в какой стране вулканическое тепло используется в электроэнергетике
Вулканы Исландии дарят тепло: геотермальная энергетика в действии
Первое, о чем вспоминает каждый житель нашей планеты при слове «вулкан» — о грозных вулканических извержениях, поражающих своей мощью и зачастую причиняющих серьезные бедствия населенным районам. Вулканизм – пока что неподвластное человечеству явление природы.
Но постепенно и энергия вулканов осваивается цивилизацией. Прекрасный способ заставить энергию вулканического тепла служить людям освоили на холодном северном острове Исландия. Население острова издавна пыталось использовать тепло и пар, сопутствующие вулканической активности, но только в середине прошлого века, с развитием науки и технологий, там сумели научиться использовать вулканическое тепло в глобальном масштабе.
Вулканический остров
Как известно, Исландия располагается на границе Североамериканской и Европейской тектонических плит, что обусловливает активную вулканическую деятельность этого региона Атлантики. На острове находится около 200 действующих вулканов и более 600 геотермальных источников – естественных и практически неисчерпаемых запасов воды, нагретой раскаленной вулканической магмой.
Разогретая на незначительных глубинах выше температуры кипения вода по пустотам и трещинам в земной коре поднимается из недр к поверхности. Доступ к подземным теплым водам осуществляют глубинным бурением. Добытую таким образом термальную воду, или смесь воды с паром (в зависимости от их температуры) – используют для горячего водо- и теплоснабжения, выработки электрической энергии или одновременно для того и другого. Высокую температуру сухих, безводных, вулканических горных пород используют в тех же целях.
Энергетический кризис – двигатель прогресса
На протяжении почти всей своей истории Исландия практически полностью зависела от внешних поставок энергоносителей – сначала угля, а потом и углеводородов. Но с начала 70-х годов, когда очередной мировой топливный кризис заставил правительство Исландии задуматься об энергетической безопасности республики и приложить максимум усилий в освоении местных, возобновляемых источников энергии, на острове было построено пять крупных геотермальных электростанций, производящих сегодня более четверти всей электроэнергии в стране.
Одной из таких станций практически целиком снабжается столица государства, Рейкьявик. Станция использует природный пар с температурой около 300 градусов – это первый в мире случай использования такого горячего пара для производства электроэнергии в промышленном масштабе. Термальная вода подается к объектам теплоснабжения по теплотрассам – в городе ею отапливаются не только жилые и общественные здания, но и промышленные предприятия, и даже дороги и тротуары.
Благодаря другой такой же электростанции, безаварийно, в любую погоду, исправно служит крупнейший исландский международный аэропорт – Кефлавик.
Вулканическое тепло исключает опасное обледенение и снежные заносы на его взлетно-посадочных полосах. Производительность таких станций достигает внушительных цифр – порядка 500 литров горячей (90 градусов) воды в секунду!
По всей Исландии такими источниками теплоснабжения сегодня отапливается около 90% жилого фонда — исключительно местной, дешевой энергией вулканизма. Важную роль играет геотермальное теплоснабжение в аграрном секторе острова – дешевым природным теплом пользуются многочисленные тепличные хозяйства Исландии, позволяющие обеспечивать население государства экологически чистыми продуктами питания круглый год. Таким образом, использование энергии вулканических недр сегодня охватывает практически все потребности острова:
Тропики у полярного круга
Наряду с отоплением жилищ и промышленным производством, природная горячая вода используется в Исландии для отопления бассейнов и даже создания рукотворных курортов, в обширных водоемах которых, несмотря на суровый арктический климат, даже в разгар полярной зимы, температура воды сравнима с тропическими водоемами.
Широко известно наполненное теплой минеральной водой водохранилище Голубая Лагуна с постоянной температурой воды 35 градусов – излюбленное место отдыха жителей столичной агломерации, ставшее символом достижений современной исландской энергетики. Также, благодаря избытку термальных вод, в стране с населением чуть больше 300 тысяч человек сооружены 160 бассейнов, в том числе и открытых, пользующихся у исландцев особенной популярностью.
