnodar a Stavropol, Kabardino-Balkarsko, Severné Osetsko, Čečensko-Ingušsko, Dagestan, Kamčatská oblasť, Krym, Gruzínsko, Azerbajdžan a Kazachstan. V roku 1988 sa vyrobilo 60,8 milióna m³ geotermálnej vody, teraz sa v Rusku vyrába až 30 miliónov. m³ ročne, čo je ekvivalent 150÷170 tisíc ton referenčného paliva. Zároveň je technický potenciál geotermálnej energie podľa Ministerstva energetiky Ruskej federácie 2950 miliónov ton referenčného paliva.

Za posledných 10 rokov sa u nás zrútil systém prieskumu, rozvoja a využívania geotermálnych zdrojov. V ZSSR vedecká výskumná prácaÚstavy akadémie vied, ministerstvá geológie a plynárenský priemysel. Prieskum, oceňovanie a schvaľovanie zásob ložísk vykonávali ústavy a krajské útvary Ministerstva geológie. Vŕtanie produkčných vrtov, terénny rozvoj, vývoj technológií reinjektáže, úprava geotermálnych vôd, prevádzka geotermálnych systémov zásobovania teplom boli realizované útvarmi Ministerstva plynárenstva. Zahŕňalo päť regionálnych operačných oddelení, Vedecké a výrobné združenie Sojuzgeotherm (Machačkala), ktoré vypracovalo schému perspektívneho využívania geotermálnych vôd ZSSR. Projektovanie systémov a zariadení pre zásobovanie geotermálnym teplom realizoval Ústredný výskumno-projektový a experimentálny ústav technických zariadení.

V súčasnosti prestali komplexné výskumné práce v oblasti geotermie: od geologických a hydrogeologických štúdií až po problémy čistenia geotermálnych vôd. Prieskumné vrty sa nevykonávajú, nerealizuje sa vývoj predtým preskúmaných ložísk, nemodernizuje sa vybavenie existujúcich systémov geotermálneho zásobovania teplom. Úloha štátnej správy v rozvoji geotermie je zanedbateľná. Geotermálni špecialisti sú rozptýlení, ich skúsenosti nie sú žiadané. Analýza súčasného stavu a perspektív rozvoja v novom ekonomické podmienky Rusko, urobme to na príklade Krasnodarského územia.

Pre tento región je zo všetkých obnoviteľných zdrojov energie najperspektívnejšie využívanie geotermálnych vôd. Obrázok 4 ukazuje priority využívania obnoviteľnej energie na zásobovanie teplom objektov na území Krasnodar.

Na území Krasnodar sa ročne vyprodukuje až 10 miliónov m³/rok geotermálnej vody s teplotou 70÷100º C, ktorá nahrádza 40÷50 tisíc ton organického paliva (v zmysle konvenčného paliva). V prevádzke je 10 polí s 37 vrtmi, vo výstavbe je 6 polí s 23 vrtmi. Celkový počet geotermálnych vrtov77. 32 hektárov je vykurovaných geotermálnymi vodami. skleníky, 11-tisíc bytov v ôsmich osadách, teplá voda je zabezpečená pre 2-tisíc ľudí. Preskúmané prevádzkové zásoby geotermálnych vôd regiónu sa odhadujú na 77,7 tisíc metrov kubických. m³/deň, alebo pri prevádzke na vykurovacej sezóny-11,7 milióna m³ za sezónu, predpokladané rezervy, respektíve 165 tis. m³/deň a 24,7 mil. m³ za sezónu.

Jedno z najrozvinutejších geotermálnych polí Mostovskoye, 240 km od Krasnodaru na úpätí Kaukazu, kde bolo vyvŕtaných 14 vrtov s hĺbkou 1650÷1850 m s prietokmi 1500÷3300 m³/deň, teplota pri ústí 67 ÷78º C, celková slanosť 0,9÷1, 9g/l. Autor: chemické zloženie geotermálna voda takmer spĺňa normy pre pitná voda. Hlavným odberateľom geotermálnej vody z tohto poľa je skleníkový komplex so skleníkovou plochou do 30 hektárov, ktorý predtým prevádzkoval 8 studní. V súčasnosti je tu vykurovaných 40 % plochy skleníka.

