Proračun toplinske sheme geotermalne elektrane binarnog tipa. Geotermalna energija. Proračun geotermalne elektrane

3.4 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, koja isparava zbog topline vode odvedene iz ekspandera.

Voda iz geotermalnih bušotina s tlakom pgw i temperaturom tgw ulazi u ekspander. Ekspander stvara suhu zasićenu paru pri tlaku od pp. Ova se para 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 ekspandiraju 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 proračun

kružni dijagram GeoPP binarnog tipa (sl. 3.2).

Riža. 3.2. Shematski dijagram GeoES-a.

Prema dijagramu na Sl. 3.2 i početnih podataka provodimo izračune.

Proračun sheme parne turbine koja radi na suhu zasićenu paru

Temperatura pare na ulazu u kondenzator turbine:

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

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

Raspoloživi pad topline za turbinu:

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

Protok pare od ekspandera do parne turbine:

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

Proračun ekspandera geotermalne vode

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 iz ekspandera. Određuje se iz tablica svojstava vode i vodene pare kao entalpija kipuće vode.

Jednadžba bilance materijala ekspandera

Zajedničkim rješavanjem ovih dviju jednadžbi potrebno je odrediti i.

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

Određivanje parametara u 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 pare freona na izlazu iz turbine određuje se iz p-h dijagrama za freon na sjecištu linija i temperaturne linije:

220 kJ/kg.

Entalpija vrenja freona na izlazu iz kondenzatora određuje se iz p-h dijagrama za freon na krivulji kipuće tekućine prema 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 freon

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

Određivanje snage crpke za pumpanje geotermalne vode u bušotinu

gdje je učinkovitost crpke, pretpostavlja se 0,8; - prosječni specifični volumen geotermalne vode.

Električna energija GeoPP-a

Alternativni izvori energije. munjevita elektrana

Proračun elektrane munje dizajniran je, prije svega, za određivanje izlazne snage. Uostalom, zadatak svake elektrane je maksimizirati energetsku učinkovitost kako bi se nadoknadila sredstva za rad i instalaciju ...

Izrađujemo osnovne izračune izvedbe crpnog dijela. Dakle, s valom od 1 m, tijelo koje pluta diže se 0,5 m, a zatim pada 0,5 m ispod razine mirne vode ...

Vrste i proračun elektrane na valove

U članku je opisana metoda izračuna elektrane na valove. U predmetnom projektu razmatraju se osnovne formule i primjer proračuna snage valovne hidroelektrane s utvrđenim parametrima. Maksimalna moguća snaga u jednom ciklusu oseke i oseke ...

Obnovljivi izvori energije. Proračun, vrste i zadaće geotermalne elektrane

Postoji nekoliko načina dobivanja energije u GeoPP-u: - izravna shema: para se šalje kroz cijevi do turbina spojenih na električne generatore; - neizravna shema: slična izravnoj shemi, ali prije ulaska u cijevi, para se čisti od plinova ...

geotermalna energija

Još prije 150 godina na našem su se planetu koristili isključivo obnovljivi i ekološki prihvatljivi izvori energije: vodeni tokovi rijeka i morske oseke - za vrtnju vodenih kotača...

geotermalna energija

Geotermalna energija - dobivanje toplinske ili električne energije iz topline zemljinih dubina. Isplativo u područjima...

geotermalna energija

Postoji mišljenje da je korištenje niske temperature geotermalna energija male dubine možemo promatrati kao revoluciju u sustavu opskrbe toplinom, koja se temelji na neiscrpnosti resursa, sveprisutnosti njegove distribucije...

Geotermalna energija i njezina primjena

Razmotrimo upravljanje suvremenom geotermalnom elektranom na primjeru sustava upravljanja prve pokazne geotermalne elektrane Klaipeda na Baltiku kapaciteta 43 MW...

Sukladno zahtjevima Registra, izvršit ćemo proračun opterećenja solarne elektrane u pogonskom režimu. Koristimo tabelarnu metodu izračuna. Prilikom popunjavanja tablice opterećenja u stupce 2-4 unesite podatke zadatka, u stupce 5-8 - parametre motora ...

Proračun brodske elektrane

Proračun električnog sustava na temelju nadomjesnog kruga

Shematski dijagram transformatora s tri namota prikazan je na sl. 4.3, a puna shema supstitucija se podudara s ekvivalentnim krugom autotransformatora (vidi sl. 3.2). Sastav kataloških podataka razlikuje se od onog navedenog u stavku 3. po tome što ...

Opskrba toplinom industrijskih poduzeća

Za pogon pomoćnih mehanizama utvrđuje se bruto učinkovitost bez uzimanja u obzir troškova energije. Za STU koji radi na Rankineovom ciklusu, bruto učinkovitost, uzimajući u obzir troškove pogona pumpe: gdje je entalpija pare u točkama 1 i 2 dijagrama...

Svrha predavanja: prikazati mogućnosti i načine korištenja geotermalne topline u elektroenergetskim sustavima.

Toplina u obliku toplih izvora i gejzira može se koristiti za proizvodnju električne energije razne sheme u geotermalnim elektranama (GeoES). Najlakše implementirana shema je shema koja koristi par tekućina s niskim vrelištem. Vruća voda iz prirodnih izvora zagrijavajući takvu tekućinu u isparivaču pretvara je u paru koja se koristi u turbini i služi kao pogon generatora struje.

Slika 1 prikazuje ciklus s jednim radnim fluidom, na primjer, s vodom ili freonom ( a); ciklus s dva radna fluida - vodom i freonom ( b); izravni ciklus pare ( u) i ciklus s dvije petlje ( G).

Tehnologije proizvodnje električne energije uvelike ovise o toplinskom potencijalu termalnih voda.

Slika. 1 - Primjeri organizacije ciklusa za proizvodnju električne energije:

I - geotermalni izvor; II - turbinski ciklus; III - rashladna voda

Naslage visokog potencijala omogućuju korištenje praktički tradicionalnih izvedbi termoelektrana s parnim turbinama.

stol 1 -Tehnički podaci geotermalne elektrane

Najviše pokazuje slika 2 jednostavan sklop mala elektrana (GeoES) koja koristi toplinu toplog podzemnog izvora.

Voda iz vrućeg izvora s temperaturom od oko 95 ° C pumpa se pumpom 2 do odstranjivača plina 3, gdje se odvajaju plinovi otopljeni u njoj.

Zatim voda ulazi u isparivač 4, u kojem se pretvara u zasićenu paru i lagano pregrijava zbog topline pare (iz pomoćnog kotla), koja je prethodno iscrpljena u ejektoru kondenzatora.

