Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

• Введение
• 1. Основные понятия геотермальной энергии
• 2. Виды ГеоТЭС по принципу работы
• 2.1 Прямое использование геотермальной энергии
• 2.2 Геотермальные электростанции с бинарным циклом
• 2.3 Паужетская ГеоТЭС
• 3. Технологии и технологически ограничения геотермальной эн-ки
• 4. Воздействие геотермальной энергетики на окружающую среду
• 5. Развитие геотермальной энергетики в России
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Геотермальная энергия--это энергия внутренних областей Земли. Извержение вулканов наглядно свидетельствует об огромном жаре внутри планеты. Ученые оценивают температуру ядра Земли в тысячи градусов Цельсия. Эта температура постепенно снижается от горячего внутреннего ядра, где, как полагают, металлы и породы могут существовать только в расплавленном состоянии до поверхности Земли.

Геотермальные ресурсы огромны. Истоки их освоения уходят еще в глубокую древность. Тепло Земли уже сейчас вносит вклад в современную энергетику, но он не соответствует ни экономической и экологической эффективности, ни ресурсам, пригодным для освоения имеющимися техническими средствами. Остается надеяться, что повсеместное введение новой интенсивной циркуляционной технологии для производства геотермальной энергии приведет к более широкому ее использованию.

Геотермальная энергия может быть использована двумя способами - для выработки электроэнергии и для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятий. Для какой из этих целей она будет использоваться зависит от формы, в которой она поступает в наше распоряжение. Иногда вода вырывается из-под земли в виде чистого "сухого пара", т. е. пара без примеси водяных капелек. Этот сухой пар может быть непосредственно использован для вращения турбины и выработки электроэнергии. Конденсационную воду можно возвращать в землю и при ее достаточно хорошем качестве -- сбрасывать в ближний водоем.

В других местах, где имеется смесь воды с паром (влажный пар), этот пар отделяют и затем используют для вращения турбин; капли воды повредили бы турбину. Наконец, в большинстве месторождений есть только горячая вода, и энергию здесь можно вырабатывать, пользуясь этой водой для перевода изобутана в парообразное состояние, с тем, чтобы этот изобутановый «пар» вращал турбины. Такой процесс называют системой с бинарным циклом. Горячей водой можно непосредственно обогревать жилища, общественные здания и предприятия (централизованное теплоснабжение). геотермальный энергетика обогрев россия

1. Основные понятия геотермальной энергии

Критерием теплового состояния земного шара является поверхностный градиент температуры, позволяющий судить о потерях тепла Земли. Величина, соответствующая углублению в метрах, при котором температура повышается на 1° С, называется геотермической ступенью.

В связи с изменением интенсивности солнечного излучения тепловой режим первых 1,5-40 м земной коры характеризуется суточными и годовыми колебаниями. Далее имеют место многолетние и вековые колебания температуры, которые с глубиной постепенно затухают. На любой глубине температура горных пород может быть определена по формуле

,

где t_в- средняя температура воздуха данной местности;

H - глубина, для которой определяется температура;

h - глубина слоя постоянных годовых температур;

у - геотермическая ступень.

Средняя величина геотермической ступени равна 33 м, и с углублением от зоны постоянной температуры на каждые 33 м температура повышается на 1 °С.

Геотермические условия чрезвычайно разнообразны. Это связано с геологическим строением того или иного района Земли. Известны случаи, когда увеличение температуры на 1° С происходит при углублении на 2-3 м. Эти аномалии находятся в областях современного вулканизма. На глубине 400-600 м в некоторых районах, например Камчатки, температура доходит до 150-200 °С и более.

В настоящее время получены данные о довольно глубоком промерзании верхней зоны земной коры мощность мерзлых горных пород достигает 1,5 тыс. м. В районе реки Мархи (приток Вилюя) на глубине 1,8 тыс. м температура составляет всего лишь 3,6 °С. Здесь геотермическая ступень составляет 500 м на 1 °С. На отдельных платформенных частях территории (на Русской платформе) температура с глубиной примерно следующая: 500 м - не выше 20° С, 1 тыс. м - 25-35° С; 2 тыс. м - 40-60° С; 3-4 тыс. м - до 100° С и более.

В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий энергоноситель - вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в породах гранитной и осадочной оболочек, и вероятно, и в верхних частях мантии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при температуре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии. На глубине 50-60 км при давлениях около 3·10⁴ атм водяной газ имеет такую же плотность, что и жидкая вода.

