Опыт реализации геотермальных проектов за рубежом. Примеры

Населённый пункт Стиккишолтур, где в 1999 году начала действовать окружная геотермальная отопительная система, является центром торговли и рыбной промышленности с населением 1300 человек. Он расположен в месте, где нет поверхностных термопроявлений. Здесь был применён метод, в основе которого лежит бурение неглубоких скважин и измерение в них геотермического градиента на площади 3 х 1 км. В результате было определено наличие геотермальных рассолов с температурой 87⁰С. Из-за высокой минерализации эти термы не могли быть использованы в отопительных системах, обычно применяемых в Исландии. Продуктивная скважина находилась в примерно 5 км от населённого пункта. Погружными насосами термальная вода подаётся по стальным термоизолированным трубам в центральный водообменник, расположенный в здании в центре населённого пункта. Установленная мощность системы 7 МВт. Термальная вода из теплообменника используется в бальнеологических ваннах в муниципальном плавательном бассейне перед тем, как они поступят в океан.

Второй контур теплообменной системы представляет собой замкнутую систему. Вода в этом контуре тщательно деарируется с целью избежания коррозии в трубопроводах и радиаторах. Горячее водоснабжение обеспечивается в результате нагревания питьевой холодной воды из магистрального водопровода небольшими теплообменниками, установленными в каждом доме.

Общая стоимость описанного проекта около 6 млн. евро (5.9 млн. долларов США). Полный ввод в строй теплоэнергетической системы был осуществлён осенью 2000 года.

Весьма интересный опыт по реинжекции был проведён на геотермальной системе Лаугаланд на севере Исландии. Низкотемпературные термы этой системы используются для отопления домов в городе Акурейри, где проживает 15000 человек. Из-за низкой общей проницаемости и ограниченного модуля подземного стока после начала эксплуатации в 1977 году наблюдалось большое снижение давления. Однако большое количество тепла накапливалось в нагретых до 90-100⁰С породах системы. Целью закачки (реинжекции) была демонстрация того, что извлечение тепловой энергии из трещинной низкотемпературной геотермальной системы, возможно, увеличится в результате этой технологии.

Этот эксперимент делался при сотрудничестве нескольких компаний и институтов Исландии, Швеции и Дании, частично поддержанный Европейским Союзом. Закачивалось 6 и 21 кг/с воды в две реинжекционные скважины. Всесторонняя программа мониторинга, включая сейсмические наблюдения, была реализована в качестве части реинжекционного проекта, кроме некоторых дополнительных испытаний проводился каротаж скважин. Результаты эксперимента показывают, что производительный потенциал системы Лаугаланд и ожидаемые результаты по реинжекции являются важной частью управления резервуаром Лаугаланд в прошедшее десятилетие.

Со времени заселения Исландии 1100 лет назад до начала ХХ столетия, использование геотермальной энергии ограничивалось банями, стиркой белья и приготовления пищи. Эти виды потребления геотермального тепла и плавательные бассейны являются третьим по важности типом потребления геотермальной энергии после обогрева помещений. Имеется около 100 публичных плавательных бассейнов, около 30 бассейнов в школах и институтах с общей поверхностью 2700м². Круглый год в постоянном пользовании созданы плавательные бассейны на воздухе. Общее ежегодное потребление гидротерм для плавательных бассейнов оценивается в 6000000 м³, которые соответствуют расходу 1100 Тераджоулей в год.

В последние 15-20 лет в Исландии геотермальная энергия широко используется для таяния снега. Горячая вода распределяется по пластиковым трубам. Гидротермы из домов с температурой около 35⁰С обычно используются для борьбы с оледенением тротуаров и мест парковки автомобилей. В большинстве систем смешиваются отработанные термы с горячими термами (80⁰С) во время высокой нагрузки. При интенсивном ремонте улиц в нижней части Рейкьявика несколько лет назад была установлена система снеготаяния под тротуарами и дорогой. Общая площадь обогрева 40000м². Средняя теплопотеря с квадратного метра этой площади составляет 180 Ватт.

Общая площадь, охваченная системами снеготаяния в Исландии оценивается в 350000м², из которых 250000 м² в Рейкьявике. Годовое потребление зависит от погодных условий, но в среднем составляет 325 киловатт. час/ м². Две трети составляют отработанные термальные воды после отопления домов и треть -80 градусные термы. Общий расход геотермального тепла составляет 410 тераджоулей в год (тераджоуль = 10¹² джоулей).

Промышленное использование геотермального пара в большом масштабе началось в Исландии в 1967 году с эксплуатации диатомовой фабрики в Миватн вблизи высокотемпературной системы Намафьялл. Эта станция является одним из крупнейших промышленных потребителей геотермального пара и производит ежегодно 20-30 тысяч тонн диатомовых фильтров на экспорт.

Геотермальный пар используется, в основном, для сушки, а также для подогрева нефти, помещений и других технологических процессов.