Blago pregrijana para obavlja rad u turbini 5 na čijoj se osovini nalazi generator struje. Ispušna para se kondenzira u kondenzatoru 6, koji se hladi vodom normalne temperature.

Slika 2-. Shema malog GeoPP-a:

1 - prijemnik tople vode; 2 - pumpa tople vode; 3 - odstranjivač plina;

4 - isparivač; 5 - parna turbina s generatorom struje; 6 - kondenzator; 7 - cirkulacijska pumpa; 8 - prijemnik rashladne vode

Takve jednostavne instalacije već su bile u funkciji u Africi 1950-ih.

Očigledna opcija dizajna moderne elektrane je geotermalna elektrana s radnom tvari niskog vrelišta, prikazana na slici 3. Topla voda iz spremnika ulazi u isparivač 3, gdje predaje svoju toplinu nekoj tvari s niskim vrelište. Takve tvari mogu biti ugljični dioksid, razni freoni, sumporov heksafluorid, butan, itd. Kondenzator 6 je tipa miješanja, koji se hladi hladnim tekućim butanom koji dolazi iz površinskog hladnjaka zraka. Dio butana iz kondenzatora dovodi dovodna pumpa 9 u grijač 10, a zatim u isparivač 3.

Važna značajka ove sheme je mogućnost rada zimi s niskim temperaturama kondenzacije. Ta temperatura može biti blizu nule ili čak negativna, jer sve navedene tvari imaju vrlo niske točke ledišta. To vam omogućuje značajno proširenje temperaturnih ograničenja koja se koriste u ciklusu.

Slika 3. Shema geotermalne elektrane s radnom tvari niskog vrelišta:

1 - bunar, 2 - spremnik, 3 - isparivač, 4 - turbina, 5 - generator, 6 - kondenzator, 7 - cirkulacijska pumpa, 8 - površinski hladnjak zraka, 9 - napojna pumpa, 10 - grijač radnog medija

Geotermalna električna stanica S neposredna korištenjem prirodna para.

Najjednostavnija i najpovoljnija geotermalna elektrana je protutlačna parna turbina. Prirodna para iz bušotine dovodi se izravno u turbinu s naknadnim ispuštanjem u atmosferu ili u uređaj koji hvata vrijedne kemikalije. Protutlačna turbina može se opskrbljivati ​​sekundarnom parom ili parom dobivenom iz separatora. Prema ovoj shemi elektrana radi bez kondenzatora, te nema potrebe za kompresorom za odvod nekondenzirajućih plinova iz kondenzatora. Ova instalacija je najjednostavnija, kapitalni i operativni troškovi za nju su minimalni. Zauzima malu površinu, ne zahtijeva gotovo nikakvu pomoćnu opremu i lako se može prilagoditi kao prijenosna geotermalna elektrana (slika 4).

Slika 4 - Shema geotermalne elektrane s izravnim korištenjem prirodne pare:

1 - dobro; 2 - turbina; 3 - generator;

4 - izlaz u atmosferu ili u kemijsko postrojenje

Razmatrana shema može postati najprofitabilnija za ona područja gdje postoje dovoljne rezerve prirodne pare. Racionalni rad pruža priliku učinkovit rad takva instalacija čak i s promjenjivim protokom bušotine.

U Italiji postoji nekoliko takvih postaja. Jedan od njih ima kapacitet od 4 tisuće kW uz specifičnu potrošnju pare od oko 20 kg / s ili 80 t / h; drugi snage 16 tisuća kW, gdje su ugrađena četiri turbogeneratora snage po 4 tisuće kW. Potonji se opskrbljuje parom iz 7–8 bušotina.

Geotermalna elektrana s kondenzacijskom turbinom i izravnim korištenjem prirodne pare (Slika 5) je najviše moderna shema za dobivanje električne energije.

Para iz bušotine dovodi se u turbinu. Potrošeno u turbini ulazi u kondenzator za miješanje. Smjesa rashladne vode i kondenzata pare koja je već iscrpljena u turbini ispušta se iz kondenzatora u podzemni spremnik, odakle se uzima cirkulacijskim pumpama i šalje u rashladni toranj na hlađenje. Iz rashladnog tornja rashladna voda ponovno ulazi u kondenzator (slika 5).

Prema ovoj shemi, uz neke izmjene, rade mnoge geotermalne elektrane: Larderello-2 (Italija), Wairakei ( Novi Zeland) i tako dalje.

Opseg dvokružne elektrane na radne tvari s niskim vrelištem (freon-R12, mješavina vode i amonijaka,) je korištenje topline termalnih voda s temperaturom od 100 ... 200 ° C, kao i odvojene vode u naslagama parnih hidroterma.

Slika 5 - Shema geotermalne elektrane s kondenzacijskom turbinom i izravnim korištenjem prirodne pare:

1 - dobro; 2 - turbina; 3 - generator; 4 - pumpa;

5 - kondenzator; 6 - rashladni toranj; 7 - kompresor; 8 - resetiranje

Kombinirano proizvodnja električne i toplinske energije

Kombinirana proizvodnja električne i toplinske energije moguća je u geotermalnim termoelektranama (GeoTE).

Najjednostavniji dijagram GeoTPP vakuumskog tipa za korištenje topline tople vode s temperaturom do 100 ° C prikazan je na slici 6.

Rad takve elektrane odvija se na sljedeći način. Topla voda iz bušotine 1 ulazi u spremnik 2. U spremniku se oslobađa od plinova otopljenih u njemu i šalje u ekspander 3, u kojem se održava tlak od 0,3 atm. Pri tom tlaku i pri temperaturi od 69 ° C, mali dio vode pretvara se u paru i šalje u vakuumsku turbinu 5, a preostalu vodu crpka 4 pumpa u sustav za opskrbu toplinom. Para koja se ispušta u turbini ispušta se u kondenzator za miješanje 7. Za uklanjanje zraka iz kondenzatora, Vakuumska pumpa 10. Smjesa rashladne vode i kondenzata ispušne pare uzima se iz kondenzatora pomoću pumpe 8 i prenosi na hlađenje u ventilacijski rashladni toranj 9. Voda ohlađena u rashladnom tornju dovodi se u kondenzator gravitacijom zbog pražnjenja.

Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP s kapacitetom od 12 MW (3x4 MW) je pilot faza Mutnovskaya GeoTPP s projektiranim kapacitetom od 200 MW, stvorena za opskrbu električnom energijom industrijske regije Petropavlovsk-Kamchatsky.