В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). В земной коре следует выделять еще одну зону, называемую «гидротермальной оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару только на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальная оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не только горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи с температурой 180-200° С и выше.

Температура подземных вод колеблется в широких пределах, влияя на состав и свойства. В соответствии с температурой теплоносителя все геотермальные источники подразделяют на эпитермальные, мезотермальные и гипотермальные.

Эпитермальные - источники горячей воды с температурой 50-90 °С, расположенные в верхних слоях осадочных пород, куда проникают почвенные воды.

Мезотермальные - источники с температурой воды 100-200 °С.

Гипотермальные источники температура в верхних слоях превышает 200 °С и практически не зависит от почвенных вод.

Вода, попадая в пласт породы, совершает долгий путь, пока не приходит в контакт с тепловым потоком и разогревается, отбирая тепло у пород. Перегретая вода в виде паровых струй выделяется из расплава вместе с газами и легколетучими компонентами, устремляясь в верхние, более холодные горизонты. Уже при температурах 425-375 °С пар может конденсироваться в жидкую воду, в ней растворяется большинство летучих компонентов - так появляется гидротермальный раствор «ювенильного» (первозданного вида) - воды, которых никогда прежде не участвовали в водообороте.

По пути движения они насыщаются различными солями, растворяют подземные газы, нагреваются, отбирая тепло у водопроводящих пород.

Инфильтрационные гидротермы способны изливаться на поверхность в виде горячих источников, если существует возможность разгрузки воды на поверхность по разломам, выклиниваниям слоев, что происходит в более низких участках. Причем, чтобы вода оставалась термальной, подъем ее к поверхности должен происходить очень быстро, например, по широким трещинам разломов. При медленном подъеме гидротермы остывают, отдавая тепло вмещающим породам. Если пробурить скважину на глубину 3-4 тыс. м и обеспечить быстрый подъем воды, можно получить термальный раствор с температурой до 100 °С.

Вулканический тип термальных вод. Помимо гейзеров вулканический тип гидротерм включает грязевые грифоны и котлы, паровые струи и газовые фумаролы.

Все перечисленные типы термальных вод имеют разнообразный химический и газовый состав. Их общая минерализация колеблется от ультрапресных категорий (менее 0,1 г/л) до сверхкрепких рассолов (более 600 г/л). Гидротермы содержат в растворенном состоянии различные газы: активные (углекислота, сероводород, атомарный водород и малоактивные (азот, метан, водород).

В геотермальной энергетике могут быть использованы практически все виды термальных вод: перегретые воды - при добыче электроэнергии, пресные термальные воды - в коммунальном теплоснабжении, солоноватые воды - в медицинских целях, рассолы - как промышленное сырье.

2. Виды ГеоТЭС по принципу работы

Геотермальная электростанция (ГеоТЭС) - вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников.

Схема работы геотермальной электростанции достаточно проста. Вода, через специально пробуренные отверстия, закачивается глубоко под землю, в те слои земной коры, которые естественным образом довольно сильно нагреты. Просачиваясь в трещины и полости горячего гранита, вода нагревается, вплоть до образования водяного пара, и по другой, параллельной скважине поднимается обратно. После этого горячая вода поступает непосредственно на электростанцию, в теплообменник, и её энергия преобразуется в электрическую. Это происходит посредством турбины и генератора, как и во многих других типах электростанций. В другом варианте геотермальной электростанции, используются природные гидротермальные ресурсы, т.е. вода, нагретая до высокой температуры в результате естественных природных процессов. Однако область использования подобных ресурсов значительно ограничена наличием особых геологических районов. В этом случае в теплообменник поступает уже нагретая вода, выкачанная из земных недр. В другом случае - вода в результате высокого геологического давления, поднимается самостоятельно, через специально пробуренные отверстия. Это, так скажем, общий принцип работы геотермальной электростанции, который подходит для всех их типов. По своему техническому устройству, геотермальные электростанции подразделяются на несколько видов:

· геотермальные электростанции на парогидротермах - это электростанции, в которых используется уже нагретая природой вода;

· двухконтурная геотермальная электростанция на водяном паре. В таких электростанциях имеется специальный двухконтурный парогенератор, позволяющий генерировать "добавочный" пар. Иными словами на "горячей" стороне парогенератора используется геотермальный пар, а на "холодной" его стороне генерируется вторичный пар, полученный из подведенной воды;

· двухконтурная геотермальная электростанция на низкокипящих рабочих веществах. Область применения таких электростанций - использование очень горячих (до 200 градусов) термальных вод, а также использование дополнительно воды на месторождениях парогидротерм, о которых было сказано выше;

В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием геотермальных ресурсов:

· прямая с использованием сухого пара

· непрямая с использованием водяного пара

· смешанная схема производства (бинарный цикл)

Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры.

