Геотермальные источники энергии

Пар расширяется в турбине, которая приводит электрогенератор, не имеющий принципиальных отличий  от традиционных, а затем поступает  в конденсатор, где конденсируется. В отличие от традиционной ТЭС  турбоустановка ГеоЭС работает по разомкнутому циклу.

Конденсат из конденсатора, как и отсепарированная в сепараторе вода, заканчивается обратно в  геотермальный резервуар. В результате чего ГеоЭС становится экологически чистым энергетическим объектом.

 В геотермальном резервуаре  выделяются две основные зоны: продуктивная зона, откуда отбирается  горячая вода, пароводяная смесь  или влажный пар и зона обратной  закачки отработанного теплоносителя  (зона реинжекции). Геотермальный теплоноситель направляется вверх по стволу продуктивных скважин в систему сбора и использования теплоносителя  (сепараторы) и далее на ГеоЭС в паровую турбину для выработки электроэнергии. Отработанный теплоноситель в виде конденсата пара, а также отделения от пара в сепараторах (сепарат) заканчиваются обратно в геотермальный резервуар для обеспечения замкнутого контура циркуляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Особенности оборудования ГеоЭС.

Особенности физико-химических свойств геотермального теплоносителя, повышенное содержание минеральных  примесей являются причинами ряда технических  проблем, которые необходимо решать при проектировании и изготовлении геотермального энергетического оборудования. Прежде всего это опасность коррозионно-эрозионного  воздействия на материал основного  и вспомогательного оборудования и  солеотложения в проточных частях турбин, трубопроводах и скважинах  реинжекции.

Надежность и эффективность  работы ГеоЭС в значительной мере определяются качеством поступающего в турбину пара. Чистота пара зависит  главным образом от эффективности  разделения фаз, поскольку при давлении около 1,0 МПа, типичном для ГеоЭС, растворимость примесей в паровой фазе ничтожно мала и подавляющая их часть сосредоточена в жидкой фазе. Поэтому часто в качестве критерия чистоты пара (как показатель его солесодержания) используется степень сухости. Следует, однако, отметить, что высокая степень сухости пара или даже небольшой перегрев могут быть достигнуты не только путем разделения фаз, но и подсушкой пара в результате процесса дросселирования, например за счет потери давления в трубопроводе. При этом, несмотря на отсутствие значительного количества влаги в паре, его солесодержания может оказаться достаточно высоким.

3.1.Сепараторы пара для ГеоЭС.

 

На ГеоЭС в мире наиболее распространены вертикальные циклонные  сепараторы. Сепаратор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд диаметром 1,5 – 2,5 м и высотой 5-12 м. Пароводяная смесь подается в него тангенциально в нижнюю половину корпуса. За счет центробежных сил в закрученном потоке жидкая фракция и твердые частицы  концентрируются в пристеночном пространстве, в то время как центр  сосуда заполнен чистым паром. Пар отводится  из верхней части сепаратора через  центральную трубу, а отсепарированная вода – через патрубок в нижней части корпуса. Циклонные сепараторы имеют невысокую эффективность (влажность пара на выходе может достигать 1%), которая очень сильно зависит от режимных параметров: расхода и давления пара, влагодержания ПВС, уровня жидкости в сепараторе и др.

В практике эксплуатации ГеоЭС  для компенсации недостаточной  эффективности циклонных сепараторов  нередко используют сепарирующую способность  длинных трубопроводов от сепараторов  к турбине. Влага с содержащимися  в ней солями, двигаясь в паровом  потоке, оседает на стенках трубопровода в виде пленки и дренеруется по длине трубы. Такой способ очистки, безусловно, снижает солесодержание пара перед турбиной, однако является неконтролируемым и не может в  полной мере обеспечить надежную работу турбин.

Разработанные в АО «Наука»  при участии научно-учебного центра МЭИ и ВНИИАМ и изготавливаемые  ОАО «ЗиО – Подольск» высокоэффективные (влажность пара на выходе составляет не более 0,05%) сепараторы, расширители  и паросборники являются принципиально  новыми сепараторами горизонтального  типа, в основу создания которых  положен опыт проектирования подобных устройств в ядерной энергетике. В этих сепараторах наряду с центробежным способом разделения фаз основным используемым механизмом, обеспечивающим высокую  эффективность сепарации, является механизм гравитационного осаждения  жидких частиц.

Корпус сепаратора гравитационного  типа представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд, ПВС к которому подводится радиально в одной  или нескольких точках по длине цилиндра. Выбранный диаметр обечайки сепаратора (2,4м) позволяет за счет увеличения его  длины создать серию аппаратов  различной производительности.

Первичное грубое разделение фаз в сепараторе происходит с  помощью отбойного щита за счет центробежных сил при изменении направления  движения потока. Затем влага отделяется в каналах сепарационного жалюзийного  щита за счет многократного изменения  направления потока и, наконец, в паровом объеме над сепарационным  щитом путем гравитационного осаждения мелких капель влаги.

В верхней части парового объема, перед выходом осушенного пара, установлен дырчатый успокоительный лист для аэродинамического выравнивания потока.

Для ускорения ремонта  и очистки деталей сепарационного щита он выполнен из легкосъемных секций, которые могут быть извлечены  наружу через специальные люки-лазы.