Na zásobovanie teplom bytových a administratívnych budov obce. Most v 80. rokoch bol vybudovaný geotermálny centrálny vykurovací bod (CTP) s odhadovaným tepelným výkonom 5 MW, ktorého schéma je na obr. Geotermálna voda v centrále ústredného kúrenia pochádza z dvoch vrtov s prietokom každého 45÷70 m³/h a teplotou 70÷74ºС do dvoch zásobníkov s objemom 300 m³. Na využitie tepla odpadovej geotermálnej vody boli inštalované dve parokompresorové tepelné čerpadlá s odhadovaným tepelným výkonom 500 kW. Geotermálna voda používaná vo vykurovacích systémoch s teplotou 30÷35ºС pred jednotkou tepelného čerpadla (HPU) je rozdelená do dvoch prúdov, z ktorých jeden je ochladzovaný na 10ºС a odvádzaný do zásobníka a druhý je ohrievaný na 50ºС a vrátené do skladovacích nádrží. Jednotky tepelných čerpadiel vyrábal moskovský závod "Kompressor" na základe chladiacich strojov A-220-2-0.

Regulácia tepelného výkonu geotermálne vykurovanie pri absencii špičkového opätovného ohrevu sa vykonáva dvoma spôsobmi: prechodom chladiacej kvapaliny a cyklicky. Pri druhom spôsobe sa sústavy periodicky napĺňajú geotermálnym chladivom so súčasným odvodňovaním ochladzovaného. Pri dennom vykurovacom období Z je čas vykurovania Zn určený vzorcom

Zn = 48j/(1 + j), kde je súčiniteľ tepelného výkonu; návrhová teplota vzduchu v miestnosti, °C; a aktuálna a vypočítaná teplota vonkajšieho vzduchu, °С.

Kapacita akumulačných nádrží geotermálnych systémov sa určuje z podmienky zabezpečenia normalizovanej amplitúdy kolísania teploty vzduchu vo vykurovaných obytných priestoroch (± 3 ° C) podľa vzorca.

kde kF je tepelný výkon vykurovacieho systému na 1°C teplotného rozdielu, W/°C; Z \u003d Zn + Zpp obdobie prevádzky geotermálneho vykurovania; Zp trvanie pauzy, h; Qp a Qp je vypočítaný a sezónne priemerný tepelný výkon vykurovacieho systému budovy, W; c objemová tepelná kapacita geotermálnej vody, J/(m³ ºС); n počet štartov geotermálneho vykurovania za deň; k1 je koeficient tepelných strát v geotermálnom systéme zásobovania teplom; A1 amplitúda kolísania teploty vo vykurovanej budove, ºС; Rnom celkový ukazovateľ absorpcie tepla vykurovaných priestorov; Kapacita Vc a Vts vykurovacích systémov a vykurovacích sietí, m³.

Počas prevádzky tepelných čerpadiel je pomer prietokov geotermálnej vody cez výparník Gi a kondenzátor Gk určený vzorcom:

Kde tk, to, t je teplota geotermálnej vody za kondenzátorom, vykurovacím systémom budovy a výparníkmi HPI, ºС.

Treba poznamenať nízku spoľahlivosť použitých konštrukcií tepelných čerpadiel, keďže ich prevádzkové podmienky sa výrazne líšili od prevádzkových podmienok chladiacich strojov. Pomer výtlačného a sacieho tlaku kompresorov pri prevádzke v režime tepelného čerpadla je 1,5÷2 krát vyšší ako rovnaký pomer v chladiace stroje. Poruchy ojnice a skupiny piestov, olejových zariadení a automatizácie viedli k predčasnému zlyhaniu týchto strojov.