Slika 6 -. Shema vakuumske GeoTPP s jednim ekspanderom:

1 - bunar, 2 - spremnik, 3 - ekspander, 4 - pumpa tople vode, 5 - vakuumska turbina 750 kW, 6 - generator, 7 - miješajući kondenzator,

8 - pumpa rashladne vode, 9 - rashladni toranj ventilatora, 10 - vakuum pumpa

U geotermalnoj elektrani Pauzhetskaya (južno od Kamčatke) s kapacitetom od 11 MW, parne turbine koriste samo odvojenu geotermalnu paru iz mješavine vodene pare dobivene iz geotermalnih bušotina. Velika količina geotermalne vode (oko 80  ukupne potrošnje PVA) s temperaturom od 120 °C ispušta se u rijeku Ozernaya koja se mrijesti, što dovodi ne samo do gubitka toplinskog potencijala geotermalne rashladne tekućine, već i značajno pogoršava ekološko stanje rijeke.

Dizalice topline

Toplinska pumpa- uređaj za prijenos toplinske energije od izvora niske toplinske energije s niskom temperaturom do potrošača nositelja topline s više visoka temperatura,. Termodinamički gledano, dizalica topline je obrnuti rashladni stroj. Ako je u rashladnom stroju glavni cilj proizvesti hladnoću uzimanjem topline iz bilo kojeg volumena pomoću isparivača, a kondenzator ispušta toplinu u okoliš, onda je kod dizalice topline slika obrnuta (slika 7). Kondenzator je izmjenjivač topline koji stvara toplinu za potrošača, a isparivač je izmjenjivač topline koji iskorištava nisku toplinu koja se nalazi u vodenim tijelima, tlu, kanalizacija itd. Ovisno o principu rada dizalice topline dijelimo na kompresijske i apsorpcijske. Kompresijske dizalice topline uvijek pokreće elektromotor, dok apsorpcijske dizalice topline također mogu koristiti toplinu kao izvor energije. Kompresor također treba izvor niske topline.

Tijekom rada kompresor troši električnu energiju. Omjer proizvedene toplinske energije i utrošene električne energije naziva se omjer transformacije (ili koeficijent pretvorbe topline) i služi kao pokazatelj učinkovitosti dizalice topline. Ova vrijednost ovisi o razlici između razina temperature u isparivaču i kondenzatoru: što je veća razlika, to je ova vrijednost manja.

Po vrsta rashladne tekućine u ulaznim i izlaznim krugovima, crpke su podijeljene u šest tipova: "zemlja-voda", "voda-voda", "zrak-voda", "zemlja-zrak", "voda-zrak", "zrak-zrak" .

Pri korištenju energije tla kao izvora topline, cjevovod u kojem cirkulira tekućina ukopan je u zemlju 30-50 cm ispod razine smrzavanja tla u određenom području (slika 8). Za ugradnju dizalice topline snage 10 kW potreban je uzemljeni krug dužine 350-450 m, za čije polaganje je potrebna parcela od oko 400 m² (20x20 m).

Slika 7 - Shema rada dizalice topline

Slika 8 - Korištenje energije tla kao izvora topline

Prije svega, prednosti dizalica topline uključuju ekonomičnost: da bi se 1 kWh toplinske energije prenio u sustav grijanja, HE treba potrošiti 0,2-0,35 kWh električne energije.Svi sustavi rade u zatvorenim krugovima i praktički ne zahtijevaju operativne troškove, osim troškova električne energije potrebne za rad opreme, koja se može dobiti iz vjetra i sunca elektrane. Razdoblje povrata toplinskih pumpi je 4-9 godina, s vijekom trajanja od 15-20 godina prije velikih popravaka.

Stvarne vrijednosti učinkovitosti modernih dizalica topline su reda COP = 2,0 pri temperaturi izvora od −20 °C, a reda COP = 4,0 pri temperaturi izvora od +7 °C.

Tema: Proračun toplinske sheme geotermalne elektrane

Geotermalna elektrana sastoji se 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 izvora s temperaturom t gv = 175 °S post-

ide u ekspander. Ekspander stvara suhu zasićenu paru sa

25 stupnjeva hladnije t stražari Ova para se šalje u traku

turbina. Preostala voda iz ekspandera odlazi u isparivač, gdje

ohlađen za 60 stupnjeva i pumpan natrag u bunar. Nije dobro-

buka u postrojenju za isparavanje - 20 stupnjeva. Proširuju se radna tijela -

u turbinama i ulaze u kondenzatore, gdje se hlade vodom iz

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

10 ºS, a pothlađivanje do temperature zasićenja 5 ºS.

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

cal učinkovitost turbogeneratora çem = 0,95 .

Definirati:

električna snaga turbine koja radi na freon - N eChT i

ukupni kapacitet GeoTE;

potrošnja radnih tekućina za obje turbine;

protok vode iz bunara;

Učinkovitost GeoTPP-a.

Početne podatke uzeti iz tablice 3 prema opcijama.

Tablica 3

Polazni podaci za zadatak br.3

IZLAZI

3. Odredite entalpije u karakterističnim točkama:

4. Izračunavamo raspoloživi pad topline 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 nalazi se po formuli:

DoPT =

NiPT ⋅ç Em

5,3kg /S .

7. Tok vode iz geotermalne bušotine u isparivač i

cijela GeoTEC općenito se nalazi iz sustava jednadžbi:

PT ISP

Rješavajući ovaj sustav nalazimo:

7.1 protok vode od 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 IZLAZ XT XT

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

⋅ç i ⋅

hp −vikati

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- sekunda stvarnog pada topline

XT XT T

10. Ukupna električna snaga GeoTE-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 ⎠ ⎠

geotermalna energija

Sažetak.

Uvod.

Cijena električne energije proizvedene u geotermalnim elektranama.

Bibliografija.

Sažetak.

U ovom radu prikazana je povijest razvoja geotermalne energije, kako u svijetu tako iu našoj zemlji, Rusiji. Napravljena je analiza korištenja duboke topline Zemlje za njezino pretvaranje u električnu energiju, kao i za opskrbu gradova i naselja toplinom i toplom vodom u regijama naše zemlje kao što su Kamčatka, Sahalin i Sjeverni Kavkaz. napravljeno ekonomska opravdanost razvoj geotermalnih ležišta, izgradnja elektrana i rokovi povrata. Uspoređujući energiju geotermalnih izvora s drugim vrstama energenata, dobivamo izglede za razvoj geotermalne energije, koja bi trebala zauzeti značajno mjesto u ukupnoj bilanci korištenja energije. Konkretno, za restrukturiranje i ponovno opremanje elektroprivrede regije Kamčatka i Kurilsko otočje, dijelom Primorje i Sjeverni Kavkaz trebali bi koristiti vlastite geotermalne izvore.