В отличие от сепараторов  циклонного типа, которые, как правило, снабжаются отдельным сепараторосборником  и поплавковым предохранительным  клапаном, в данном сепараторе все  устройства размещены в едином корпусе. Поплавковый клапан, расположенный  в выпускном патрубке, предназначен для предотвращения заброса воды в турбину при аварийном подъеме  уровня сепарата. Несмотря на то, что  сепараторы снабжены специальными устройствами автоматического регулирования  уровня и аварийного сброса сепарата при достижении уровня ниже сепарационного щита, такая дополнительная мера предосторожности представляется обоснованной, так как  залповый заброс воды в проточную часть турбины при переполнении сепаратора может привести к ее разрушению. В случае аварийного заполнения сепаратора водой полый клапан, выполняющий роль поплавка, всплывает и перекрывает выход пара из сепаратора. Давление в сепараторе при этом повышается и происходит срабатывание разрывных мембран и предохранительных клапанов, которые сбрасывают кипящую воду в атмосферный шумоглушитель.

При большей эффективности  влагоудаления, разработанные в  России горизонтальные гравитационные сепараторы, превосходят зарубежные циклонные устройства по таким показателям, как компактность и металлоемкость.

Производительность горизонтальных сепараторов может быть легко  увеличена при изменении длины  сосуда. Режим работы сепараторов  выбирается таким, образом, чтобы при номинальном расходе  влажность пара на выходе не превышала 0,05%.

Особые требования, предъявляемые  к чистоте поступающего в турбину  пара, определяются тем, что примеси, содержащиеся в нем, оседают в  проточной части и приводят к  снижению ее экономичности. Кроме того, возникает опасность коррозионно-эрозионного  воздействия на металл турбины и  другого оборудования. Значительного  снижении количества примесей в паре можно достичь с помощью двухступенчатой системы сепарации с промывкой пара чистым конденсатом в сепараторе 2-й ступени. Чистый конденсат пара, отбираемый из проточной части турбины, подается во вторичный сепаратор на промывочное устройство. Промывка пара происходит путем его барботирования через слой чистого конденсата. При этом остаточные соли, содержащиеся в паре, растворяются в промывочной воде, и таким образом снижается его минерализация.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Перспективы развития геотермальной энергетики в России.

Россия наряду с огромными  ресурсами органического топлива, традиционно использующимися для  выработки тепла и электроэнергии, располагает также значительными  запасами тепла Земли. Современное  развитие геотермальной энергетики в стране позволяет сегодня в  ряде отдельных регионов по –новому  решать проблему тепло- и электроснабжения за счет использования геотермальных  ресурсов.

Территория России хорошо исследована, и сегодня известны основные ресурсы тепла Земли, которые  имеют значительный промышленный потенциал, в том числе и энергетический.

Практически на всей территории России имеются термальные воды температурой 30-40 ^оС, что позволяет с помощью тепловых наосов обеспечить отопление и горячее водоснабжение жилых и производственных зданий. В ряде районов, таких как Северный Кавказ, Калининградская область, Чукотка, Приморье,  Тюмень, Омская область и Забайкалье, имеются термальные воды, температура которых достигает 100-120 ^оС, что позволяет напрямую использовать их для теплоснабжения, а в отдельных районах (на Камчатке и Курильских островах) температура теплоносителя геотермальных резервуаров достигает 300 ^оС, что дает возможность выработки электроэнергии на ГеоЭС с использованием геотермального пара. По данным института Вулканологии и Сейсмологии Дальневосточного отделения РАН, уже выявленные  геотермальные ресурсы позволяют полностью обеспечить Камчатку электроэнергией и теплом более чем на 100 лет.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

Запасы геотермальной  теплоты в 35 млрд раз превышают  годовое мировое потребление  энергии. Лишь 1% геотермальной энергии  земной коры (глубина 10 км) может дать количество энергии, в 500 раз превышающее  все мировые запасы нефти и  газа. Однако сегодня может быть использована лишь незначительная часть  этих ресурсов, и это обусловлено, прежде всего, экономическими причинами. Начало промышленному освоению геотермальных  ресурсов (энергии горячих глубинных  вод и пара) было положено в 1916 году, когда в Италии ввели в эксплуатацию первую геотермальную электростанцию мощностью 7,5 МВт. За прошедшее время, накоплен немалый опыт в области  практического освоения геотермальных  энергоресурсов. Общая установленная  мощность действующих геотермальных  электростанций (ГеоТЭС) равнялась: 1975 г. - 1 278 МВт, в 1990 году - 7 300 МВт. Наибольшего  прогресса в этом вопросе достигли США, Филиппины, Мексика, Италия, Япония.

Технико-экономические  параметры ГеоТЭС изменяются в довольно широких пределах и зависят от геологических характеристик местности (глубины залегания, параметров рабочего тела, его состав и т.д.). Для большинства  введенных в эксплуатацию ГеоТЭС себестоимость электроэнергии является подобной себестоимости электроэнергии, получаемой на угольных ТЭС, и составляет 1200 ... 2000 долл. США / кВт.

В Исландии 80% жилых домов  обогревается с помощью горячей  воды, добытой из геотермальных скважин  под городом Рейкьявик. На западе США за счет геотермальных горячих  вод обогревают около 180 домов и  ферм. По мнению специалистов, между 1993 и 2000 гг глобальное выработки электричества  с помощью геотермальной энергии  выросло более чем вдвое. Запасов  геотермального тепла в США существует так много, что оно может, теоретически, давать в 30 раз больше энергии, чем  ее сейчас потребляет государство.

В перспективе возможно использование тепла магмы в  тех районах, где она расположена  близко к поверхности Земли, а  также сухого тепла разогретых кристаллических пород. В последнем случае скважины бурят на несколько километров, закачивают вниз холодную воду, а обратно получают горячую.