2.1 Прямое использование геотермальной энергии

Геотермальные станции в вулканических районах базируются на месторождениях пароводяной смеси, добываемой из глубины 0,5-3 км. Пароводяная смесь в среднем имеет степень сухости 0,2-0,5 и энтальпию 1500-2500 кДж/кг. В среднем одна скважина обеспечивает электрическую мощность 3-5 МВт, средняя стоимость бурения составляет 900 долларов за метр. Геотермальная электростанция с использованием природного пара представляет собой паротурбинную установку с противодавлением. Природный пар из скважины подается прямо в турбину с последующим выходом в атмосферу или в устройство, улавливающее ценные химические вещества. В турбину с противодавлением можно подавать вторичный пар или пар, получаемый из сепаратора. По этой схеме электростанция работает без конденсаторов, и отпадает необходимость в компрессоре для удаления из конденсаторов неконденсирующихся газов. Эта установка наиболее простая с минимальными капитальные и эксплуатационными затратами. Она занимает небольшую площадь, почти не требует вспомогательного оборудования и ее легко приспособить как переносную ГеоТЭС (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема ГеоТЭС с использованием природного пара 1 - скважина; 2 - турбина; 3 -генератор; 4 - выход в атмосферу или на химический завод

В турбогенераторных установках с противодавлением возможно промышленное извлечение химических веществ, содержащихся в природном теплоносителе.

В природном паре некоторых месторождений Италии содержится 150-700 мг/кг борной кислоты, и при помощи подобных установок можно добывать этот ценный продукт одновременно с выработкой электроэнергии. В Италии работает несколько таких станций. Одна из них - мощностью 4 тыс. кВт при удельном расходе пара около 20 кг/сек, или 72000 кг пара в час; другая - мощностью 16 тыс. кВт, где установлено четыре турбогенератора мощностью по 4 тыс. кВт, она снабжается паром от 7-8 скважин.

В подобных схемах требуется значительное количество пара, который может быть использован в турбинах конденсационного типа.

ГеоТЭС с конденсационной турбиной и прямым использованием природного пара - это наиболее современная схема для получения электрической энергии (рис. 1.2) Пар из скважины подается в турбину, после отработки в турбине, он попадает в смешивающий конденсатор. Смесь охлаждающей воды и конденсата уже отработанного в турбине пара выпускается из конденсатора в подземный бак, откуда забирается циркуляционными насосами и направляется для охлаждения в градирню. Из градирни охлаждающая вода опять попадает в конденсатор.

По такой схеме работает самая крупная в Италии ГеоТЭС Лардерелло-3, использующая природный пар. На электростанции установлено четыре турбогенератора мощностью по 26 тыс. кВт и два турбогенератора по 9 тыс. кВт. Коэффициент использования установленной мощности составляет 98%. Расход пара на составляет 8 кг/квт-ч.

Рисунок 1.2 Схема ГеоТЭС с конденсационной турбиной и прямым использованием природного пара 1 - скважина; 2 - турбина; 3 - генератор; 4 - насос; 5 - конденсатор; 6 - градирня; 7 - компрессор; 8 - сброс

2.2 Геотермальные электростанции с бинарным циклом

ГеоТЭС с паропреобразователем - конденсационная турбина работающая на вторичном паре (рис. 1.3). Для этих станций выгоднее, чтобы природный пар имел высокую температуру и большое содержание газов. Природный пар из скважины поступает в паропреобразователь и свое тепло отдает вторичному теплоносителю, после чего чистый вторичный пар направляется в конденсационную турбину. Отработанный пар идет в конденсатор. Неконденсирующиеся газы, содержащиеся в паре, отделяются в паропреобразователе и выбрасываются либо в атмосферу, либо идут на химические заводы. Недостатком этой схемы является снижение параметров пара перед турбиной. По сравнению с ГеоТЭС, непосредственно использующими природный пар, удельный расход пара здесь больше на 30%, но эта схема позволяет полностью использовать все химические вещества, содержащиеся в природном паре.