Uvod.

Glavni pravci razvoja proizvodnih kapaciteta u energetskom sektoru zemlje u bliskoj budućnosti su tehnička ponovna oprema i rekonstrukcija elektrana, kao i puštanje u rad novih proizvodnih kapaciteta. Prije svega, to je izgradnja elektrana kombiniranog ciklusa učinkovitosti 5560%, čime će se učinkovitost postojećih termoelektrana povećati za 2540%. Sljedeća faza trebala bi biti izgradnja termoelektrana s novim tehnologijama za izgaranje krutih goriva i s nadkritičnim parametrima pare za postizanje faktora učinkovitosti TE od 46-48%. Također će se dalje razvijati nuklearne elektrane s novim tipovima toplinskih i brzih neutronskih reaktora.

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

Poskupljenje koje se dogodilo u posljednjih godina, za organsko gorivo (plin, loživo ulje, dizelsko gorivo) i za njegov transport u udaljena područja Rusije i, sukladno tome, objektivno povećanje prodajnih cijena električne i Termalna energija iz temelja promijeniti odnos prema korištenju obnovljivih izvora energije: geotermalne, vjetra, sunca.

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

Među glavnim pravcima poboljšanja i razvoja sustava opskrbe toplinom trebalo bi biti širenje korištenja lokalnih netradicionalnih obnovljivih izvora energije i, prije svega, geotermalne topline zemlje. 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 porastao je nekoliko puta. Ovaj smjer se najintenzivnije razvija u usporedbi s drugim područjima energetike. Nekoliko je razloga za ovaj fenomen. Prije svega, očito je da je era jeftinih tradicionalnih energenata nepovratno završila. U ovom području postoji samo jedan trend - rast cijena za sve njihove vrste. Ne manje značajna je i želja mnogih zemalja lišenih svoje baze goriva za energetskom neovisnošću, a značajnu ulogu igraju ekološka pitanja, uključujući emisiju štetnih plinova. Aktivnu moralnu podršku korištenju obnovljivih izvora energije pruža stanovništvo razvijenih zemalja.

Zbog toga je razvoj obnovljivih izvora energije u mnogim državama prioritetna zadaća tehničke politike u području energetike. U nizu zemalja ova se politika provodi kroz usvojeni zakonodavni i regulatorni okvir kojim se uspostavljaju pravni, ekonomski i organizacijski temelji za korištenje obnovljivih izvora energije. Konkretno, ekonomski temelji se sastoje u različitim mjerama za potporu obnovljivim izvorima energije u fazi njihovog razvoja energetskog tržišta (porezne i kreditne olakšice, izravne subvencije, itd.)

U Rusiji praktična primjena obnovljivih izvora energije značajno zaostaje za vodećim zemljama. Nema zakonskog i regulatornog okvira, kao ni državne potpore gospodarstvu. Sve to izuzetno otežava praksu u ovom području. Glavni razlog inhibicijskih čimbenika su dugotrajni gospodarski problemi u zemlji i, kao posljedica toga, poteškoće s ulaganjima, niska solventna potražnja, nedostatak sredstava za potrebne razvoje. Ipak, neki radovi i praktične mjere za korištenje obnovljivih izvora energije u našoj zemlji se provode (geotermalna energija). Parno-hidrotermalne naslage u Rusiji dostupne su samo na Kamčatki i Kurilskim otocima. Stoga geotermalna energija u budućnosti ne može zauzeti značajnije mjesto u energetskom sektoru zemlje u cjelini. No, ona je u stanju radikalno i na najekonomičnijim osnovama riješiti problem opskrbe energijom ovih krajeva koji koriste skupa uvozna goriva (lož ulje, ugljen, dizelsko gorivo) i nalaze se na rubu energetske krize. Potencijal parno-hidrotermalnih ležišta na Kamčatki sposoban je iz različitih izvora osigurati od 1000 do 2000 MW instalirane električne energije, što znatno premašuje potrebe ovog područja u doglednoj budućnosti. Dakle, ovdje postoje realni izgledi za razvoj geotermalne energije.

Povijest razvoja geotermalne energije.

Uz ogromne izvore 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 rasjednim zonama zemljine kore.

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

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

Više od 3000 bušotina je izbušeno za korištenje geotermalnih resursa. Troškovi geotermalnih istraživanja i radova bušenja koji su već obavljeni na ovom području, u moderne cijene iznosi više od 4 milijarde. dolara. Tako je na Kamčatki već izbušeno i iskorišteno 365 bušotina u geotermalnim poljima dubine od 225 do 2266 m (još u Sovjetsko vrijeme) oko 300 milijuna. 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, geotermalna elektrana Pauzhetskaya puštena je u rad 1967. godine. i imao je snagu od 5 mW, a kasnije je povećan na 11 mW. Novi poticaj razvoju geotermalne energije na Kamčatki dan je 90-ih godina s pojavom organizacija i tvrtki (JSC Geoterm, JSC Intergeotherm, JSC Nauka), koje su u suradnji s industrijom (prvenstveno s Kaluga Turbine Plant) razvile nove progresivne sheme, tehnologije i vrste opreme za pretvaranje geotermalne energije u električnu energiju te osigurane kredite Europske banke za obnovu i razvoj. Kao rezultat toga, 1999 Verhne-Mutnovskaya GeoTEC (tri modula po 4 MW) puštena je u rad na Kamčatki. Uvodi se prvi blok od 25mW. prva faza Mutnovskaya GeoTPP ukupne snage 50 MW.

Druga faza s kapacitetom od 100 MW može biti puštena u rad 2004. godine

Tako su utvrđeni neposredni i sasvim realni izgledi za geotermalnu energiju na Kamčatki, što je nesumnjiv pozitivan primjer korištenja obnovljive energije u Rusiji, unatoč ozbiljnim ekonomskim 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 Dalekoistočnog ogranka 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, značajne rezerve geotermalnih izvora poznate su na nalazištima Koshelevskoye, Bolshe Bannoy i na sjeveru u nalazištima Kireunskoye. Toplinske rezerve 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.