Взгляд в будущее
Благодаря геотермальной энергетике, Исландия в течение короткого времени сумела превратиться из небогатой, отсталой страны в государство с одним из самых высоких показателей уровня жизни, в страну с передовой, наукоемкой инновационной экономикой, практически полностью независимую от внешних поставок энергоносителей. На сегодняшний день дальнейшее развитие исландской геотермальной энергетики выглядит весьма перспективным:
Добываемой для бытовых нужд энергии в Исландии так много, что возник вопрос об использовании ее излишков. В настоящее время разрабатывается проект об экспортировании дешевой природной электроэнергии в Великобританию. Проект подразумевает укладку кабеля по дну Атлантического океана между двумя странами, по которому электроэнергия исландских вулканов и гейзеров пойдет в дома и предприятия англичан. Несомненно, экспорт столь рентабельной природной энергии тоже пойдет на пользу исландской экономике.
Разумеется, правительство Исландского государства не собирается останавливаться на достигнутом, всемерно поддерживая и стимулируя новые исследования и разработки по использованию островных энергетических природных богатств. Активно привлекаются к поиску новых геотермальных месторождений и их практическому освоению и всемирно известные энергетические компании.
Исландские специалисты также участвуют во многих международных геотермальных проектах, в том числе и в России. Ведь геотермальные ресурсы нашей страны, особенно на Дальнем Востоке, вполне способны сыграть для развития этого региона и благосостояния его населения ту же роль, что в недавнем прошлом и для небольшой Исландии.
Геотермальная энергетика: как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс
Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.
Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.
Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.
Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.
Немного о тепле Земли
Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.
Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1
Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.
Виды геотермальных электростанций
В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.
Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.
ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy
Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.
Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.
ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy
Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.
Упрощенная схема петротермальной электростанции
Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.
Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.
В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.
Преимущества геотермальной энергетики
Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.
Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.
Стабильность. Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.
Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.
Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.
Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.
Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.
Недостатки геотермальной энергетики
Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.
Результат воздействия геотермальной воды на металлы.
При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.
Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.
Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.
Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3
Где всё это работает и насколько это перспективно
По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.
Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидеров по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.
Первая геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Она вырабатывала 23,5 МВт, а турбину и генератор для неё произвела Toshiba. В 2010-х годах геотермальная энергия стала наиболее востребованной в странах Африки, где началось активное заключение контрактов и строительство ГеоТЭС. В 2015 году в Кении была открыта станция Olkaria IV, одна из четырёх, находящаяся в зоне Олкария в 120 км от Найроби, с мощностью 140 МВт. С ее помощью правительство снижает зависимость от гидроэлектростанций, сброс воды из которых часто приводит к разрушительным наводнениям.
ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba
ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.
В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.
Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.
Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.
На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.
Геотермальная энергетика способы получения, принцип работы, ГеоТЭС в России и мире
Сегодня геотермальная энергетика как альтернативное направление выработки электроэнергии широко распространена по всему земному шару. Этот способ доступа к энергетическим ресурсам открывает неограниченные возможности в области получения и потребления дешевого электричества. Далее мы ознакомимся с существующими источниками тепловой энергии, а также со способами ее получения с последующим преобразованием в привычные для нас виды энергоносителей.
Геотермальные электростанции или что такое геотермальная энергия
При знакомстве с категориями, имеющими отношение к рассматриваемой теме, обычно упоминают геотермальную энергию, получаемую за счет тепловых источников земных недр. Практически она исходит от ядра планеты, температура которого составляет порядка 3600 градусов, и излучается в направлении земной поверхности. Тепло от подземных источников (гейзеров, в частности) выводится через специальные скважины в виде разогретого до высокой температуры пара, вращающего лопасти генераторных турбин.
Реализующие описанный процесс промышленные комплексы (геотермальные электростанции) позволяют получить используемую для нужд рядового потребителя электрическую энергию. Последняя подобно обычным гидроэлектростанциям распределяется по разветвленной сети электрических линий и поступает в нагрузку на стороне конечного пользователя. Геотермальные станции, как правило, включаются в энергетический комплекс конкретного региона или всего государства.
Геотермальные ресурсы
Источником энергии для геотермических станций служат недра земли, в которых тепло накапливается за счет непрерывно происходящих в ядре процессов. Рассмотрим подробно историю открытия этих глубинных источников и проследим хронологию создания средств преобразования энергии теплоносителя в электричество.
История развития
Способы практического использования энергии геотермальных источников были известны человеку еще в древние века (в 1-м столетии нашей эры). Она традиционно применялась в следующих формах:
В Древнем Риме представители высшего сословия любили отдыхать в изотермах (так назывались бани с подогревом от источников тепла из земных недр). Позднее, в 14-м веке, изобретательные французы соорудили первую в истории планеты систему теплоснабжения, также использующую геотермальный потенциал земного шара. В промышленных масштабах он начал применяться в Италии в 1827 году. Энергия тепла земли использовалась итальянскими инженерами для извлечения борной кислоты из вулканических пород. Со временем специалисты научились различать источники на петротемальные и гидротермальные.
