Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод. Схема, описание

Ücretsiz teknik kütüphane

RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ
Ücretsiz kütüphane / Radyo-elektronik ve elektrikli cihazların şemaları

Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Ücretsiz teknik kütüphane

Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Alternatif enerji kaynakları

makale yorumları

Геотермальную энергию получают от источников тепла с высокими температурами, она обладает некоторыми особенностями. Одна из них заключается в том, что температура теплоносителя существенно ниже температуры при сжигании топлива. Несмотря на то что суммарные запасы геотермальной энергии велики, ее термодинамическое качество низко. Эти источники имеют много общего с промышленными выбросами тепла и тепловой энергией океана. Ниже кратко рассмотрена стратегия использования геотермальной энергии.

Сочетание возможностей и потребностей

С геотермальными источниками всегда связывают попытки выработки электроэнергии как наиболее ценного продукта, в то время как наилучший способ утилизации тепловой энергии - использование комбинированного режима (выработка электроэнергии и обогрев). Безусловно, электроэнергия может быть подана в энергосистему и через нее передана потребителям наряду с электроэнергией, вырабатываемой другими источниками. В то же время не лишне упомянуть, что потребность в тепле при температуре до 100°C обычно даже выше, чем в электроэнергии. Таким образом, использование геотермальной энергии в виде тепла не менее важно. Выработка электроэнергии, по всей вероятности, будет представлять интерес, если теплоноситель имеет температуру более 300°C, и не будет, если последняя ниже 150°C.

Тепло не так легко передавать на расстояние более 30 км, поэтому необходимо его использовать вблизи места добычи. В зонах холодного климата обогрев жилищ и промышленных зданий создает ощутимую потребность в тепле, если плотность населения составляет более 300 человек на 1 км2 (более 100 усадьб на 1 км2). Таким образом, тепловая станция мощностью 100 МВт может обслуживать жилой район площадью примерно 20х20 км при расходе тепла около 2 кВт на усадьбу. Подобная геотермальная система давно используется в Исландии и в меньшей степени - в Новой Зеландии. Другие крупные потребители тепла - теплицы (до 60 МВт/км в одной установке для Северной Европы), фермы для разведения рыб, установки для сушки пищевых продуктов и для реализации других технологий.

Масштаб использования геотермальной энергии определяют некоторые факторы. Доминантой стоимости оказываются капитальные затраты на сооружение скважин, стоимость которых экспоненциально увеличивается с ростом их глубины. Так как температура увеличивается с глубиной, а выработка энергии увеличивается с ростом температуры, в большинстве случаев ограничиваются оптимальной глубиной скважины примерно 5 км. Как следствие масштаб энергетических установок обычно выбирают больше 100 МВт (электрических или тепловых - для высоких температур, только тепловых - для низких температур).

Общее количество тепла, извлекаемого из геотермальной скважины, можно увеличить за счет повторной закачки отработанной и частично охлажденной воды. Это удобный способ избавиться от сбросовых вод, которые могут быть сильно минерализованными (содержать до 25 кг/м3 солей) и являются опасными загрязнителями среды. Однако это приводит к росту стоимости станций.

Техника извлечения тепла

Наиболее успешно реализованные проекты имеют скважины, пробуренные непосредственно в естественные подземные коллекторы геотермальных районов (рис. 1). Этот метод используется в Гейзерах (Калифорния) и в Уайракее (Новая Зеландия), где в скважинах существует значительное давление. Подобные методы используются для извлечения энергии из водоносных слоев в высокотермальных районах, где природного напора достаточно, чтобы обойтись без насосных систем.

Последние разработки направлены на извлечение тепла из сухих горных пород, так как они могут обеспечить большую производительность, чем водные источники. Лидирующая группа специалистов (Лос-Аламосская научная лаборатория, США) разработала методы дробления скал гидроразрывом с помощью холодной воды, нагнетаемой под давлением в скважину (рис. 1). После предварительного дробления пород вода нагнетается через питающую скважину, фильтруется через скальные породы на глубине около 5 км при температуре 250°C, теплая вода возвращается на поверхность через приемную скважину. Две такие скважины могут обеспечить энергией установку мощностью порядка гигаватта.

Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод
Рис.6.1. Схема размещения гидротермальных станций в гипертермальном районе (геотермальное поле Гейзеры, Калифорния): 1 - естественный гейзер; 2 - энергетическая станция; 3 - глубокая скважина (5 км); 4 - пароводяной источник ( ~280°C); 5 - мантия; 6 - горячие скальные породы

Системы генерации электроэнергии и тепловой энергии. Выбор теплообменников и турбин для обычных геотермальных источников - комплексная задача, требующая специального опыта. Несколько вариантов возможных схем ГеоТЭС приведено на рис. 6.2.

Если для получения электроэнергии используются источники с низкой температурой, то для приведения в действие турбин приходится вместо воды применять другие рабочие жидкости (например, фреон, толуол). Новые виды техники нуждаются в повышении эффективности. Особые трудности могут возникнуть с теплообменниками из-за высокой концентрации в воде из скважин различных химических веществ. Капитальные затраты на строительство ГеоТЭС в настоящее время варьируется от 1500 до 2500долл. на киловатт установленной электрической мощности, что оказывается сравнимым с таковыми для АЭС и ТЭС.

Главными потребителями геотермальных ресурсов на ближайшую и отдаленную перспективу, несомненно, будут теплоснабжение и, в значительно меньшей мере, выработка электроэнергии. Приоритетность теплоснабжения в балансе использования геотермальной электроэнергии.

Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод
Рис.6.2. Примеры организации цикла для производства электроэнергии. Цикл с одним рабочим телом, например, с водой или фреоном (а); цикл с двумя рабочими телами - водой и фреоном (б); прямой паровой цикл (и) и двухконтурный цикл (г); I - геотермальный источник; II - турбинный цикл; III - охлаждающая вода

Геотермальная технология добычи тепловой энергии недр - это совокупность способов, средств и процессов извлечения, обработки и доставки теплоносителя с заданным качеством и рыночным уровнем экономической эффективности его использования. Использование низкотемпературной геотермальной энергии малых глубин можно рассматривать как некоторый технико-экономический феномен или реальную революцию в системе теплообеспечения. Меньше, чем за 10 лет в США была разработана многовариантная технология и построены сотни тысяч действующих систем теплоснабжения. Ежегодно вводится в строй не менее 50-80 тысяч новых систем. Успешно внедряется эта технология и в других странах мира: Швеции, Швейцарии, Канаде, Австрии, Германии, России. В 2002 году в мире действовало около 450 тысяч таких систем с общей мощностью 2.9 ГВт (т), при средней -10 кВт (т).

Приповерхностные (малоглубинные) геотермальные системы используются для обогрева и охлаждения различных типов жилых домов (от индивидуальных до многоквартирных), бензозаправок, супермаркетов, церквей, образовательных учреждений и т.д.

Суть рассматриваемых технологий, представленных приповерхностными системами (горно-энергетическими установками) с теплообменом в скважинах и каналах, заключается в создании подземного теплообменника, с замкнутым или открытым контуром, располагаемого на малой глубине (50 - 300 м) и присоединенного к тепловому насосу, установленному внутри отапливаемого помещения (рис. 6.3). При этом, на территории Центральной России могут использоваться температуры пород в интервале от 7 до 15°C.

Эти системы извлекают не только геотермальную энергию, накопленную в горных породах или в воде, но и солнечную. Конкретная доля той или иной энергии, используемая установкой, зависит от глубины расположения теплообменника, климатических и гидрогеологических условий района.

В России есть положительный опыт строительства и эксплуатации таких геотермальных установок. В частности в Ярославской области построена и второй год работает система теплоснабжения большой сельской школы, проектируются и строятся еще три установки подобного типа.

Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод
a)

Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод
b)
Рис.6.3. Приповерхностная (малоглубинная) геотермальная система с теплообменом: а - горизонтальных каналах; б - в скважинах

Оценка геотермальных технологий, применяемых в мировой практике показывает, что с их помощью может быть обеспечен широкий спектр потребителей тепловой энергии: от городского микрорайона до индивидуального дома. На основе геотермальных циркуляционных систем (ГЦС), состоящих из дублета глубоких (до 1,5 - 2,5 км) скважин, применяя тепловые насосы и пиковый догрев, получают высокотемпературные режимы отопления (90°C и выше) с тепловой мощностью до нескольких десятков МВт. Технология грунтовых тепловых насосов на скважинах 50 - 150 м соответствует среднетемпературным и низкотемпературным режимам, для коммерческих (магазины, офисы и др.) и муниципальных (школы, больницы и др.) приложений и объектов ЖКХ, при мощности до 0,1-0,4 МВт.