Стоимость строительства геотермальной электростанции с паропреобразователем немного больше стоимости электростанции с прямым использованием пара в конденсационной турбине. По схеме с паропреобразователем были построены электростанции Лардерелло-2 и Кастельнуово (Италия). На станции Лардерелло-2 установлено 7 турбин мощностью по 11 тыс. квт., удельный расход пара -- 14 кг/квт.

Рисунок 1.3 Схема ГеоТЭС паропреобразователем 1 - скважина; 2 - паропреобразователь; 3 - турбина; 4 - генератор; 5 - конденсатор; 6 - вакуумный насос; 7 - градирня; 8 - насос; 9 - дегазатор; 10 - сброс

ГеоТЭС с конденсационной турбиной работают на отсепарированном паре и строятся там, где из скважины получают пар с большим содержанием воды. Пар или пароводяная смесь из скважины направляется в специальное устройство, расположенное на скважине. Под давлением в сепараторе происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Отсепарированный пар по трубопроводу направляется в турбину и т. д. Данная схема имеет свои преимущества, полученный в сепараторе пар практически не содержит газов, что облегчает работу турбин.

ГеоТЭС с конденсационными турбинами, работающие на отсепарированном паре построены в России (Паужетская на Камчатке), в Исландии (месторождение Хверагерди) и в других странах.

2.3 Паужетская ГеоТЭС

На Камчатке имеются большие ресурсы геотермальных вод с высокой температурой. Там построили опытно-промышленную ГеоТЭС в долине реки Паужетки, расположенную на юге Камчатки, в 35 км от побережья Охотского моря (рис. 1.4).

Всего была пробурена 21 скважина глубиной от 220 до 480 м. Каждая в среднем давала около 10 кг/сек пароводяной смеси с теплосодержанием 170 ккал/кг, с температурой 195 - 200° С, давлением на устье скважин - 2-4 атм.

По химическому составу Паужетские гидротермы принадлежат к типу хлоридных натриевых вод с минерализацией 1,0-3,4 г/л; рН от 8,0 до 8,2; с повышенным количеством кремниевой (250 мг/л) и борной кислоты (150 мг/л). Пар насыщен также газами: углекислым - 500 мг/кг, сероводородом - 25 мг/кг, аммиаком - до 15 мг/кг и др.

Рисунок 1.4 Схема Паужетской опытно-промышленной ГеоТЭС1 - скважина; 2 - сепаратор; 3 - паропровод; 4 - турбина; 5 - генератор; 6 - смешивающий конденсатор; 7 - водоструйный эжектор; 8 эжекторный насос; 9 - барометрическая труба; 10 - бак охлаждающей воды; 11 - сливной колодец; 12 - насос горячей воды; 13 - трубопровод холодной воды

Пароводяная смесь из скважины поступает в сепаратор (емкостью 10 м³, с расходом 600-800 м³/час), расположенный на скважине. При давлении 1,5 атм происходит разделение пара и воды. Отсепарированный пар по паропроводу поступает к турбинам. Горячая вода с температурой 100-110 °С сбрасывается в реку, и только небольшая часть ее идет по трубам для отопления и горячего водоснабжения. На станции установлены смешивающие конденсаторы. Поскольку конденсат отработавшего в турбинах пара здесь бесполезен, такие конденсаторы компактнее и требуют меньше охлаждающей воды. Для удаления газов из конденсаторов установлены водоструйные эжекторы с расходом воды 800-900 м³/час.

На станции установлены две турбины по 2,5 тыс. кВт каждая, она дает ток Озерновскому поселку, рыбокомбинату и близлежащим населенным пунктам.

3. Технологии и технологически ограничения геотермальной энергетики

Источник геотермальной энергии - это внутренняя теплота нашей планеты. Там так горячо, что плавятся камни и вытекает жидкая магма. От высокой температуры нагреваются грунтовые воды. Они пробиваются к поверхности земли как тепловые источники и гейзеры. Выходящую горячую воду и пар можно использовать для выработки электроэнергии или использовать их по прямому назначению. Также имеет смысл закачивать холодную воду внутрь пород и получать нагретую для выработки электричества. Области, которые хорошо развили геотермические системы, расположены в геологически активных зонах. У них есть непрерывный, сконцентрированный тепловой поток, выходящий на поверхность. Например, в Исландии геотермическая энергия, вызванная постоянным движением геологических пластин вкупе с вулканической природой острова, используется, чтобы нагреть 95 % всех домов. К сожалению, гейзеры нельзя назвать полностью возобновляемыми источниками. Со временем они теряют свою силу. Чтобы сохранить их на более длительное время, нужно извлекать пар не спеша. Геотермальная энергетика -получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин. Экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры.