Петротермальная энергетика
Так называемая «петротермальная» энергетика – это разновидность геотермального направления, когда в качестве источника применяется тепло сухих горных пород. При исследовании этого способа извлечения энергии важно отметить следующие моменты:
Такого градиента температур вполне достаточно для того, чтобы практически использовать его в целях получения электроэнергии.
Гидротермальные источники
Гидротермальные источники тепла – подземные воды естественного происхождения, которые по эффективности отдачи энергии намного превосходят петротермальные аналоги. К тому же описываемый способ не нуждается в значительных затратах средств и трудовых ресурсов.
Обратите внимание: Создание и реализация таких систем возможны только в местах, где геотермальные воды присутствуют в достаточном количестве и доступны для разработки.
Пример такого места – разведанные зоны скрытой вулканической деятельности. В связи с этим из годных для использования геотермальных ресурсов на долю гидротермальных приходится лишь около 1%. Оставшиеся 99 процентов составляют петротермальные источники, которые могут быть обнаружены практически в любом месте земной поверхности.
Основные черты геотермальной энергетики
К особенностям геотермальной энергетики относят следующие характерные черты:
Дополнительная информация: Источником тепла служат либо сухие горные породы, либо геотермальные воды, расположенные в недрах земли и доступные к использованию.
Для получения энергии из тепловых запасов недр задействуют один из следующих известных способов:
Традиционный способ предполагает прямой доступ к источнику тепла с выводом энергии по скважинному каналу. При реализации фонтанного метода происходит самоизливание ресурса за счет внутреннего давления скопившегося в недрах пара. Насосное оборудование применяется в ситуациях, когда второй вариант с самостоятельным доступом к скважине практически нереализуем. Последний способ примечателен тем, что полностью отработанный ресурс отправляют обратно в земные недра.
Геотермальные электростанции преимущества и недостатки
К бесспорным плюсам использования геотермальной энергетики относят:
Обратите внимание: Геотермальные тепловые станции (ГеоТЭС) также не нуждаются в значительных эксплуатационных затратах.
К преимуществам геотермальной электростанции причисляют и возможность попутного использования для выполнения определенных функций. При расположении станции на берегу моря, в частности, она нередко задействуется с целью опреснения соленой воды. При таком совмещении функций последняя дистиллируется, а в дальнейшем применяется для искусственного орошения земель или в других практических целях.
К числу недостатков использования ГС следует отнести определенные сложности и опасности, связанные с их расположением в сейсмически активных зонах. Размещение сооружений такого масштаба вблизи объектов вулканической деятельности всегда влечет за собой определенные риски. Обычно при поиске места для станций стараются выбирать зоны, где подземная активность наблюдалась очень давно и в настоящий момент проявляется слабо.
Сферы применения
Несмотря на то, что Гео ТЭС занимают скромное место в ряду других энергетических объектов – станции, работающие на тепле недр земли, все чаще используются в народном хозяйстве. С учетом рассмотренных ранее преимуществ и недостатков геотермальных электростанций последние могут применяться в рассмотренных ниже случаях.
В сельском хозяйстве и садоводстве
В сельскохозяйственных отраслях геотермальная электростанция может применяться в следующих целях:
Возможность использования геотермальных станций для указанных целей зависит от качества и состава поступающей из недр воды. В сельском хозяйстве и садоводстве они чаще всего применяются в таких государствах, как Израиль, Гватемала, Греция, Мексика и Кения.
В промышленности и ЖКХ
Промышленные предприятия и городские коммунальные службы относятся к государственным структурам, более других нуждающимся в не зависящих от случайностей источниках энергии. Геотермальная энергетика вполне способна справиться с этой задачей и обеспечить их нужным количеством возобновляемых энергетических ресурсов.
Промышленность и коммунальные хозяйства считаются поэтому одними из основных потребителей в этой отрасли. В коммерческих масштабах геотермальная энергия для заявленных нужд вырабатывается в Новой Зеландии, России, в Исландии и в США.
В частном секторе
Получать геотермальную энергию в незначительных объемах можно и самостоятельно, используя ее для автономного отопления или дополнительного обогрева частных домов вместо газа, например. Принцип работы такой системы схож с функционированием обычного кондиционера, используемого в режиме обогрева помещений. В отличие от него источник геотермального тепла способен работать при любых уличных температурах и практически не потребляет электроэнергии.