V dôsledku nedostatočnej kontroly hydrologického režimu, prevádzky geotermálneho poľa Mostovskoye po 10 rokoch, sa tlak na ústí vrtu znížil dvakrát. S cieľom obnoviť tlak v nádrži v roku 1985. boli vyvŕtané tri injektážne vrty, postavená čerpacia stanica, ale ich práca nie pozitívny výsledok kvôli nízkej injektivite útvarov.

Pre najsľubnejšie využitie geotermálnych zdrojov v meste Usť-Labinsk s 50 tisíc obyvateľmi, ktoré sa nachádza 60 km od Krasnodaru, bol vyvinutý systém geotermálneho zásobovania teplom s odhadovaným tepelným výkonom 65 MW. Z troch vodárenských horizontov boli vybrané eocénno-paleocénne ložiská s hĺbkou 2200÷2600 m, teplotou vzniku 97÷100ºС, salinitou 17÷24g/l.

Na základe analýzy existujúcich a perspektívnych tepelných záťaží v súlade so schémou rozvoja zásobovania mesta teplom bol stanovený optimálny výpočtový tepelný výkon systému geotermálneho zásobovania teplom. Technicko-ekonomické porovnanie štyroch variantov (tri z nich bez špičkových kotlov s rôznym počtom vrtov a jedna s dohrevom v kotli) ukázalo, že schéma so špičkovým kotlom (obr. 6) má minimálnu dobu návratnosti.

Geotermálny systém zásobovania teplom zabezpečuje vybudovanie západného a centrálneho odberu termálnej vody so siedmimi injekčnými vrtmi. Prevádzkový režim odberov termálnej vody s opätovným vstrekovaním chladeného chladiva. Dvojokruhový systém zásobovania teplom so špičkovým dokurovaním v kotolni a závislé pristúpenie existujúce systémy vykurovanie budovy. Kapitálové investície do výstavby tohto geotermálneho systému predstavovali 5,14 mil. trieť. (v cenách roku 1984), doba návratnosti 4,5 roka, odhadovaná úspora náhradného paliva 18,4 tis. ton referenčného paliva ročne.

Náklady na elektrickú energiu vyrobenú geotermálnymi elektrárňami.

Náklady na výskum a vývoj (vŕtanie) geotermálnych polí tvoria až 50% celkových nákladov na GeoTPP, a preto sú náklady na elektrickú energiu vyrobenú v GeoPP pomerne značné. Náklady na celý pilotný priemyselný (OP) Verkhne-Mutnovskaya GeoPP [kapacita 12 (3 × 4) MW] teda dosiahli približne 300 miliónov rubľov. Absencia dopravných nákladov na palivo, obnoviteľnosť geotermálnej energie a šetrnosť výroby elektriny a tepla k životnému prostrediu však umožňujú geotermálnej energii úspešne konkurovať na trhu s energiou a v niektorých prípadoch vyrábať elektrinu a teplo lacnejšie ako tradičné IES a CHP. . Pre odľahlé oblasti (Kamčatka, Kurilské ostrovy) majú GeoPP bezpodmienečnú výhodu oproti tepelným elektrárňam a dieselovým staniciam prevádzkovaným na dovážané palivo.

Ak za príklad vezmeme Kamčatku, kde sa viac ako 80 % elektriny vyrába v CHPP-1 a CHPP-2, ktoré fungujú na dovážaný vykurovací olej, potom je využitie geotermálnej energie výhodnejšie. Dokonca aj dnes, keď proces výstavby a vývoja nových GeoPP na geotermálnom poli Mutnovskij stále prebieha, sú náklady na elektrickú energiu na GeoPP Verkhne-Mutnovskaya viac ako dvakrát nižšie ako na CHPP v Petropavlovsku Kamčatskom. Náklady na 1 kWh(e) v starom Pauzhetskaya GeoPP sú 2¸3 krát nižšie ako v CHPP-1 a CHPP-2.