Извлечение геотермальной энергии приповерхностного грунта с помощью мелких скважин (из-за небольшой глубины залегания) не требует значительных капиталовложений, обеспечивая, тем не менее, путем нетрадиционного недропользования, широчайший спектр объектов с малым и средним теплопотреблением.

Технологии геотермальной энергетики.

Геотермальная энергетика - получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин. Экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры - в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага). В широких масштабах используется в США, Мексике и на Филиппинах. Доля в энергетике Филиппин -19%, Мексики - 4%, США (с учетом использования «напрямую» для отопления) - около 1%. Суммарная энергия всех ГеоТЭС США превышает 2 ГВт.

Развитие геотермальной энергетики по технологии использования глубинных геотермальных вод сдерживается ограниченностью числа районов, где она экономически эффективна. Кроме того, экологическую опасность представляют сильно засоленные воды, которые получаются после конденсирования горячего пара.

В отличие от глубинных термальных вод, используемых по технологии геотермальных циркуляционных систем, приповерхностные геотермальные ресурсы рассредоточены практически повсеместно (малоэффективны по ресурсам лишь районы с вечномерзлыми грунтами), в том числе по регионам, не имеющим местных источников ископаемого топлива. Извлечение геотермальной энергии при поверхностного грунта с помощью мелких скважин (из-за небольшой глубины залегания) не требует значительных капиталовложений, обеспечивая, тем не менее, путем нетрадиционного недропользования, широчайший спектр объектов с малым и средним теплопотреблением.

Другим, возможно, перспективным направлением геотермальной энергетики является извлечение энергии, заключенной в твердых горячих породах на глубине 4-6 км (составляет 99% от общих ресурсов подземной тепловой энергии). На этой глубине массивы с температурой 300-400 °С можно встретить лишь вблизи промежуточных очагов некоторых вулканов, но горячие породы с температурой 100-150 °С распространены на этих глубинах почти повсеместно. Для эффективной работы циркуляционных систем необходимо иметь в зоне отбора тепла достаточно развитую теплообменную поверхность. Такой поверхностью обладает нередко встречающиеся на указанных выше глубинах пористые пласты и зоны естественной трещиностойкости, проницаемость которых позволяет организовать принудительную фильтрацию теплоносителя с эффективным извлечением энергии горных пород, а также искусственного создания обширной теплообменной поверхности в слабопроницаемых пористых массивах методом гидроразрыва. Недостаток технологии - высокая стоимость сооружения скважин. Вопросы развития геотермальной энергетики широко освещаются в литературе, СМИ, на конференциях, конгрессах и т.д.

Технические ограничения:

· месторождения глубинных термальных водрасположенных по территории России неравномерно;

· запасы большинства геотермальных месторождений имеют низкие и средние температуры;

· для технологий с использованием глубинного тепла земли -высокая стоимость строительства скважин(от 70 до 90% основных производственных фондов).

4. Воздействие геотермальной энергетики на окружающую среду

Важным аспектом применения геотермальной энергетики является экологическая эффективность. По словам одних ученый, энергия, которая добывается из тепла земли, ни загрязняет воздух, ни содержит углекислый газ. Ее можно добывать в любых необходимых количествах, кроме того, для добычи не требуется резервуар. Установка для добычи геотермальной энергии не требует постоянного сервиса и отличается низкими эксплуатационными расходами. Ее можно использовать для отопления помещений, подогрева воды, так и для кондиционирования помещений.

По мнению других ученых, применение геотермальных вод не может рассматриваться как экологически чистое потому, что пар часто сопровождается газообразными выбросами, включая сероводород , считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая вода извлекается для станций с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть необычно соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода--дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях. Вода и пар разделяются в циклонах. Вода, находящаяся под высоким давлением, преобразуется в пар и также используется для генерации электричества. Давление пара значительно меньше по сравнению с современными тепловыми электростанциями, и это вынуждает применять крупные турбины с ограниченной генерирующей способностью. Впрочем, следует иметь в виду, что топливо в данном случае бесплатное и результирующая стоимость энергии поэтому низка. Сведений о продолжительности жизни геотермальных источников мало, и поэтому, хотя геотермальная энергия производится при малых затратах, проекты, рассчитанные на долгую перспективу, неизвестны. Этот способ может снабжать только небольшой долей требуемой энергии даже те страны, в которых доступны геотермальные воды, и тоже не свободен от проблемы загрязнения атмосферы. Основное направление развития геотермальной энергетики -- отбор теплоты не только термальных вод, но и водовмещающих горных пород путем закачки отработанной воды в пласты, преобразование глубинной теплоты в электрическую энергию.