Kurilsko otočje je također bogato zalihama zemljine topline, sasvim dovoljno za opskrbu toplinom i električnom energijom ovog područja 100.200 godina. Na otoku Iturup otkrivene su rezerve dvofaznog geotermalnog rashladnog sredstva, kapaciteta (30 MW(e)) dovoljnog da podmiri energetske potrebe 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 Južno Kuriljska. Utroba sjevernog otoka Paramushir je manje istražena, ali je poznato da ovaj otok također ima značajne rezerve geotermalne vode s temperaturom od 70 do 95 °C, a GeoTS kapaciteta 20 MW (t) je također gradi se ovdje.

Naslage termalnih voda s temperaturom od 100-200°C mnogo su raširenije. Na ovoj temperaturi preporučljivo je koristiti radne fluide niskog vrelišta u ciklusu parne turbine. Korištenje dvokružnih geotermalnih elektrana na termalnu vodu moguće je u nizu regija 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. Ovdje se geotermalna voda od davnina koristi za opskrbu toplinom i toplu vodu. U Dagestanu se godišnje proizvodi više od 6 milijuna m3 geotermalne vode. Oko 500 tisuća ljudi na Sjevernom Kavkazu koristi geotermalne izvore vode.

Primorje, Bajkalsko područje i zapadnosibirsko područje također imaju rezerve geotermalne topline pogodne za široku upotrebu u industriji i poljoprivredi.

Pretvorba geotermalne energije u električnu i toplinsku energiju.

Jedno od perspektivnih područja korištenja topline visokomineraliziranih podzemnih termalnih voda je njezina pretvorba u električnu energiju. U tu svrhu razvijena je tehnološka shema izgradnje geotermalne elektrane koja se sastoji od geotermalnog cirkulacijskog sustava (GCS) i parnoturbinskog postrojenja (PTP), čija je shema prikazana na sl.1. Posebnost takve tehnološke sheme od poznatih je da u njoj ulogu isparivača i pregrijača obavlja vertikalni protustrujni izmjenjivač topline smješten u gornjem dijelu bušotine za utiskivanje, gdje se proizvodi termalna voda visoke temperature. opskrbljuje se kroz površinski cjevovod, koji se nakon prijenosa topline sekundarnom rashladnom sredstvu pumpa natrag u rezervoar. Sekundarno rashladno sredstvo iz kondenzatora parne turbine ulazi u zonu grijanja gravitacijom 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 nositelja topline u izmjenjivaču topline isparivača.

Najviše važna točka prilikom izgradnje GeoTE je izbor radnog fluida u sekundarnom krugu. Radni fluid odabran za geotermalnu instalaciju mora imati povoljna kemijska, fizikalna i radna svojstva u danim radnim uvjetima, tj. biti stabilan, nezapaljiv, otporan na eksploziju, netoksičan, inertan na strukturni materijali i jeftino. Poželjno je izabrati radnu tekućinu s nižim koeficijentom dinamičke viskoznosti (manji hidraulički gubici) i s višim koeficijentom toplinske vodljivosti (poboljšan prijenos topline).

Praktički je nemoguće ispuniti sve ove zahtjeve u isto vrijeme, stoga je uvijek potrebno optimizirati izbor jedne ili druge radne tekućine.

Niski početni parametri radnih tijela geotermalnih elektrana dovode do traženja radnih tijela niskog vrelišta s negativnom zakrivljenošću desne granične krivulje u t,s dijagramu, budući da korištenje vode i pare u ovom slučaju dovodi do pogoršanje termodinamičkih parametara i naglo povećanje dimenzija parnoturbinskih postrojenja, što značajno povećava njihovu vrijednost.

Predlaže se korištenje smjese izobutan + izopentan u superkritičnom stanju kao superkritično sredstvo u sekundarnom krugu binarnih energetskih ciklusa. Korištenje superkritičnih smjesa je pogodno 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 mješavine odabir superkritičnog sredstva s najpovoljnijim kritičnim parametrima za odgovarajuću temperaturu termalne vode pojedinog geotermalnog polja.

Kao sekundarno rashladno sredstvo koristi se ugljikovodik izobutan niskog vrelišta, 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 radna tekućina našao je široku distribuciju u inozemstvu, a također se predlaže da se koristi u superkritičnom stanju u binarnim ciklusima geotermalne energije.

Energetske karakteristike postrojenja 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 o izboru najmanje temperaturne razlike—sl.2. S jedne strane, smanjenje êt dovodi do povećanja površine izmjenjivača topline isparivača, što možda nije ekonomski opravdano. S druge strane, povećanje êt pri određenoj temperaturi termalne vode ts dovodi do potrebe za snižavanjem temperature isparavanja ts (a time i tlaka), što će nepovoljno 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 izmjenjivača topline generatora pare. S povećanjem temperature isparavanja izobutana tz, snaga N koju stvara turbina povećava se za 1 kg/s sekundarne potrošnje rashladnog sredstva. Istodobno, s povećanjem tg smanjuje se količina isparenog izobutana po 1 kg/s potrošnje termalne vode.

Povećanjem temperature termalne vode raste i temperatura optimalna temperatura isparavanje.

Na slici 3 prikazani su grafikoni 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 je najučinkovitiji u smislu dobivanja maksimalne snage superkritični ciklus, blizak takozvanom "trokutastom" ciklusu s početnim tlakom pn = 5,0 MPa. Tijekom ovog ciklusa, zbog minimalne temperaturne razlike između nositelja topline i radnog fluida, temperaturni potencijal termalne vode iskorišten je u najvećoj mjeri. Usporedba ovog ciklusa sa subkritičnim (pn=3,4MPa) pokazuje da se snaga koju stvara turbina 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 rashladnog sredstva i smanjenja veličine opreme (dovodni cjevovodi i turbina) parnoturbinskog postrojenja. Osim toga, u ciklusu s pH = 5,0 MPa, temperatura otpadne termalne vode t, ubrizgane natrag u ležište, 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 s povećanjem tlaka smanjuju dimenzije protočnog dijela turbine, istodobno se povećava broj turbinskih stupnjeva, potrebna je razvijenija čeona brtva i, što je najvažnije, povećava se debljina stijenki kućišta.

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

Međutim, čimbenici poput povećanja snage, smanjenja dimenzija dovodnih cjevovoda i turbine te potpunijeg aktiviranja toplinskog potencijala termalne vode govore u prilog superkritičnog ciklusa.