Построить частную геотермальную станцию удается, если в выбранном месте на нужной глубине установить специальные коллекторы, наполненные антифризом, например. За счет естественных обменных процессов они будут концентрировать тепло, а затем отдавать его в систему отопления жилого дома. Расходы на обустройство такого комплекса минимальны (частнику придется потратиться лишь на приобретение необходимого оборудования и его монтаж).
Геотермальная электростанция принцип работы
При рассмотрении принципа работы геотермальных станций важно учитывать существующие методы получения электроэнергии. В соответствие с состоянием используемого энергоносителя в геотермальной практике различают следующие способы:
Принцип работы геотермальных электростанций во всех рассмотренных случаях один: скопившийся в скважинах пар под давлением вырывается наружу и начинает раскручивать лопасти турбины. Последняя в свою очередь вырабатывает электрический ток нужного качества и величины, поступающий в нагрузку потребителя.
Геотермальные электростанции в России
При рассмотрении этого вопроса учитываются особенности земных недр страны-производителя. Геотермальные электростанции в России располагаются в сейсмически неопасных районах, где разрывы в тектонических плитах не слишком велики. Специалисты выбирают для их размещения места, где геотермический градиент имеет максимальное значение, что снижает издержки на обустройство скважин (не нужно бурить ее на большую глубину). Наиболее оптимальный вариант – использовать для этих целей гейзеры, при активности которых вода под давлением выходит на поверхность и достигает требуемой температуры.
Паужетская ГеоЭС
Это первая в РФ геотермальная электростанция, построенная с целью обеспечения электроэнергией южных районов Камчатки (изолированных от материка поселков) Она –единственный источник электричества, в котором нуждается проживающее здесь население. От этой станции энергию также получают местные комбинаты по переработке рыбы и целый ряд объектов сельскохозяйственного сектора.
Причиной начавшихся в 1966 году работ на Камчатке явилась необходимость в снабжении электроэнергией жилых поселений и новых строящихся объектов. Корпуса станции разместились на Камбальном месторождении парогидротерм, находящемся в юго-западном окончании Камчатского полуострова (пос. Паужетка). Общая площадь территории, занимаемой Паужетской ГС, составляет порядка 1,9 гектара.
Дополнительная информация: Сообщение с поселком возможно только водным транспортом в периоды навигации и воздушным путем – круглогодично.
Проектная мощность ГеоЭС составляет порядка 12 МВт (6+6 МВт), а тот же показатель в реальном выражении равен 5,8 МВт. Рассматриваемый параметр ограничен объемами вырабатываемого в недрах геотермального пара. Паужетская ГеоЭС оборудована собственной системой водозабора и сброса охлажденной жидкости. Кроме того, в ее состав входит специальное электрооборудование с устройствами регулировки мощности в нагрузках потребителя.
Организация, занимающаяся поставкой пара для нее – АО «Тепло Земли». Согласно проекта в цикле подготовки теплового носителя всего задействовано восемь скважин, функционирующих в прерывающемся режиме. На всех этих объектах установлены скважинные сепараторы. В качестве дублирующей станции используется Озерновская ДЭС, состоящая из 4-х блоков суммарной мощностью порядка 3,57 МВт. Дизельная генераторная установка располагается в п. Озерновский на расстоянии порядка 30 км от п. Паужетка. Ее мощности одновременно задействуются в периоды максимума сезонной активности по отлову морской рыбы.
Верхне-Мутновская ГеоЭС
Представленная ГеоЭС (мощность – 12 МВт) построена в 1999 году; она проектировалась как пилотный проект местного геотермального месторождения. Основная цель ее создания – подтвердить возможность и целесообразность освоения технологий получения электроэнергии из имеющихся на территории России геотермальных источников.
В состав ГС входят три энергоблока, оборудованные конденсационными турбинами, известными под названием «Туман-4К» (заявленная мощность – по 4 МВт каждая). В качестве постоянного источника тепла используются три скважины со смесью воды и пара с концентрацией до 30 % от полного объема. Подземный теплоноситель транспортируется по трубопроводному каналу общей протяженностью порядка 1,22 километра. С его выхода он поступает в систему предварительной обработки, представляющую собой две параллельные линий из 2-хступенчатых сепараторов гравитационного типа. Таким образом работает схема преобразования энергии от подземного тепла до электричества.