5. Развитие геотермальной энергетики в России

Сегодня ГеоТЭС в мире производят около 54613 ГВт•ч энергии в год. Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 75900 ГВт\ч. Россия, к сожалению, не входит даже в первую десятку производителей электрической и тепловой энергии из геотермальных источников, в то время как запасы геотермальной энергии по оценкам в 10-15 раз превышают запасы органического топлива. Практически на всей территории страны есть запасы геотермального тепла с температурами в диапазоне от 30 до 200 С. На сегодняшний день уже пробурено около 4000 скважин на глубину до 5000 м, позволяющих перейти к широкомасштабному внедрению современных технологий для локального теплоснабжения на всей территории страны. Потенциальные тепловые ресурсы верхних слоев Земли, до глубины 100-200 м оцениваются в 400-1000 млн. тонн условного топлива в год.

По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения Российской Академии наук, только геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт, что позволит обеспечивать регион электроэнергией и теплом в течение 100 лет. Поэтому особое внимание уделяется развитию геотермальной энергетики в данном регионе. Уже разработана и реализовывается программа создания геотермального энергоснабжения Камчатки, в результате которой ежегодно будет сэкономлено около 900 т. у. т.

Согласно прогнозам Research Techart, доля геотермальной энергетики в России к 2020 году может достигнуть 0,3% в совокупном энергобалансе. Установленная мощность составит 750 МВт и посредством термальных ресурсов земли может вырабатываться до 5 млрд. кВт•ч электроэнергии. Наибольший прирост установленных мощностей ожидается в период с 2015 по 2020. Прогнозная динамика ввода геотермальных мощностей представлена. Развитию отрасли будет также способствовать увеличение объема инвестиций. Так, до 2020 года в строительство новых геотермальных объектов будет вложено около 60 млрд. рублей. Мощность, МВт

Рисунок 2 - Прогнозируемая динамика ввода новых мощностей, МВт.

Временной промежуток

Рисунок 2.1 Оценка капиталовложений в создание объектов геотермальной энергетики, млрд.

Вместе с тем, рассматривая текущее и перспективное производство электроэнергии на основе возобновляемых источников, следует отметить, что геотермальная энергия к началу века от общего количества вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0,15 % и лишь к 2010 г. хотя и увеличится на треть, но не превысит 0,2 % с общей выработкой на уровне 7 ТВт•ч. В соответствии с Энергетической стратегией России до 2020 года планируется рост теплопотребления в стране не менее чем в 1,3 раза, причем доля децентрализованного теплоснабжения будет возрастать с 28,6% в 2000 г. до 33% в 2020 г. Однако до недавнего времени, масштаб использования геотермальной энергии в стране был весьма скромным. Особенно актуальным представляется использование геотермальной энергии в отдаленных регионах России, в частности, на Камчатке. На Камчатке, на Паратунском месторождении в 1967 году была создана опытно-промышленная геотермальная электростанция мощностью около 500 кВт - это был первый опыт получения электроэнергии с помощью геотермального тепла в России. Тогда же началась первая в России промышленная выработка электроэнергии на Паужетской геотермальной электростанции. Последняя до сих пор работает и дает самую дешевую на Камчатке электроэнергию.

Когда в условиях рыночной экономики резко начала расти цена на мазут, выяснилось, что самой дорогой электроэнергией в России стала камчатская, целиком и полностью зависящая от так называемого северного завоза. Были времена, когда 1 кВт•ч стоил почти 30 центов. Для сравнения: мировая цена - 6 центов, в России - 1,5-3. В 1994 г. организовался ОАО "Геотерм" и АО "Геотерм-М", и с этого момента началась реализация проекта. Развитие геотермальной энергетики на Камчатке в настоящее время идет не столь активно, как этого требует экономика и экологическая обстановка в регионе. Причин несколько: отсутствие в стратегии развития энергетики региона акцента на геотермию, значительные долги АО "Камчатскэнерго" за многолетние поставки мазута.

