Геотермальные котельни

Геотермальные котельни

Введение

Геотермальная энергетика — производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного. Более чем паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла. ТЕХНОЛОГИЯ ОСВОЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ Геотермальная технология добычи тепловой энергии недр включает как процесс извлечения, так и обработки и доставки к потребителю теплоносителя с заданным качеством и рыночным уровнем экономической эффективности его использования. Под качеством геотермального теплоносителя понимается: температура, степень минерализации, коррозийная активность, газоносность, загрязнение вредными примесями и др. По способу добычи теплоносителя предлагается следующая классификация геотермальных систем

Фонтанная технология в настоящее время доминирует при разработке геотермальных месторождений, представленных природными проницаемыми коллекторами, содержащими флюиды (воду, рассолы, пароводяные смеси, пар) с давлением, как правило, выше гидростатического. Пластовый флюид, выведенный по эксплуатационным скважинам на поверхность за счет избыточного давления в коллекторе или насосной откачки, подается потребителю и после теплового использования сбрасывается в естественные или созданные водоемы и водопотоки. Эта технология имеет ряд существенных недостатков, в основном, экологического и ресурсного характера, в связи с чем она не имеет перспектив для развития большой энергетики. Циркуляционная технология представлена геотермальными циркуляционными системами (ГЦС) трех типов: с естественными проницаемыми коллекторами , с преобразуемыми трещинными зонами, с искусственно создаваемыми коллекторами в слабопроницаемых скальных породах. Циркуляционная технология разработки геотермальных месторождений природными коллекторами успешно применяется во Франции, имеет промышленное распространение в Германии, на Украине (Крым), в Дании, Швейцарии, США, Польше, России (Чечня, Дагестан) и др.

Приповерхностные (малоглубинные) технологии использования низкотемпературной ГЭ 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 в Швеции, Швейцарии, Канаде, Австрии, Германии, США. К концу 2000 года в мире действовало около 500 тысяч таких систем, со средней мощностью 10 кВт т и общей мощностью не менее 2,2 ГВт (т). Приповерхностные (малоглубинные) геотермальные системы используются для обогрева и охлаждения различных типов жилых домов (от очень дешевых до роскошных индивидуальных или многоквартирных), бензозаправок, супермаркетов, церквей, образовательных учреждений и т. п. Суть рассматриваемых технологий заключается в создании подземного теплообменника, расположенного на малой глубине с замкнутым или открытым контуром, присоединенного к тепловому насосу, расположенному внутри отапливаемого помещения (рис. 6). При этом используются температуры пород в интервале 5-14 °С.

Эти системы используют не только ГЭ, накопленную в горных породах или в воде, но и солнечную. Конкретная доля той или иной энергии, используемая системой, зависит от глубины расположения теплообменника, климатических и гидрогеологических условий района. Предполагается, что для мелкозалегающих горизонтальных теплообменников основной вклад составляет доля солнечной энергии. Капитальные затраты на строительство такой установки могут оказаться на 50-100 % выше затрат на создание систем прямого обогрева электроэнергией. Однако эксплуатационные затраты на выработку тепловой энергии на 60 % ниже чем от традиционных источников обогрева на электричестве и на 25 % ниже, чем от воздушных тепловых насосов. Срок окупаемости снижается в условиях резко континентального климата, где системы зимой используются для отопления, а летом - для охлаждения зданий. В США считают приемлемым достижения окупаемости в течение 4-8 лет. Расчет затрат на строительство этой установки в доме на одну семью в Швейцарии подтверждает сказанное.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ теплопроводы, предназнач. для подачи геотермальной воды, подразделяющиеся на первичные и вторичные. Первичные применяются для подачи воды либо непосредственно в теплоиспользу-ющие установки, либо до промежуточного теплообменного аппарата (подающие Г.т.с.), а также для удаления отработ. геотерм, воды к пункту сброса в водоем или обратной закачки геотермальной воды (сбросные Г.т.с). Вторичные предназначены для циркуляции вторичнЪго теплоносителя через промежуточный теплообменник и теплоиспользующие установки. Г.т.с. входят в геоциркуляционную систему, т.е. систему циркуляции геотермальной воды через ее месторождение и систему геотермального отопления, включающую обратную закачку в водоносный пласт отработ. геотерм, воды для поддержания пластового давления. Общая геотермальная система теплоснабжения оценивается коэффициентом энергетической эффективности, т.е. показателем, характеризующим степень использования теплового потенциала термоводозабора, представляющим собой отношение фактич. отбора геотерм, теплоты к макс, возможному ее отбору в течение года. Для повышения коэфф. энергетич. эффективности геотерм, теплоснабжения применяется комбинированная система, в к-рой используется кроме теплоты геотермальной воды еще и теплота др. источников (котельных, теплонасосных