Обработанный и сконденсированный пар поступает в реинжекционное устройство, после чего он откачивается компрессорами и растворяется в конденсате.
Обратите внимание: Попадание сопутствующих газов в атмосферу за счет особой технологии переработки пара сводится к минимуму.
Вследствие этого в геотермальном комплексе удается реализовать концепцию экологически чистой станции. Всего в составе ГеоЭС насчитывается 14 модулей-вагончиков, объединенных закрытыми переходами.
Мутновская ГеоЭС
Представленная в этом разделе ГеоЭС с заявленной мощностью до 50 МВт – одна из современнейших технологических разработок, не имеющая аналогов в России. Первая очередь электростанции включает в свой состав следующие функциональные модули:
При проектировании ГеоЭС-1 принимались в расчет новейшие открытия в области электроэнергетики, а при ее постройке были применены самые современные технологические решения
Тепловая схема станции позволила добиться экологической чистоты использования теплоносителя, минуя его непосредственный контакт с окружающей средой. Сделать это удалось за счет применения воздушных конденсаторов особой конструкции, а также путем полной реинжекции рабочего тела.
Океанская
Океанская ГеоЭС, на возведение которой было потрачено более десятилетия, введена в эксплуатацию только в 2007 году. В течение нескольких лет она успешно выполняла свои функции, но с февраля 2013 года в ее работе начали наблюдаться постоянные сбои. Когда один из действующих энергоблоков получил серьезное повреждение – электростанция была полностью остановлена.
После этого второй модуль частично удалось запустить, но он работал не на неполную мощность. Спустя какое-то время и он был признан нерабочим и неремонтопригодным, после чего в ноябре 2015 года станцию законсервировали. Работающие на Итурупе объекты вновь стали получать электроэнергию от дизельных установок.
Менделеевская ГеоТЭС
Менделееевская ГеоТЭС – это геотермальная электростанция, располагающаяся на острове Кунашир неподалеку от вулкана имени Д. И. Менделеева. С ее помощью налажено теплоснабжение и электроснабжение п. Южно-Курильск. Номинальная электрическая мощность электростанции – 7,4 МВт.
Весной 1977 года под вулканом случилась целая серия землетрясений из более чем 200 толчков с расположением очага активности на глубине более 20 км. Их причиной были признаны буровые работы, производимые на геотермальном месторождении «Горячий пляж». Не исключался и вариант, что землетрясения были связаны с активизацией магматического очага на глубине 4-5 км.
Менделеевская ГеоТЭС
Источник: novostienergetiki.ru
Геотермальные станции в мире
Один из крупнейших производителей геотермальной энергии – США, где исследуемый вид электростанций получает постоянную господдержку. Самый мощный комплекс под названием «Гейзерс» расположен между Сономой и Лейком. Установленная мощность геотермальных электростанций в Мексике – 953 Мегаватт. В одном только Серро Прието производится около 750 Мегаватт.
Общая мощность ГеоЭС в Исландии на начало века составляла 790 Мегаватт. В стране работают 5 теплофикационных электростанций, одна из которых обслуживает ее столицу – Рейкьявик. Имеются подобные сооружения и в такой небольшой стране, как Кения. В 2005 их суммарная мощность составляла 160 Мегаватт. В Филиппинах в 2003 году этот показатель для геотермальных станций составлял порядка 1930 Мегаватт. Попытки перейти на пользование геотермальными источниками делаются и в Японии, но доля работающих в этой островной стране электростанций пока ничтожно мала.
Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия
Источник: novostienergetiki.ru
Будущее геотермального электричества
Согласно исследованиям специалистов в земных недрах на глубинах от 3-х до 5-ти километров сконцентрированы запасы тепла, способные обеспечить человечество не на одно тысячелетие. Однако на практике потребляемая от геотермальных источников энергия по отношению к другим ее видам (получаемой из угля, например) составляет не более половины процента. В перспективе за счет дополнительных капитальных вложений в мировых масштабах эту часть предполагается увеличить до 50%.
Важно! Уже сегодня потенциал этого сектора повышается приблизительно на 2-3 процента ежегодно.
В РФ этому виду энергетики не уделяется должного внимания, что объясняется небольшим количеством разведанным в стране источников и низким КПД геотермальных электростанций. Несмотря на это, развитие в указанном направлением – приоритетная задача, решаемая правительством нашей страны.