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

Rezultati proračuna procjene pokazuju da korištenje termalne vode s temperaturom tc = 120ºS u primarnom krugu GeoTE i stvaranje superkritičnog ciklusa s početnim tlakom od 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 GeoTE-a potrebno je riješiti probleme vezane uz pojavu korozije i naslaga soli, koji se u pravilu pogoršavaju povećanjem mineralizacije termalne vode. Najintenzivnije naslage soli nastaju zbog otplinjavanja termalne vode i posljedičnog poremećaja ravnoteže ugljičnog dioksida.

U predloženoj tehnološkoj shemi primarna rashladna tekućina cirkulira u zatvorenom krugu: ležište - proizvodna bušotina - površinski cjevovod - pumpa - utisna bušotina - ležište, gdje su uvjeti za otplinjavanje vode minimizirani. Istodobno, potrebno je pridržavati se takvih termobaričkih 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).

Pad temperature termalne vode također dovodi do taloženja nekarbonatnih soli, što su potvrdila istraživanja provedena na geotermalnoj lokaciji Kayasulinsky. Dio istaloženih soli će se taložiti na unutarnja površina utisne bušotine, a glavnina se iznosi u zonu dna bušotine. Taloženje soli na dnu injekcijske bušotine pridonijet će smanjenju injektiteta i postupnom smanjenju brzine kružnog protoka, sve do potpunog zaustavljanja GCS-a.

Kako bi se spriječila korozija i kamenac u GCS krugu, može se koristiti učinkovit reagens HEDPK (hidroksietiliden difosfonska kiselina) koji ima dugotrajni antikorozivni učinak pasivizacije površine. Obnova pasivizirajućeg sloja OEDFK provodi se periodičkim pulsirajućim ubrizgavanjem otopine reagensa u termalnu vodu na ušću proizvodne bušotine.

Za otapanje slanog mulja koji će se akumulirati u zoni dna bušotine, a samim tim i za vraćanje injektnosti injekcione bušotine, vrlo učinkovit reagens je NMA (koncentrat kiselina niske molekularne težine), koji se također može periodično unositi u cirkulirajuću termalnu vodu. u području prije pumpe za ubrizgavanje.

Stoga se iz gore navedenog može sugerirati da je jedan od obećavajućih pravaca razvoja toplinske energije Zemljine unutrašnjosti njezina pretvorba u električnu energiju izgradnjom GeoTE s dvostrukim krugom na radnim sredstvima s niskim vrelištem. Učinkovitost takve pretvorbe ovisi o mnogim čimbenicima, posebice o izboru radnog fluida i parametrima termodinamičkog ciklusa sekundarnog kruga GeoTEC-a.

Rezultati proračunske analize ciklusa koji koriste različite nositelje 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 početna termalna voda koja cirkulira u primarnom krugu GeoTE.

Također je utvrđeno da je za visokotemperaturnu termalnu vodu (180ºS i više) najperspektivnije stvaranje superkritičnih ciklusa u sekundarnom krugu GeoTE-a pomoću izobutana, dok je za vode niže temperature (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 nositelja 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 najpovoljnija, budući da se odabirom sastava smjese lako mijenjaju njihova kritična svojstva ovisno o vanjskim uvjetima.

Drugo područje korištenja geotermalne energije je geotermalna opskrba toplinom, koja se dugo koristi na Kamčatki i Sjevernom Kavkazu za grijanje staklenika, grijanje i opskrbu toplom vodom u stambenom i komunalnom sektoru. Analiza svjetskih i domaćih iskustava ukazuje na perspektivnost opskrbe geotermalnom toplinom. Trenutno u svijetu rade geotermalni sustavi opskrbe toplinom ukupnog kapaciteta 17175 MW, a samo u SAD-u radi više od 200 tisuća geotermalnih instalacija. Prema planovima Europske unije, kapacitet geotermalnih sustava grijanja, uključujući dizalice topline, trebao bi se povećati s 1300 MW u 1995. godini na 5000 MW u 2010. godini.

U SSSR-u su se geotermalne vode koristile u Krasnodarskom i Stavropoljskom kraju, 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 sustav istraživanja, razvoja i iskorištavanja geotermalnih resursa u našoj je zemlji doživio kolaps. U SSSR-u znanstveni istraživački rad tim su se problemom bavili instituti Akademije znanosti, ministarstva geologije i plinske industrije. Istraživanje, ocjenjivanje i odobravanje rezervi ležišta provodili su zavodi i područni odsjeci Ministarstva geologije. Bušenje produktivnih bušotina, razvoj polja, razvoj tehnologija za ponovno utiskivanje, obradu geotermalnih voda, rad geotermalnih sustava za opskrbu toplinom provodili su pododjeli Ministarstva plina. Uključuje pet regionalnih operativnih odjela, znanstveno-proizvodnu udrugu Soyuzgeotherm (Makhachkala), koja je razvila shemu budućeg korištenja geotermalnih voda SSSR-a. Projektiranje sustava i opreme za geotermalnu opskrbu toplinom proveo je Središnji istraživačko-projektni i eksperimentalni institut za strojarsku opremu.

Trenutno su obustavljeni sveobuhvatni istraživački radovi na području geotermije: od geoloških i hidrogeoloških studija do problematike pročišćavanja geotermalnih voda. Ne provode se istražna bušenja, ne provodi se razvoj prethodno istraženih ležišta, oprema postojećih geotermalnih sustava opskrbe toplinom nije modernizirana. Uloga kontrolira vlada u razvoju geotermije je zanemariv. Geotermalni stručnjaci su raštrkani, njihovo iskustvo nije traženo. Na primjeru Krasnodarskog kraja izvršit će se analiza trenutne situacije i perspektiva razvoja u novim gospodarskim uvjetima Rusije.

Za ovu regiju Od svih obnovljivih izvora energije najperspektivnije je korištenje geotermalnih voda. Slika 4 prikazuje prioritete za korištenje obnovljive energije za opskrbu toplinom objekata u Krasnodarskom području.

U Krasnodarskom području godišnje se proizvede 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, au razradi je 6 polja sa 23 bušotine. Ukupan broj geotermalnih bušotina77. Geotermalnim vodama grije se 32 hektara. staklenika, 11 tisuća stanova u osam naselja, opskrba toplom vodom osigurana je za 2 tisuće ljudi. Istražene operativne rezerve geotermalnih voda regije procjenjuju se na 77,7 tisuća kubičnih metara. m³ / dan, ili tijekom rada tijekom sezone grijanja - 11,7 milijuna. m³ po sezoni, predviđene rezerve, odnosno 165 tisuća. m³/dan i 24,7 mil. 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 kemijskom sastavu geotermalna voda gotovo zadovoljava standarde za pitku vodu. Glavni potrošač geotermalne vode iz ovog polja je kompleks staklenika s površinom staklenika do 30 hektara, koji je prethodno upravljao s 8 bušotina. Trenutno se ovdje grije 40% površine staklenika.