система теплоснабжения, к-рая использует теплоту земных недр с помощью теплоносителей — горячей воды или пара. Г.т. применяют для отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и технологам. нужд предприятий, выработки электроэнергии. В Древнем Риме (II-III вв.) воды геотерм. источников использовали для терм (бассейнов, бань), в средние века горячие источники с темп-рой до 80°С — для бытового теплоснабжения. Г.т. развито в Венгрии, Исландии, Мексике, Новой Зеландии, США, Японии. В России первая геотерм. электростанция мощностью 5 МВт построена в 1966 на р. Паужетка (юг Камчатки). Возможность применения геотермальных вод в системах теплохладоснаб-жеиия определяется сравнением их технико-экономич. показателей с показателями традиц. теплоисточников. С учетом вида и кол-ва потребителей геотерм. энергии, их взаимного расположения и необходимости срабатывания теплового потенциала геотерм, воды выбирают принцип, схему Г.т.: в р-нах со значит, геотерм, ресурсами — открытая система, зависимая схема снабжения геотерм, водой отопления и горячего водоснабжения; при огранич. геотерм, ресурсах — открытая система подачи геотерм, воды для горячего водоснабжения с отоплением от др. источника; при темп-ре геотерм, воды выше расчетной для отопления — последо-пат. подача ее на отопление и горячее водоснабжение; при темп-ре геотерм, поды ниже расчетной для отопления — наралл. или последоват. подача ее на отопление и горячее водоснабжение с пиковым догре-вом воды на отопление; при огранич. геотермич. ресурсах, высокой стоимости добычи и транспортировки геотерм. воды, системы с пиковым догревом и тепловыми насосами и комбиниров. системы водяного и воздушного отопления; при равенстве дебита геотерм, воды и среднечасового расхода горячего водоснабжения — бессливные системы. В зависимости от хим. состава и темп-ры геотерм, поды эти системы могут быть одноконтурными (без промежуточного теплообменника системы геотермального отоплении) и двухконтурными (с промежуточным теплообменником), открытыми и закрытыми, с зависимым и независимым присоединением местного отопления к тепловой сети. Системы Г.т. включают в себя: термоводозабор, расположенный на месторождении теплоэиергетич. воды; первичные тепловые сети (гсотерм. воды); вторичные тепловые сети (негеотерм. воды) ; пункт сброса отработ. геотерм, воды в водоем или обратной закачки ее в грунт. В необходимых случаях в систему Г.т. включают пикопый источник теплоты, тогда она становится комбиниров. геотерм. системой теплоснабжения. С целью защиты элементов тепловой схемы от агрессивного воздействия терм. вод применяют защитные покрытия, стойкие материалы, пластмассовые футеровки, коррозионные ингибиторы, антинакипную обработку. Для предотвращения отложений взвеш. в-в и шлама, а также .удаления газов скоростьтеплоносителя в системах Г.т. должна быть не менее 0,2 м/с. Для срабатывания теплового потенциала предусматривают комплексное использование геотерм, вод в отопит, системах, на технологич. нужды, на обогрев культивац. сооружений, в плават. бассейнах, банно-прачечных комбинатах и т.п. Регулирование теплопотребления в системах Г.т. осуществляется на скважине, в пиковыхкотельных и тепло-насосных установках, в тепловых пунктах, на вводах в здание. Суточную неравномерность потребления терм, воды на горячее водоснабжение выравнивают с помощью баков-аккумуляторов геотерм, воды. В геотерм,системах отопления применяют преимущественно отопит, приборы с регулировкой теплоотдачи по воздуху. Особенности Г.