В Рейкхолар станция для сушки водорослей использует 28 л/с 107 градусной воды, которая охлаждается до 50⁰С. Годовое потребление геотермальной энергии станцией составляет 150 тераджоулей. На полуострове Рейкьянс до 1994 года работал завод по извлечению соли из морской воды, которая экспортировалась и использовалась местными рыбообрабатывающими предприятиями.

Недавно начала работать деревообрабатывающая фабрика в г. Хузавик, в которой производится распиловка и искусственная сушка леса из Северной Америки.

Начиная с 1986 года в г. Хаедаренди (округ Гримснес в южной Исландии) работает фабрика по выработке углекислого газа, которая использует геотермальную систему с температурой гидротерм 160⁰С и содержанием газов до 1.4 вес.%. Газ, в основном СО₂, содержание Н₂S только 300ррм. Производство углекислого газа сопровождается отложением большого количества корочек кальцита, избежать которое удаётся погружением в скважину теплообменника, изготовленного из двух остных стальных труб. Холодная вода закачивалась по внутренней трубе и возвращалась по внешней. В результате этого гидротермы охлаждались в нижней части скважины, а растворимость карбоната кальция значительно увеличивалась, что предотвращало отложение кальцита. В конце 1997 года производство СО₂ увеличилось с 40кг/час до 250 кг/час, что значительно превысило промышленные потребности Исландии (2000тонн в год). Углекислый газ из Хаедаренди использовался в теплицах, изготовлении газированной воды и в других видах пищевой промышленности.

Обогрев теплиц гидротермами в Исландии начался в 1924 году. До этого нагретые почвы использовались для выращивания помидоров и других овощей. В теплицах обычно выращиваются овощи и цветы. Общая площадь застеклённых теплиц достигла 183000м². 55% из этой площади занято овощами и 45 % цветами. Кроме того, имеется 105000м² парников на гидротермах. Многие теплицы в настоящее время обогреваются водой, нагретой в теплообменниках.

В середине 1980 годов произошёл резкий рост количества ферм по выращиванию рыбы. В настоящее время на гидротермах работает 50 таких предприятий. Главным видом из рыб является лосось (70%), голец и форель. Термальные воды используются, в основном, для инкубационного периода. В Исландии существует три различных типа лососевых ферм: океанические, береговые, базирующиеся на прудах и плавающие рыбные садки. Океанические - основаны на подращивании молоди и выпуске их в океан, откуда взрослый лосось через 2-3 года возвращается на место рождения. Этот способ даёт возврат лишь 2-3%. Фермы на берегу занимаются выведением и подращиванием молоди на гидротермах. Затем вода постепенно меняется с пресной на морскую, в которой лосось достигает взрослой стадии (рыночного размера). Термальная вода обычно 20-50⁰С, используется для подогрева пресной воды через теплообменники до 5-12⁰С. Разведение рыбы в садках, плавающих вдоль берега, может производиться лишь в некоторых местах и только в ограниченный период года.

Береговые фермы требуют больших расходов как пресной, так и морской воды и это сильно увеличивает стоимость рыбы. В настоящее время были уменьшены расходы на электроэнергию за счёт снижения водообмена путём насыщения воды чистым кислородом.

Общая производительность рыбных ферм в Исландии увеличилось до 4000 тонн в год, хотя количество их уменьшилось с 70 до 50. Общий расход геотермальной энергии на рыборазведение оценивается в 650 тераджоулей в год.

В 1991-97 годах в Исландии в кооперации с некоторыми крупнейшими энергетическими компаниями проводились исследования о влиянии на окружающую среду развития геотермальной энергетики. Изучением были охвачены все высокотемпературные геотермальные системы. Этот проект стимулировал дальнейшее развитие геотермальной энергетики на этих системах с целью определения потенциала для получения электрической энергии. На базе этих работ были получены исчерпывающие данные о коэффициентах геотермальных ресурсов в породах исландского типа.

Проект также включает изучение влияния расположения реинжекционных скважин на работу геотермальных электростанций. Инвестиции на реализацию этого проекта составили в 1996 году 4.2 млн. долларов США. В эти работы включена разведка и регулярный мониторинг геотермальных полей.

Особенно интенсивно проводились буровые работы в 1995-99 годах. В это время пробурено 19 скважин на высокотемпературных системах с целью увеличения расходов пара для трёх главных геотермальных электростанций. Было пробурено около 40 скважин на низкотемпературных геотермальных системах и почти 200 мелких скважин для изучения геотермического градиента.

Начиная с 1979 года, в Исландии реализуется Геотермальная Тренинг программа в Университете ООН для подготовки кадров по вопросам развития геотермальной энергетики в развивающихся странах. На 2000 год прошло полный курс 227 учёных и инженеров из 35 стран.

Литература

Аверьев В.В. Условия разгрузки Паужетских гидротерм на юге Камчатки // Тр. Лабор. Вулканол. Ан СССР. 1961.Вып. 19. С. 80-98.