Za opskrbu toplinom stambenih i upravnih zgrada sela. Mosta 80-ih godina izgrađena je geotermalna centralna toplinska točka (CHP) procijenjene toplinske snage 5 MW, čiji je dijagram prikazan na sl. 5. Geotermalna voda u centralnom toplinskom centru dolazi iz dvije bušotine protoka 45÷70 m³/h svaka i temperature 70÷74ºS u dva spremnika kapaciteta 300m³. Za iskorištavanje topline otpadne geotermalne vode ugrađene su dvije parnokompresorske dizalice topline procijenjene toplinske snage 500 kW. Geotermalna voda koja se koristi u sustavima grijanja s temperaturom od 30÷35ºS prije jedinice dizalice topline (HPU) dijeli se u dva toka, od kojih se jedan hladi na 10ºS i odvodi u spremnik, a drugi se zagrijava do 50ºS i vraćeni u spremnike. Jedinice dizalice topline proizvedene su u moskovskoj tvornici Kompresor na temelju rashladni strojevi A-220-2-0.

Regulacija toplinske snage geotermalnog grijanja u nedostatku vršnog zagrijavanja provodi se na dva načina: propuštanjem rashladnog sredstva i ciklički. Kod potonje metode sustavi se povremeno pune geotermalnim rashladnim sredstvom uz istovremeno ispuštanje ohlađenog. Uz dnevno razdoblje grijanja Z, vrijeme grijanja Zn određuje se formulom

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

Kapacitet spremnika geotermalnih sustava određuje se iz uvjeta osiguranja normalizirane amplitude fluktuacija 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 je koeficijent toplinskog gubitka 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 određen je 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 radnih uvjeta rashladnih strojeva. Omjer ispusnog i usisnog tlaka kompresora pri radu u režimu dizalica topline je 1,5÷2 puta veći od istog omjera u rashladnim strojevima. Kvarovi grupe klipnjača i klipa, postrojenja za ulje i automatizacije doveli su do preranog kvara ovih strojeva.

Kao rezultat nedostatka kontrole hidrološkog režima, rad geotermalnog polja Mostovskoye nakon 10 godina, pritisak na ušću bušotine smanjio se 2 puta. Kako bi se povratio ležišni tlak polja 1985.g. izbušene su tri utisne bušotine, izgrađena crpna stanica, ali njihov rad nije dao pozitivan rezultat zbog niske injektnosti ležišta.

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

Kao rezultat analize postojećih i perspektivnih toplinskih opterećenja u skladu sa shemom razvoja toplinske opskrbe grada, određena je optimalna, proračunska, toplinska snaga geotermalnog sustava opskrbe toplinom. Usporedba izvedivosti četiri mogućnosti(od toga tri bez vršne kotlovnice s različitim brojem bunara i jedna s dogrijavanjem u kotlovnici) pokazalo je da shema s vršnom kotlovnicom (slika 6) ima minimalni rok povrata.

Sustavom geotermalne toplinske energije predviđena je izgradnja zapadnog i središnjeg zahvata termalne vode sa sedam utisnih bušotina. Način rada termalnih vodozahvata s ponovnim ubrizgavanjem ohlađene rashladne tekućine. Dvokružni sustav opskrbe toplinom s vršnim dogrijavanjem u kotlovnici i ovisnim priključkom postojeće sustave grijanje zgrade. Kapitalna ulaganja u izgradnju ovog geotermalnog sustava iznosila su 5,14 milijuna kuna. trljati. (u cijenama iz 1984.), rok povrata 4,5 godina, procijenjena ušteda zamjenskog goriva 18,4 tisuće tona referentnog goriva godišnje.

Cijena električne energije proizvedene u geotermalnim elektranama.

Troškovi istraživanja i razvoja (bušenja) geotermalnih polja iznose do 50% ukupnih troškova GeoTPP-a, stoga je trošak električne energije proizvedene u GeoPP-u prilično značajan. Dakle, cijena cijele pilot-industrijske (OP) Verkhne-Mutnovskaya GeoPP [kapaciteta 12 (3 × 4) MW] iznosila je oko 300 milijuna rubalja. Međutim, nepostojanje troškova transporta za gorivo, 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-ovi imaju bezuvjetnu prednost u odnosu na termoelektrane i dizel stanice koje rade na uvezeno gorivo.

Ako uzmemo u obzir Kamčatku kao primjer, gdje se više od 80% električne energije proizvodi u CHPP-1 i CHPP-2, koji rade na uvozno loživo ulje, tada je korištenje geotermalne energije isplativije. Čak i danas, kada je proces izgradnje i razvoja novih geoelektrana na geotermalnom polju Mutnovsky još uvijek u tijeku, cijena električne energije u geoelektrani Verkhne-Mutnovskaya više je od dva puta niža nego u termoelektrani u Petropavlovsku Kamčatskom. Cijena 1 kWh(e) u staroj geoelektrani Pauzhetskaya je 2¸3 puta niža 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 cijena električne energije bila je postavljena na 14 centi. U lipnju 2001. god u istoj regiji tarifa električne energije za 1 kWh kretala se od 7 do 15 centi. Početkom 2002. god prosječna tarifa u OAO Kamchatskenergo bila je 3,6 rubalja. (12 centi). Potpuno je jasno da se gospodarstvo Kamčatke ne može uspješno razvijati bez smanjenja troškova potrošene električne energije, a to se može postići samo korištenjem geotermalnih izvora.

Sada, kada se restrukturira energetski sektor, vrlo je važno poći od realnih cijena goriva i opreme, kao i cijena energije za različite potrošače. Inače možete doći do pogrešnih zaključaka i prognoza. Tako je u strategiji razvoja gospodarstva Kamčatske regije, razvijenoj 2001. godine u Dalsetproektu, bez dovoljnog obrazloženja cijena 1000 m³ plina određena na 50 dolara, iako je jasno da stvarna cijena plina neće biti niži od 100 dolara, a trajanje razvoja plinskih polja bit će 5 ÷10 godina. Istodobno, prema predloženoj strategiji, rezerve plina izračunate su za životni vijek od najviše 12 godina. Stoga bi izglede za razvoj energetskog sektora u regiji Kamčatka trebalo prvenstveno povezati s izgradnjom niza geotermalnih elektrana na Mutnovskom polju [do 300 MW (e)], ponovnim opremanjem Pauzhetskaya GeoPP čiji bi se kapacitet trebao povećati na 20 MW te izgradnja novih GeoPP. Potonji će osigurati energetsku neovisnost Kamčatke dugi niz godina (najmanje 100 godina) i smanjit će troškove prodane električne energije.