По данным АО "Геотерм - М", геотермальные ресурсы России распределены следующим образом: все три российские геотермальные электростанции расположены на территории Камчатки, суммарный энергопотенциал пароводяных терм которой оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности, однако реализован только в размере 76,5 МВт установленной мощности (2004 год) и около 420 млн. кВт/час годовой выработки (2004 год). Электростанция Мутновская, самая большая в регионе, находится в 120 километрах от города Петропавловск-Камчатский на высоте 1 км над уровнем моря, у подножья одноименного вулкана. Мутновское месторождение состоит из Верхне-Мутоновской ГеоТЭС, установленной мощностью 12 МВт (2007) и выработкой 52,9 млн. кВт·ч/год (2007) (81,4 в 2004) и Мутоновской ГеоТЭС мощностью 50 МВт (2007) и выработкой 360,7 млн. кВт·ч/год (2007) (276,8 в 2006 г.)

По данным Международного энергетического агентства (IEA) цена строительства этих установок составила 150 миллионов долларов. Для финансирования проекта РАО ЕЭС было получено от Европейского Банка реконструкции и развития кредит в 100 миллионов долларов. По прогнозам специалистов, производственные мощности Мутновской ГеоТЭС в ближайшие годы вырастут до 250 МВт.

Паужетское месторождение находится возле вулканов Кошелева и Камбального - Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2004) и выработкой 59,5 млн. кВт•ч. На Паужетской ГеоТЭС мощностью 11 МВт используется на паровых турбинах только отсепарированный геотермальный пар из пароводяной смеси, получаемой из геотермальных скважин. Большое количество геотермальной воды (около 80% общего расхода ПВС) с температурой 120°C сбрасывается в нерестовую реку Озерная, что приводит не только к потерям теплового потенциала геотермального теплоносителя, но и существенно ухудшает экологическое состояние реки. Предлагается использовать тепло сбросной геотермальной воды для выработки электроэнергии путем создания двухконтурной энергоустановки на низкокипящем рабочем теле. Расход сбросной воды на действующей Паужетской ГеоТЭС достаточен для энергоустановки мощностью 2 МВт. Температура сбросной воды снижается до 55°C, тем самым значительно уменьшается тепловое загрязнение реки.

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.

Существует проект Океанской ГеоТЭС мощностью 34,5 МВт годовой выработкой 107 млн. кВт·ч. В настоящее время электроснабжение г. Курильска и поселков Рейдово и Горячие Ключи осуществляется с помощью ДЭС, а теплоснабжение - с помощью угольных котельных. Дизтопливо ввозится в короткий период навигации - на о. Итуруп нет своего топлива. В последние годы из-за финансовых трудностей завоз топлива на остров резко сократился; электроэнергия подается населению по 2-3 часа в сутки. Вместе с тем на острове имеются богатейшие по масштабам острова запасы высокопотенциальных геотермальных источников энергии, которые к тому же в основном уже разведаны. На гидрогеологическую разведку и НИОКР по созданию ГеоТЭС израсходовано около 75-80 млрд. руб. в текущих ценах. Стоимость электроэнергии на ГеоТЭС в два с лишним раза ниже, чем на ДЭС. Привозное топливо будет вытеснено из расчета 2,5-3 тыс. т. у. т. /год/МВт. Улучшится экологическая обстановка на острове.

На Кунашире действует ГеоТЭС 2,6 МВт, а планируют несколько ГеоТЭС суммарной мощностью 12-17 МВт. В Калининградской области планируется осуществить пилотный проект геотермального тепло - и электроснабжения города Светлый на базе бинарной ГеоТЭС мощностью 4 МВт. В настоящее время геотермальные источники энергии обеспечивают на Камчатке до 25 процентов от общего энергопотребления, что значительно помогает ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута. Крупнейшие месторождения парогидротерм Камчатки расположены в горных местностях с неблагоприятным климатом. Среднегодовая температура отрицательная, глубина снега до 10 м. Это существенно затрудняет и удорожает строительство и эксплуатацию геотермальных электростанций.

Сотрудниками ЭНИН, АО "Наука" и НУЦ МЭИ предложен проект ГеоТЭС позволяющий, как минимум, в полтора раза увеличить их полезную мощность и повысить надежность.

Как известно, поступающая из геотермальных скважин пароводяная смесь имеет сложный химический состав. Содержание солей в водяной фазе до 2 г/л, в том числе много кремнекислоты, в паре значительное количество неконденсирующихся газов, включая сероводород. Это ограничивает возможность глубокого использования теплового потенциала геотермального теплоносителя в традиционном цикле ГеоТЭС с конденсационными паровыми турбинами, не позволяя получать дополнительный пар расширением воды и глубокий вакуум в конденсаторе. Сильный ветер, мороз, обильные снегопады в сочетании с высокой влажностью создают угрозу образования льда в обычно применяемых на ГеоТЭС влажных градирнях, что может привести к остановке энергоблоков и даже к разрушению градирен.