На рис. 6.4 приведены схемы теплоснаюжения геотермальной водой.

Рис.6.4. Технологии теплоснабжения с извлечением геотермальной энергии (нажмите для увеличения): а) на базе ГЦС; б) на базе глубинного теплообменника; в) грунтовые тепловые насосы

Основным критерием для оценки энергосберегающего, экономического и экологического эффектов геотермальных установок с электрическим тепловым насосом, является коэффициент использования первичных энергоносителей (КИПЭ), который определяется произведением к.п.д. производства электроэнергии (КПДэ = 0,30 - 0,35) на средний, в течение срока службы установки, коэффициент преобразования теплового насоса (КПТН). Диапазон КПТН, который может быть достигнут с использованием геотермальных источников, от грунта - до пластовых рассолов, при температурах от 5 - 7°C до 35 - 40°C, от 3 до 7 единиц и выше. Таким образом, в зависимости от типа источника, могут быть получены уровни КИПЭ от 1,1 до 2,5 единиц, что в 1,2 - 7,0 раз выше показателей для традиционных котельных (рис. 6.5).

Эффективность геотермальной установки с электрическим ТН настолько выше, в сравнении с традиционной котельной, насколько больше отношение их КИПЭ. Отсюда, экономия потребляемых энергоносителей и снижение вредных выбросов: 20 - 70%.

Рост цен на привозное топливо и транспортные расходы сегодня предопределили ускоренное развитие геотермальной энергетики на Камчатке, Курильских островах и в северных районах России.

На рис. 6.5 приведены коэффициенты использования первичных энергоносителей в традиционных и геотермальных котельных.

Геотермальная энергетика. Техника извлечения геотермальных вод
Рис.6.5. Коэффициент использования первичных энергоносителей (КИПЭ) традиционными (т) и геотермальными (г) котельными

Россия имеет многолетний опыт исследования геотермальных полей, проведения буровых работ на них и эксплуатации ГеоЭС. Паужетская ГеоЭС (юг Камчатки) уже более 30 лет обеспечивает самой дешевой электроэнергией поселок Озерная, где сосредоточено основное производство красной икры. Россия еще в 1967 г. была первой страной в мире, создавшей ГеоЭС с бинарным циклом на низкопотенциальном тепле ( горячая вода - 95°C) на Паратунском геотермальном поле на Камчатке.

Yazar: Magomedov A.M.

Diğer makalelere bakın bölüm Alternatif enerji kaynakları.

Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar.

<< Geri

En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:

Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu 05.05.2024

Modern bilim ve teknoloji dünyası hızla gelişiyor ve her gün bize çeşitli alanlarda yeni ufuklar açan yeni yöntem ve teknolojiler ortaya çıkıyor. Bu tür yeniliklerden biri, Alman bilim adamlarının, fotonik alanında önemli ilerlemelere yol açabilecek optik sinyalleri kontrol etmenin yeni bir yolunu geliştirmesidir. Son araştırmalar, Alman bilim adamlarının erimiş silika dalga kılavuzunun içinde ayarlanabilir bir dalga plakası oluşturmasına olanak sağladı. Sıvı kristal katmanın kullanımına dayanan bu yöntem, bir dalga kılavuzundan geçen ışığın polarizasyonunu etkili bir şekilde değiştirmeye olanak tanır. Bu teknolojik atılım, büyük hacimli verileri işleyebilen kompakt ve verimli fotonik cihazların geliştirilmesi için yeni umutlar açıyor. Yeni yöntemle sağlanan elektro-optik polarizasyon kontrolü, yeni bir entegre fotonik cihaz sınıfının temelini oluşturabilir. Bu, büyük fırsatların önünü açıyor ... >>

Primium Seneca klavye 05.05.2024

Klavyeler günlük bilgisayar işlerimizin ayrılmaz bir parçasıdır. Ancak kullanıcıların karşılaştığı temel sorunlardan biri, özellikle premium modellerde gürültüdür. Ancak Norbauer & Co'nun yeni Seneca klavyesiyle bu durum değişebilir. Seneca sadece bir klavye değil, ideal cihazı yaratmak için beş yıllık geliştirme çalışmasının sonucudur. Bu klavyenin akustik özelliklerinden mekanik özelliklerine kadar her yönü dikkatle düşünülmüş ve dengelenmiştir. Seneca'nın en önemli özelliklerinden biri, birçok klavyede yaygın olan gürültü sorununu çözen sessiz dengeleyicileridir. Ayrıca klavye çeşitli tuş genişliklerini destekleyerek her kullanıcı için kolaylık sağlar. Seneca henüz satışa sunulmasa da yaz sonunda piyasaya sürülmesi planlanıyor. Norbauer & Co'nun Seneca'sı klavye tasarımında yeni standartları temsil ediyor. O ... >>

Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi açıldı 04.05.2024

Uzayı ve onun gizemlerini keşfetmek, dünyanın her yerindeki gökbilimcilerin dikkatini çeken bir görevdir. Şehrin ışık kirliliğinden uzak, yüksek dağların temiz havasında yıldızlar ve gezegenler sırlarını daha net bir şekilde açığa çıkarıyor. Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi olan Tokyo Üniversitesi Atacama Gözlemevi'nin açılışıyla astronomi tarihinde yeni bir sayfa açılıyor. Deniz seviyesinden 5640 metre yükseklikte bulunan Atacama Gözlemevi, uzay araştırmalarında gökbilimcilere yeni fırsatlar sunuyor. Bu site, yer tabanlı bir teleskop için en yüksek konum haline geldi ve araştırmacılara Evrendeki kızılötesi dalgaları incelemek için benzersiz bir araç sağladı. Yüksek rakımlı konum daha açık gökyüzü ve atmosferden daha az müdahale sağlasa da, yüksek bir dağa gözlemevi inşa etmek çok büyük zorluklar ve zorluklar doğurur. Ancak zorluklara rağmen yeni gözlemevi gökbilimcilere geniş araştırma olanakları sunuyor. ... >>

Arşivden rastgele haberler

Lüks otellerde temiz hava 05.04.2018

Şanghay'daki Cordis Hotel, tren istasyonuna ve havaalanına yakınlığı, güzel bir yüzme havuzu ve çift filtreli havasıyla övünmektedir. Dahası, 396 odasının her birine kurulu kirlilik sensörleri ile hava kalitesi otelin ana tekliflerinden biridir.

Temiz hava solumak, Şanghay, Pekin veya Delhi gibi kirli şehirlerde yeni bir statü işaretidir. Aynı zamanda zenginlerin kendilerini fakirlerden ayırmasının başka bir yoludur.

2014 yılında, Dünya Sağlık Örgütü zehirli havanın etkilerini hesapladı. Hesaplamalara göre, yılda 7 milyon erken ölüme neden olan ve aynı zamanda akciğer kanseri ve kalp krizi de dahil olmak üzere çeşitli hastalıklardan sorumlu olan oydu.

Tabii ki, hiç kimse temiz havanın kelimenin tam anlamıyla satılacağını düşünmedi, ancak ticaret sektörü krizden yararlanma fırsatını hızla atladı. Delhi şimdi elit kesim için temiz havası olan pahalı özel okullar açıyor ve hizmet olarak temiz hava sağlayan Qordis gibi oteller açıyor.

Kordis'in genel müdürü John O'Shea, "Bütün otellerin internetten ücret aldığı günleri düşünüyorum" diyor ve ekliyor: "Artık internet daha çok sıcak su gibi. Bedavaya, rekabeti çoktan kaybettiniz. bir hizmet kadar iyi olun - binanızda rakiplerinizden daha iyi hava sağlayamıyorsanız, o zaman bu bir başarısızlıktır. Hava zaten bu kadar önemli hale geliyor."

Diğer ilginç haberler:

▪ Chromebook CTL NL61

▪ Plastik yenilebilir mantarlara dönüşüyor

▪ Anında Kan

▪ Aktarılabilir güneş panelleri

▪ Ekran kartı GeForce GTX 960

Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik

Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri:

▪ Sitenin Araba bölümü. Makale seçimi

▪ makale Kendini tanı. Popüler ifade

▪ makale Kimin Nobel madalyaları feshedilmiş biçimde Nazilerden saklandı? ayrıntılı cevap

▪ terzi makalesi. İş güvenliğine ilişkin standart talimat

▪ makale Otomatik aydınlatma anahtarı. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi

▪ makale Sabit para. Odak Sırrı

Bu makaleye yorumunuzu bırakın:

Bu sayfanın tüm dilleri

Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri