ГеоТЭС, типы, опыт использования
Геотермальные электростанции
Геотермальная энергия — это энергия тепла земных недр. Согласно подсчетам, энергетический потенциал тепла на глубине 10 тысяч метров в 50 тысяч раз превышает энергию мировых запасов природного газа и нефти. Источники геотермальной энергии практически неисчерпаемы. Правда, распространены они не повсеместно, хотя и обнаружены в более чем 60 странах мира.
Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования тепла широко распространенна в высоких широтах на границах тектонических плит, например в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 150°С).
В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии на геотермальных электростанциях (ГеоТЭС): прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры.
|
|
|
Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину, которая вращает генератор. Одна из самых крупных ныне действующих геотермальных электростанций в мире мощностью 1400 МВт, расположенная в районе Гейзеры в Северной Калифорнии (США), также использует сухой пар.
На месторождениях пароводяной смеси в вулканических районах (в России это Камчатка и Курильские острова) простейшим способом получения электроэнергии является использование паровых турбин с противодавлением.
Схема ГеоТЭС с противодавленческой турбиной показана на рис 2.29. Поступающая из геотермального резервуара по подъемной скважине 1пароводяная смесь направляется в сепаратор2, где происходит разделение на жидкую (вода с растворенными солями и газами) и газовую (водяной пар и неконденсирующиеся газы) фазы. Затем парогазовая смесь поступает на противодавленческую паровую турбину с генератором3, отработанный пар с неконденсирующимися газами сбрасывается в атмосферу, а отсепарированная вода после возможного использования для теплоснабжения возвращается в геотермальный резервуар по нагнетательной скважине4. При низком солесодержании возможен сброс отработанной воды в открытые водоемы.
|
|
|
Э 
нергоблоки с противодавленческими турбинами обычно применяются при очень высоком содержании в газовой фазе неконденсирующихся газов (12...15
% по массе), когда их удаление из конденсатора становится энергетически и экономически невыгодным.
О 
днако, несмотря на простоту схем с противодавленческими турбинами, в большинстве случаев ГеоТЭС на месторождениях пароводяной смеси используют более эффективную схему с конденсационными турбинами.
Схема энергоблока с конденсационной турбиной показана на рис. 2.30. Геотермальная пароводяная смесь или влажный пар с неконденсирующимися газами (НКГ) из подъемной скважины 1подается в сепаратор2, откуда пар поступает на вход конденсационной турбины3, а минерализованная вода направляется на реинжекционную скважину8для возврата в пласт. Отработанный пар подается в смешивающий конденсатор4. Поскольку в большинстве случаев на геотермальных месторождениях нет источников охлаждающей воды (реки или пруда), применяется оборотная система отвода сбросного тепла, включающая циркуляционный насос6, башенную градирню5и конденсатный насос7. Неконденсирующиеся газы, обычно содержащие большое количество сероводорода, удаляются из конденсатора эжекторами и подаются на верхний срез градирни для рассеивания в атмосфере вместе с паровым факелом.
|
|
|
Максимальная мощность конденсационного энергоблока составляет 100 МВт (ГеоТЭС Гейзеры, США), но обычно мощности энергоблоков находятся в интервале 12…50 МВт.
Если на месторождениях пароводяной смеси температура отсепарированной воды достаточно высока (выше 100°С), то можно путем расширения (сбросом давления в расширителе) получить дополнительный пар, который направляется на промежуточный вход турбины. Это позволяет получить дополнительную работу и, тем самым, повысить КПД энергоустановки.
С 
хема энергоблока с конденсационной турбиной и расширением геотермального флюида показана на рис. 2.31. Ее отличие от предыдущей схемы состоит в наличии расширителя9, в котором получается дополнительный пар, подаваемый на промежуточный вход турбины. Теоретически таких каскадов может быть несколько.
На практике, однако, возможность применения таких схем ограничивается отложением солей в элементах оборудования в результате повышения концентрации солей выше предельной растворимости. Поэтому применение схем с расширителями возможно лишь при отсутствии массивных отложений солей или при использовании регулярной очистки оборудования.
|
|
|
В 
о избежание отложений солей, возникающих при упаривании геотермальных рассолов в схемах с расширителями, применяется схема с использованием низкокипящих рабочих тел. Схема такого энергоблока показана на рис. 2.32.