Náklady na 1 kWh elektriny na Kamčatke sa v júli 1988 pohybovali medzi 10 a 25 centami a priemerná tarifa za elektrinu bola stanovená na 14 centov. V júni 2001 v tom istom kraji sa tarifa elektriny za 1 kWh pohybovala od 7 do 15 centov. Začiatkom roku 2002 priemerná tarifa v OAO Kamchatskenergo bola 3,6 rubľov. (12 centov). Je jasné, že hospodárstvo Kamčatky sa nemôže úspešne rozvíjať bez zníženia nákladov na spotrebovanú elektrinu, a to sa dá dosiahnuť iba využívaním geotermálnych zdrojov.

Teraz, pri reštrukturalizácii energetického sektora, je veľmi dôležité vychádzať z reálnych cien palív a zariadení, ako aj cien energií pre rôznych spotrebiteľov. V opačnom prípade môžete dospieť k chybným záverom a prognózam. Takže v stratégii rozvoja ekonomiky regiónu Kamčatka, vypracovanej v roku 2001 v Dalsetproekte, bez dostatočného zdôvodnenia bola cena 1000 m³ plynu stanovená na 50 USD, hoci je jasné, že skutočné náklady na plyn nebudú menej ako 100 USD a trvanie vývoja plynové polia bude 5÷10 rokov. Zároveň sa podľa navrhovanej stratégie počítajú zásoby plynu na životnosť nie dlhšiu ako 12 rokov. Vyhliadky rozvoja energetického sektora v regióne Kamčatka by preto mali byť spojené predovšetkým s výstavbou série geotermálnych elektrární na Mutnovskom poli [do 300 MW (e)], re-vybavením Paužetskej GeoPP, ktorej kapacita by sa mala zvýšiť na 20 MW, a výstavba nových GeoPP. Ten zabezpečí energetickú nezávislosť Kamčatky na dlhé roky (najmenej 100 rokov) a zníži náklady na predaná elektrina.

Podľa Svetovej energetickej rady spomedzi všetkých obnoviteľných zdrojov energie najviac nízka cena za 1 kWh pri GeoPP (pozri tabuľku).

Zo skúseností s prevádzkovaním veľkých GeoPP na Filipínach, Novom Zélande, Mexiku a USA vyplýva, že náklady na 1 kWh elektriny často nepresahujú 1 cent, pričom treba mať na pamäti, že faktor využitia energie pri GeoPP dosahuje 0,95.

Zásobovanie geotermálnym teplom je najvýhodnejšie pri priamom využití geotermálnej horúcej vody, ako aj pri zavedení tepelných čerpadiel, ktoré dokážu efektívne využívať teplo zeme s teplotou 10÷30ºС, t.j. geotermálne teplo nízkej kvality. V súčasných ekonomických podmienkach Ruska je rozvoj zásobovania geotermálnym teplom mimoriadne zložitý. Investičný majetok sa musí investovať do vŕtania studní. Na území Krasnodar, s nákladmi na vŕtanie 1 m studne 8 000 rubľov, jeho hĺbka je 1800 m, náklady predstavujú 14,4 milióna rubľov. S odhadovanou rýchlosťou prietoku studňou 70 m³/h, spusteným teplotným rozdielom 30º C, nepretržitá prevádzka počas 150 dní. za rok je miera využitia odhadovaného prietoku počas vykurovacej sezóny 0,5, množstvo dodaného tepla je 4385 MWh alebo v hodnotovom vyjadrení 1,3 milióna rubľov. za tarifu 300 rubľov/(MWh). Pri tomto tempe sa vŕtanie studní oplatí za 11 rokov. Zároveň je v budúcnosti nepochybná potreba rozvoja tejto oblasti v energetike.

Zistenia.

1. Takmer v celom Rusku existujú unikátne zásoby geotermálneho tepla s teplotou chladiva (voda, dvojfázové prúdenie a para) od 30 do 200ºC.

2.V posledných rokoch v Rusku na základe veľkých základného výskumu boli vytvorené geotermálne technológie, ktoré môžu rýchlo poskytnúť efektívna aplikácia teplo zeme v GeoPP a GeoTS na výrobu elektriny a tepla.