т., затрудняющие его широкое развитие, — относительно низкая энтальпия теплоносителя, снижающая возможность его транспортировки; рассредоточенность и отдаленность геотерм, месторождений от потребителей; снижение дебита скважины при интенсивной эксплуатации и отсутствии закачки отработ. воды в пласт; зарастание скважин и интенсивное накипеобразо-вание в системах при высокой минерализации геотерм, вод; интенсивная коррозия металл, трубопроводов и оборудования вследствие насыщенности геотерм, вод агрессивными газами; вредное воздействие на окружающую среду сбросных терм. вод. Эффективный метод защиты окружающей среды и в то же время поддержания пластовых давлений — закачка отработ. геотерм, вод в эксплуатац. пласты. Наиболее полное годовое использование дебита и теплового потенциала скважин обеспечивается при комплексных схемах Г.т. Геотерм, воду из скважины направляют непосредственно на отопление и горячее водоснабжение (через бак-аккумулятор). Предусмотрен пиковый догрев геотерм. воды на отопление. На обратной линии систем отопления размещена теплонасосная установка. В летний период схема может эксплуатироваться в режиме хладоснабжения. Сезонные потребители (весенниетеплицы , парники, бассейны и др.) включают по мере сокращения отопит.-вентиляц. нагрузки для выравнивания графика годового теплопотребления и равномерного использования дебита скважин. Для отопления теплиц применяют, как правило, воздушные системы с сосредоточ. или равномерной раздачей воздуха, работающие на полной рециркуляции. Геотерм. воду после системы отопления направляют в систему грунтового обогрева теплиц. Системы Г.т. оценивают коэфф. энергетич. эффективности, зависящим от степени срабатывания темп-рного перепада, степени использования макс, нагрузки и дебита скважины, наличия пикового догрева.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ВОДА природная подземная вода, имеющая повыш. температуру вследствие восприятия теплоты разогретых водовмещающих горных пород. Принято относить к Г.в. воду при темп-ре 20°С и выше (по Б.Ф. Марвицкому). Темп-pa Г.в. зависит от глубины ее залегания и геотермич. градиента теплового поля Земли в данном р-не, характеризующего среднее возрастание темп-ры горных пород на 100 м глубины. Г.в. условно подразделяют на слаботерм. (до 40°С); термальную (41— 60°С); высокотерм. (61—100°С); перегретую (100°С). Темп-pa Г.в. оценивается на устье скважины при расчетном дебите (расходе) геотерм, теплоносителя. Когда термоводозабор состоит из неск. скважин, темп-pa Г.в. вычисляется как средневзвеш. величина, т.е. как отношение суммы произведений устьевых темп-р на расчетные дебиты к сумме этих дебитов. Для целей теплоснабжения, как правило, используется высокотерм. и терм, вода, если ее можно отнести к геотермальной теплоэнергетической воде, т.е. воде, содержащей глубинную теплоту земных недр в кол-ве, позволяющем использовать ее экономически эффективно с учетом заданного режима эксплуатации, и при качестве, удовлетворяющем требованиям ее целевого использования. Месторождением такой воды считается часть гидрогеологич. водоносной системы, в пределах к-рой имеются благоприятные условия для отбора геотерм, воды в достаточном кол-ве. Для добычи Г.в. производится бурение геотермальных скважин. Г.в. используется как первичныйтеплоноситель для теплоснабжения зданий и сооружений разл. назначения, а также для технологич. нужд предприятий. Запасы месторождения Г.в. зависят от гидрогеологич. и геотермич. условий и определяются в процессе геологоразведочныхработ.

Заключение Геотермальные системы отличаются от традиционных котлов / башня систем в том, что они не требуют котла или градирни, оба из которых потребляют электричества и топлива. Хотя на первый взгляд может показаться, что мощности накачки, необходимых для продвижения жидкости через геотермальных цикл будет гораздо больше, это на самом деле нет, если система соответствует требованиям.Использование переменной дизайн потока, который отключает поток тепловых насосов, когда их компрессор не работает могут значительно уменьшить мощность накачки, необходимых для геотермальные системы.

Связать^?