На предлагаемых ГеоТЭС комбинированного цикла эти проблемы в значительной степени решаются. Если применить паровые турбины с близким к атмосферному противодавлением и направить отработанный пар в конденсатор, являющийся одновременно парогенератором нижнего контура станции с турбинами на низкокипящем незамерзающем рабочем теле, то суммарную выработку электроэнергии можно значительно повысить за счет снижения температуры отвода тепла из цикла. Конденсация пара низкокипящего рабочего тела осуществляется в воздушном конденсаторе, поэтому полезная мощность станции зимой значительно возрастает вместе с ростом потребности в электроэнергии. Кроме того, нет затрат пара на эжекторы для удаления неконденсирующихся газов, можно также частично использовать тепло геотермальной воды для перегрева пара низкокипящего рабочего тела. Облегчается зимняя эксплуатация станции, так как нет открытого контакта воды с воздухом, а температура воды в теплообменных аппаратах и трубопроводах не опускается ниже 60°С.

Комбинированные ГеоТЭС уже работают за рубежом, но в районах с тропическим климатом, где их эффективность не может проявиться в полную силу из-за высоких температур воздуха. Для северных районов вышеуказанные преимущества таких станций обеспечивают большие перспективы их применения. В проходящем сейчас международном тендере на строительство первой очереди Мутновской ГеоТЭС станция комбинированного цикла рассматривается в качестве одного из возможных вариантов.

К сожалению, в России отсутствует отечественное серийное оборудование энергоустановок на низкокипящем рабочем теле, поэтому реальными поставщиками могут быть лишь иностранные фирмы. Это приводит к росту необходимых капвложений в строительство и эксплуатационных затрат. Чтобы ускорить создание комбинированных ГеоТЭС на Камчатке и стимулировать работу отечественных производителей оборудования, АО "Геотерм" предполагает в ближайшее время построить четвертый блок Верхне-Мутновской ГеоТЭС по комбинированной тепловой схеме.

Развитие геотермальной энергетики в России поможет во многом разрешить проблему электрификации малообжитых территорий и повышения надёжности электроснабжения той части потребителей, для которых централизованное энергообеспечение экономически неприемлемо. Без использования возобновляемых источников нельзя удовлетворительно решить энергоснабжение районов Крайнего Севера; районов, не связанных сетями общего пользования; повысить до цивилизованного уровня надёжность и качество электроснабжения регионов, дефицитных по электрической энергии и органическим ресурсам; улучшить экологическую обстановку по стране, обеспечения аварийного энергоснабжения, специальных объектов, а также объектов сферы образования, культуры, услуг.

Заключение

Геотермальная энергетика, и геотермальные электростанции в том числе, является перспективным видом получения альтернативных источников энергии. Современная востребованность геотермальной энергии как одного из видов возобновляемой энергии обусловлена, прежде всего, истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном импорта нефти и газа), а также с существенным отрицательным влиянием традиционной энергетики на окружающую среду.

Сегодня ГеоТЭС в мире производят около 54613 ГВт•ч энергии в год. Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 75900 ГВт/ч. Россия, к сожалению, не входит даже в первую десятку производителей электрической и тепловой энергии из геотермальных источников, в то время как запасы геотермальной энергии по оценкам в 10-15 раз превышают запасы органического топлива.

Сейчас, в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются.

К тому же, следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 80 єС, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии.

Список использованных источников

1. Попов, М.С. Геотермальная энергетика в России / М.С. Попов - М.: "Энергоатомиздат", 1988. - 294 с.

2. http://mcx-consult.ru/page02171082109

3. Максимов, И.Г. Альтернативные источники энергии / И.Г. Максимов - М.: "Эко-Тренд", 2005. - 387 с.

4. Феофанов, Ю.А. Геотермальные электростанции / Ю.А. Феофанов - М.: "Эко-Тренд", 2005. - 217 с.

5. Алхасов, А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии / А.Б. Алхасов - М.: "Физматлит", 2008. - 376 с.

6. Бутузов B. A. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в системах теплоснабжения Краснодарского края. - Краснодар: ККП Союза НИО CCCP, 1989.-258 с.

Размещено на Аllbest.ru