3. Geotermálna energia by mala mať dôležité miesto v celkovej bilancii využívania energie. Najmä na reštrukturalizáciu a nové vybavenie energetického priemyslu v regióne Kamčatka a na Kurilských ostrovoch a čiastočne v Prímorsku, na Sibíri a Severný Kaukaz mali by ste využívať svoje vlastné geotermálne zdroje.

4. Rozsiahle zavedenie nových schém zásobovania teplom s tepelnými čerpadlami využívajúcimi nekvalitné zdroje tepla zníži spotrebu fosílnych palív o 20÷25 %.

5. Pre prilákanie investícií a úverov do energetiky je potrebné realizovať efektívne projekty a garantovať včasné splatenie požičaných prostriedkov, čo je možné len pri plnej a včasnej platbe za elektrinu a teplo dodané spotrebiteľom.

Bibliografia.

1. Premena geotermálnej energie na elektrickú energiu pomocou superkritického cyklu v sekundárnom okruhu. Abdulagatov I.M., Alkhasov A.B. "Tepelná energetika.-1988 č. 4-str. 53-56".

2. Salamov A.A. "Geotermálne elektrárne v energetickom sektore sveta" Tepelná energetika 2000 č. 1-s. 79-80"

3. Teplo Zeme: Zo správy „Perspektívy rozvoja geotermálnych technológií“ Ekológia a život-2001-č.6-str 49-52.

4. Tarnizhevsky B.V. "Stav a perspektívy využívania obnoviteľných zdrojov energie v Rusku" Priemyselná energia-2002-č. 1-s. 52-56.

5. Kuznecov V.A. "Geotermálna elektráreň Mutnovskaja" Elektrárne-2002-№1-s. 31-35.

6. Butuzov V.A. "Systémy zásobovania geotermálnym teplom na území Krasnodar" Energetický manažér-2002-č. 1-s.14-16.

7. Butuzov V.A. "Analýza geotermálnych systémov zásobovania teplom v Rusku" Priemyselná energetika-2002-č. 6-s. 53-57.

8. Dobrokhotov V.I. "Využitie geotermálnych zdrojov v energetickom sektore Ruska" Tepelná energetika-2003-№1-s.2-11.

9. Alkhasov A.B. "Zlepšenie efektívnosti využívania geotermálneho tepla" Tepelná energetika-2003-č.3-str.52-54.

Zdroje geotermálnej energie v Rusku majú významný priemyselný potenciál, vrátane energetiky. Zásoby tepla Zeme s teplotou 30-40 °С (obr. 17.20, pozri farebnú prílohu) sú dostupné takmer v celom Rusku a v niektorých regiónoch sú geotermálne zdroje s teplotou až 300 °С. V závislosti od teploty sa geotermálne zdroje využívajú v rôznych odvetviach národného hospodárstva: elektrická energia, teplo, priemysel, poľnohospodárstvo, balneológia.

Pri teplotách geotermálnych zdrojov nad 130 °C je možné získavať elektrinu na jednookruhu geotermálnych elektrární(GeoES). Mnohé regióny Ruska však majú značné zásoby geotermálnych vôd s nižšou teplotou okolo 85 °C a vyššou (obr. 17.20, pozri farebnú prílohu). V tomto prípade je možné získať elektrinu na GeoPP s binárnym cyklom. Binárne elektrárne sú dvojokruhové stanice využívajúce vlastnú pracovnú kvapalinu v každom okruhu. Binárne stanice sa niekedy označujú aj ako jednoslučkové stanice, ktoré pracujú so zmesou dvoch pracovných kvapalín – amoniaku a vody (obr. 17.21, pozri farebnú prílohu).

Prvé geotermálne elektrárne v Rusku boli postavené na Kamčatke v rokoch 1965-1967: Pauzhetskaya GeoPP, ktorá prevádzkuje a v súčasnosti vyrába najviac lacná elektrina na Kamčatke a Paratunskaya GeoPP s binárnym cyklom. V budúcnosti bolo vo svete vybudovaných asi 400 GeoPP s binárnym cyklom.

V roku 2002 bol na Kamčatke uvedený do prevádzky Mutnovskaja GeoPP s dvoma energetickými blokmi s celkovým výkonom 50 MW.

Technologická schéma elektrárne počíta s využitím pary získanej dvojstupňovou separáciou zmesi pary a vody odoberanej z geotermálnych vrtov.

Para s tlakom 0,62 MPa a stupňom suchosti 0,9998 po separácii vstupuje do dvojprúdovej parnej turbíny s ôsmimi stupňami. Spárované s parná turbína pracuje generátor s menovitým výkonom 25 MW a napätím 10,5 kV.

Na zabezpečenie čistoty životného prostredia technologická schéma elektrárne počíta so systémom odčerpávania kondenzátu a jeho spätného oddeľovania do zemských vrstiev, ako aj zamedzenia emisií sírovodíka do atmosféry.

Geotermálne zdroje sa vo veľkej miere využívajú na zásobovanie teplom, najmä pri priamom využívaní horúcej geotermálnej vody.

S tepelnými čerpadlami je vhodné využívať nízkopotenciálne geotermálne zdroje tepla s teplotou 10 až 30 °C. Tepelné čerpadlo je stroj určený na prenos vnútornej energie z chladiacej kvapaliny s nízkou teplotou na chladiacu kvapalinu s vysoká teplota použitie vonkajšej sily na vykonanie práce. Princíp činnosti tepelného čerpadla je založený na reverznom Carnotovom cykle.

Tepelné čerpadlo, ktoré spotrebuje) kW elektrickej energie, vyrobí od 3 do 7 kW tepelnej energie do systému zásobovania teplom. Transformačný pomer sa mení v závislosti od teploty nízkokvalitného geotermálneho zdroja.

Tepelné čerpadlá sú široko používané v mnohých krajinách po celom svete. Najvýkonnejšia elektráreň s tepelným čerpadlom funguje vo Švédsku s tepelným výkonom 320 MW a využíva teplo Baltského mora.

Efektívnosť využitia tepelného čerpadla je daná najmä pomerom cien za elektrickú a tepelnú energiu, ako aj transformačným pomerom, ktorý udáva, koľkokrát viac tepelnej energie sa vyrobí v porovnaní so spotrebovanou elektrickou (alebo mechanickou) energiou.

Najhospodárnejšia prevádzka tepelných čerpadiel je v období minimálneho zaťaženia elektrizačnej sústavy, ich prevádzka môže prispieť k zosúladeniu harmonogramov. elektrická záťaž energetických systémov.

Literatúra pre samoukov

17.1.Použitie vodná energia: učebnica pre vysoké školy / vyd. Yu.S. Vasiliev. -
4. vydanie, revidované. a dodatočné Moskva: Energoatomizdat, 1995.

17.2.Vasiliev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubyshkin L.I. Vodné riešenie
úlohy na počítači. Moskva: Energoatomizdat, 1987.

17.3.Neporožný P.S., Obrezkov V.I.Úvod do špecializácie. vodná energia
teak: tutoriál pre univerzity. - 2. vyd. Revidované. a dodatočné M: Energoatomizdat,
1990.

17.4 Vodoenergetické a vodohospodárske výpočty: učebnica pre vysoké školy /
vyd. IN AND. Vissarionov. Moskva: Vydavateľstvo MPEI, 2001.

17.5.Kalkulácia zdroje solárnej energie: učebnica pre vysoké školy / vyd.
IN AND. Vissarionov. Moskva: Vydavateľstvo MPEI, 1997.

17.6 Zdroje a obnoviteľná energetická účinnosť
v Rusku / Kolektív autorov. Petrohrad: Nauka, 2002.

17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Veterná energia v Rusku. Štát
a perspektívy rozvoja. Moskva: Vydavateľstvo MPEI, 1996.

17.8.Kalkulácia zdroje veternej energie: učebnica pre vysoké školy / vyd. IN AND. wissa
rionova. Moskva: Vydavateľstvo MPEI, 1997.

17.9.Mútnovského geotermálny elektrický komplex na Kamčatke / O.V. Britvin,