Prema procjeni Svjetskog energetskog vijeća, od svih obnovljivih izvora energije, GeoPP ima najnižu cijenu 1 kWh (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 snage na GeoPP-ovima dostiže 0,95.

Geotermalna opskrba toplinom najpovoljnija je direktnim korištenjem geotermalne tople vode, kao i uvođenjem dizalica topline, koje mogu učinkovito koristiti toplinu zemlje s temperaturom od 10÷30ºS, tj. geotermalna toplina niskog stupnja. U trenutnim gospodarskim uvjetima Rusije razvoj opskrbe geotermalnom toplinom izuzetno je težak. Osnovna sredstva moraju se uložiti u bušenje bunara. U Krasnodarskom području, s cijenom bušenja 1 m bušotine 8 tisuća rubalja, dubine 1800 m, troškovi iznose 14,4 milijuna rubalja. S procijenjenim protokom bušotine od 70 m³ / h, aktiviranom temperaturnom razlikom od 30º C, 24-satnim radom 150 dana. godišnje, stopa iskorištenja procijenjenog protoka tijekom sezone grijanja je 0,5, količina isporučene topline je 4385 MWh, ili u vrijednosnom smislu 1,3 milijuna rubalja. po tarifi od 300 rubalja/(MWh). Ovim tempom bušenje bunara isplatit će se za 11 godina. Međutim, u budućnosti, potreba za razvojem ovaj smjer energija je neosporna.

Nalazi.

1. Gotovo diljem Rusije postoje jedinstvene rezerve geotermalne topline s temperaturama rashladne tekućine (voda, dvofazni tok i para) od 30 do 200º C.

2. Posljednjih godina, na temelju velikih temeljnih istraživanja, u Rusiji su stvorene geotermalne tehnologije koje mogu brzo osigurati učinkovito korištenje zemljine topline na GeoPP-ovima i GeoTS-u za proizvodnju električne energije i topline.

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

4. Opsežno uvođenje novih shema opskrbe toplinom s dizalicama topline koje koriste niskokvalitetne izvore topline smanjit će potrošnju fosilnih goriva za 20÷25%.

5. Za privlačenje investicija i kredita u energetski sektor potrebno je realizirati učinkovite projekte i jamčiti pravovremenu otplatu posuđenih sredstava, što je moguće samo uz puno i pravovremeno plaćanje električne i toplinske energije isporučene potrošačima.

Bibliografija.

1. Pretvorba geotermalne energije u električnu pomoću superkritičnog ciklusa u sekundarnom krugu. Abdulagatov I.M., Alkhasov A.B. "Toplotna energija.-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, ostalo).

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

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

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

8. Dobrokhotov V.I. "Korištenje geotermalnih izvora 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 energiju. Zemljine rezerve topline s temperaturom od 30-40 °S (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 izvori koriste se u različitim sektorima nacionalnog gospodarstva: elektroenergetici, grijanju, industriji, poljoprivredi, balneologiji.

Na temperaturama geotermalnih izvora iznad 130 °C moguće je dobiti električnu energiju u jednom krugu geotermalne elektrane(GeoES). Međutim, niz regija u Rusiji ima značajne rezerve geotermalne vode s nižom temperaturom od oko 85 ° C i više (slika 17.20, vidi umetak u boji). U ovom slučaju moguće je dobiti električnu energiju na GeoPP-u s 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 tekućina - amonijaka i vode (Sl. 17.21, vidi umetak u boji).

Prve geotermalne elektrane u Rusiji izgrađene su na Kamčatki 1965.-1967.: Pauzhetskaya GeoPP, koja radi i trenutno proizvodi najjeftiniju električnu energiju 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 dva agregata ukupne snage 50 MW.

Tehnološka shema elektrane predviđa korištenje pare dobivene dvostupanjskom separacijom mješavine vodene pare iz geotermalnih bušotina.

Nakon separacije, para tlaka 0,62 MPa i stupnja suhoće 0,9998 ulazi u dvoprotočnu parnu turbinu s osam stupnjeva. U paru s parnom turbinom radi generator nazivne snage 25 MW i napona 10,5 kV.

Za osiguranje čistoće okoliša, tehnološka shema elektrane predviđa sustav za pumpanje kondenzata i odvajanje natrag u zemljine slojeve, kao i sprječavanje emisije sumporovodika u atmosferu.

Geotermalni izvori naširoko se koriste za opskrbu toplinom, posebice kada se koristi topla geotermalna voda izravno.

S dizalicama topline treba koristiti geotermalne izvore topline niskog potencijala s temperaturom od 10 do 30 °C. Dizalica topline je stroj dizajniran za prijenos unutarnje energije od rashladnog sredstva niske temperature do rashladnog sredstva visoke temperature uz pomoć vanjskog utjecaja radi obavljanja rada. Princip rada dizalice topline temelji se na obrnutom Carnotovom ciklusu.

Dizalica topline, trošeći) kW električne energije, proizvodi od 3 do 7 kW toplinske snage sustavu za opskrbu toplinom. Omjer transformacije varira ovisno o temperaturi geotermalnog izvora niske razine.

Dizalice topline naširoko se koriste u mnogim zemljama diljem svijeta. Najjača dizalica topline 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 je puta više toplinske energije proizvedeno u odnosu na utrošenu električnu (ili mehaničku) energiju.

Najekonomičniji rad dizalica topline je u razdoblju minimalnih opterećenja u EES-u, a njihov rad može pomoći u izjednačavanju krivulja električnog opterećenja EES-a.

Literatura za samostalno istraživanje

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

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

17.3.Neporozhny P.S., Obrezkov V.I. Uvod u specijalnost. hidroelektrana
tika: udžbenik za sveučilišta. - 2. izdanje revidirano. i dodatni M: Energoatomizdat,
1990.

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

17.5.Plaćanje izvori sunčeve energije: udžbenik za visoka učilišta / ur.
U I. Vissarionov. Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 1997.

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

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

17.8.Plaćanje izvori energije vjetra: udžbenik za visoka učilišta / ur. U I. wissa
rionova. Moskva: Izdavačka kuća MPEI, 1997.

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