Аверьев В.В. Гидротермальный процесс в вулканических об-ластях и его связь с магматической деятельностью. Современный вулканизм. М., Наука, 1966 С. 118-128.

Белоусов В.И. О роли геологических факторов в процессе становления и деятельности гидротермальных систем в областях современного вулканизма. Вулканизм и геохимия его продуктов М.: Наука, 1967а. С. 42-50.

Белоусов В.И. Роль геолого-структурных факторов в формировании и деятельности гидротермальных систем в современных вулканических областях. Автореф. канд. геол. - мин. наук. г. Петропавловск-Камчатский, 1967 б. 22с.

Белоусов В.И. К вопросу об образовании спекшихся туфов, распо-ложенных в пределах гидротермальных систем. Вулканизм и глубины Земли. М.: Наука, 1971. С.270-276.

Белоусов В.И. Геология геотермальных полей в областях совре-менного вулканизма. М.: Наука, 1978. 174 с.

Белоусов В. И., Сугробов В.М., Геологическая и гидротермическая обстановка геотермальных районов и гидротермальных систем Камчатки. Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток. Дальневост. кн. Изд., 1976. С. 5-22

Белоусов В.И., Сугробов В.М. О соотношении вулканизма и гидротермальной деятельности в гидротермальных районах Камчатки. Вулканизм островных дуг. М.: 1977. С.110-115.

Белоусов В.И., Кожемяка Н.Н., Огородов Н.В., Сугробов В.М. Кислый вулканизм и гидротермальная активность в Паужетском геотермальном районе. Тезисы докладов ХY Генеральной ассамблеи МГГС. М.. Наука, 1971. С.31-32

Белоусов В. И. , Сугробов В. М., Сугробова Н. Г. Геологическое строение и гидрогеологические особенности Паужетской гидротермальной системы. Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток, 1976. С.23-57.

Белоусов В.И., Гриб Е. Н., Леонов В. Л. Геологические позиции гидротермальных систем долины Гейзеров и кальдеры Узон // Вулканол. и сйсмол.1983. № 1. С. 65-79.

Белоусов В.И., Рычагов С.Н., Белоусова С.П., Кузьмин Ю.Д. Гид-ротермально-магматические (вулкано-гидротермальные) конвективные системы, комплексная модель: этапы развития, геолого-гидрогеологическая структура, механизмы функционирования. Минерало-рудообразование в вулканогенно-гидротермальных системах островных дуг: от модели к эксплуатации. Материалы Российско-Японского полевого семинара. Расширенные тезисы. П.-Камчатский, Россия, 25 июня-2 июля 1998 г.С.189-194.

Белоусов В.И., В.И. ,Рычагов С.Н., Кузьмин Ю.Д., Словцов И.Б., Делемень И.Ф., Кирюхин А.В., Пушкарёв В.Г., Фазлуллин С.М., Белоусова С.П., Шульга О.В., Кузьмин Д.Ю. Адсорбционные свойства гидротермальных систем в областях современного вулканизма и перспектива их использования с целью консервации радионуклидов и других промышленных отходов // Экологическая химия. Т. 8, вып.4, 1999. С. 262-277.

Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопроявления рифт Срединно-атлантического хребта. “Научный мир” М.1997, 167с.

Вакин Е.А. Гидрогеология современных вулканических структур и гидротермальных систем юго-восточной Камчатки. Автореф. Канд. дисс. Москва. 1968.22 с.

Вакин Е.А., Кирсанов И.Т., Кирсанова Т.П. Термальные поля и горячие источники Мутновского вулканического района. Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток. Дальневост. Кн. Изд-во.1976.С. 85-114.

Василевский М. М. Прогнозная оценка рудоносных вулканоген-ных формаций. М. Недра. 1977. 296 с.

Гельфанд Б.Е., Медведев С.П., Поленов А.Н., Хомик С.В., Бартенев А.М. Основные режимы самовоспламенения и условия их реализации в горючих газовых смесях // Физика горения и взрыва, 1997, 33(2), С.3-10.

Грейтон А.К. Предположение о вулканическом тепле. М., ИЛ. 1949, 166с.

Гриб Е.Н., Леонов В.Л. Игнимбриты кальдеры Большой Семячик (Камчатка): состав, строение, условия образования // Вулканол. и сейсмол. 1992. № 5-6. С.34-50.

Гриб Е.Н., Леонов В.Л. Игнимбриты Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии, Камчатка: сопоставление разрезов, состав, ус-ловия образования // Вул. сейсмол., 1993, 5, 15-33.

Егоров О.Н. Центры эндогенной активности (вулканические систе-мы). М. Наука. 1984. 166 с.

Ковалев Г.Н. Метод измерения рассредоточенного выноса тепла на термальных полях // Бюл. вулканол. станций. 1966. № 42. С. 17-21.

Леонов В.Л. Структурные условия локализации высокотемператур-ных гидротерм. М. “Наука”, 1989, 104с.

Размещено на Allbest.ru