Геотермальный рассол из подъемной скважины 1поступает в парогенератор, который обычно выполняется в виде двух аппаратов ― собственно парогенератора2и пароперегревателя (экономайзера)3. После охлаждения до предельной температуры, определяемой условием отсутствия отложения солей, рассол возвращается обратно в пласт по нагнетательной скважине7. В связи с высокой стоимостью скважин, для увеличения расхода геотермального рассола иногда применяются погружные насосы, размещаемые на глубине до 200 м в подъемной скважине, а для обратной закачки практически всегда используется нагнетательный насос перед нагнетательной скважиной7. Расход электроэнергии на привод этих насосов иногда достигает 20% от выработки электроэнергии. В качестве рабочих тел таких
ГеоТЭС используются хладагенты (углеводороды: пропан, бутан, фреоны, в последнее время рассматривается возможность применения водоаммиачной смеси).
Д 
ля более полного использования теплового потенциала геотермальной пароводяной смеси целесообразно использовать комбинированную тепловую схему (рис. 2.33). В такой схеме пароводяная смесь из подъемной скважины1подается в сепаратор2, откуда пар направляется в противодавленческую паровую турбину3. После выхода из турбины пар поступает в конденсатор4, являющийся парогенератором низкокипящего рабочего тела. Отсепарированный горячий геотермальный рассол подается в пароперегреватель низкокипящего рабочего тела5, после чего возвращается в пласт по нагнетательной скважине10. . Перегретый пар низкокипящего РТ подается на вход бинарной турбины 6, после расширения в которой поступает в рекуператор7, где охлаждается и подается в воздушный конденсатор8. Сконденсированное низкокипящее рабочее тело питательным насосом9подается на предварительный подогрев в рекуператор7и затем в парогенератор4. Такая схема позволяет использовать тепло отсепарированного рассола для перегрева низкокипящего рабочего тела, что приводит к увеличению КПД ГеоТЭС. Особенно эффективно применение такой схемы при низких температурах воздуха, так как благодаря низким температурам замерзания низкокипящих рабочих тел (ниже –50°С) можно осуществлять конденсацию при отрицательных температурах.
Для условий Мутновского месторождения пароводяной смеси на Камчатке (среднегодовая температура воздуха –5 °С) выработка электроэнергии на комбинированной ГеоТЭС увеличивается на 20 % по сравнению с традиционным конденсационным циклом.
Достоинства геотермальных электростанций заключаются в том, что они не требуют поставок топлива из внешних источников и не сжигают кислород. Их работа не сопровождается вредными или токсичными выбросами (за некоторыми исключениями). Эксплуатация геотермальной электростанции не требует дополнительных расходов, кроме расходов на профилактическое техобслуживание или ремонт. Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не занимают значительные площади.
Недостатки геотермальных электростанций связаны, прежде всего, с тем, что их сооружение возможно только в сейсмоактивных районах. В процессе эксплуатации скважин снижаются давление и температура в них, и значительно оседает поверхность вокруг скважины. Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре или по причине чрезмерной закачки воды в породу через нагнетательную скважину.
Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах земной коры. Избавиться от них достаточно сложно.
Серьезным недостатком ГеоТЭС является необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. Высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие в воде токсичных соединений и металлов в большинстве случаев исключает возможность сброса этих вод в расположенные на поверхности природные водные системы.
В 2010г. общая мощность ГеоТЭС, действующих в 24 странах, составляла 10 715 МВт. На сегодняшний день мировыми лидерами в геотермальной электроэнергетике являются США (3086 МВт), Индонезия (1197 МВт), Филиппины (1904 МВт), Мексика (958 МВт), Италия (843 МВт), Новая Зеландия (628 МВт), Исландия (575 МВт) и Япония (536 МВт)
В России использование геотермальной энергии возможно на Камчатке, Чукотке, Курилах, Сахалине, в Прибайкайле, Западно-Сибирском регионе, а также на Северном Кавказе. По установленной мощности ГеоТЭС Россия сильно отстает от ведущих стран (14 место). Установленная мощность ГеоТЭС России составляет всего чуть более 80 МВт. В настоящее время действуют Верхне-Мутновская ГеоТЭС(12 МВт), Мутновская ГеоТЭС(50 МВт) иПаужетская ГеоТЭС(17 МВт) на Камчатке,Океанская ГеоТЭС(2,5 МВт) и Менделеевская ГеоТЭС(5 МВт) на Курилах. Ведется реконструкция Мутновской и Паужетской ГеоТЭС с целью увеличения их мощностей до 100 и 18 МВт соответственно. Строится ГеоТЭС на о. Парамушир (Курилы) мощностью 34,5 МВт. Планируется строительство ГеоТЭС мощностью 10 МВт в Чечне с перспективой увеличения мощности до 30 МВт.
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 398; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!