Эффективность низкотемпературных петротермальных теплоэлектростанций

Июнь 02, 2014 / Ольга Шейдина, Редактор

В отличие от всех остальных низкотемпературных возобновляемых энергетических источников, источник, основанный на применении петротермального, то есть глубинного тепла Земли, во времени стабилен и не зависит от территориальных и климатических факторов. Для процесса изъятия тепла и производства электрической и тепловой энергии в данном случае не нужна большая территория, поэтому петротермальная теплоэлектростанция может быть возведена даже в центре мегаполиса, где всегда наблюдается дефицит энергии.

Эффективность низкотемпературных петротермальных теплоэлектростанций

Преимуществом такого типа источников с точки зрения экологии является отсутствие необходимости перерабатывать, добывать, сжигать и транспортировать топливо. Если учесть отсутствие ущерба для экологии в качестве экономического фактора в себестоимости выпуска энергии, то применение для данной цели глубинного тепла можно считать конкурентоспособным по сравнению с привычными методами получения энергии.

В сегодняшних условиях имеется действительная возможность использовать повсеместно на практике тепло недр Земли с целью решения проблем энергетического обеспечения потребителей на удаленных территориях независимо от местонахождения и объема потребления. С учетом огромной территории нашей страны данное обстоятельство обладает первостепенным значением.

Особенности применения глубинного тепла планеты

Известно, что главным показателем, описывающим тепловой потенциал земных пород, считается геотермический градиент температур, под которым понимается скорость увеличения температуры пород по мере увеличения глубины. Среднее значение данного параметра, в зависимости от региона, находится в интервале от 2 до 6 °С, т.е. на данную величину температура пород Земли через каждые 100 м в глубину возрастает.

Самые высокие показатели геотермических градиентов зафиксированы в современных областях вулканической деятельности, к которым непременно относится Камчатская область. Из невулканических территорий самым прогретым считается Северокавказский регион. Геотермический градиент здесь приравнивается к 3-5 °С на 100 м, для Москвы данное значение в среднем составляет 2 °С, Санкт-Петербурга – 2,5, для Урала – 1,2 °С, а для Нижнего Поволжья – 2,1 °С на 100 м.

Для России средний геотермический градиент равен 2-3 °С на 100 м (кроме областей аномальных показателей). Это дает возможность рассчитывать на температуру земных пород до 260°С на глубинах до 10 км. Петротермальные теплоэлектростанции (петроТЭС) выгодно строить, если температура получаемого тепла не менее 100°С. При указанных выше средних градиентах данная температура соответствует глубинам от 3,5 до 5 км.

Анализ имеющихся данных показывает, что разные значения геотермического градиента почти во всех случаях полевых измерений существенно превосходят установленные ранее (на 80-100%), что выступает в качестве весомого аргумента в пользу петротермальных теплоэлектростанций.

Применение глубинного тепла земных пород имеет свои трудности. Это в основном связано с бурением глубоких скважин. Сегодня глубина бурения – ключевой фактор, который ограничивает доступность глубинного тепла нашей планеты необходимого уровня температуры в любой точке планеты. Есть технологии, дающие возможность осуществлять сверхглубокое бурение до 12 км. Технологии сооружения скважин на глубину 3-5 км отработаны хорошо и являются недорогими. Однако бурение составляет 70-80% капитальных расходов на возведение всего комплекса петротермальных теплоэлектростанций.

Совершенствованию технологий бурения на сверхглубины уделяется сегодня огромное внимание по всему миру и есть разработки, которые позволяют бурить скважины на глубины 7-10 км со снижением стоимости бурения в два раза при значительном сокращении времени на проходку.

Следующая проблема имеет отношение к транспортировке глубинного тепла земных пород на поверхность. В практике повсеместно используется метод извлечения глубинного тепла, базирующийся на прямом контакте носителя тепла с недрами. В массиве высокотемпературных земных пород при помощи искусственного гидроразрыва формируется система трещин, гарантирующая свободную циркуляцию, а также нагрев теплового носителя. Циркуляционная система включает две скважины: нагнетательную скважину, по которой носитель тепла проходит в массив трещин, а затем в эксплуатационную скважину, по которой горячий носитель тепла выходит на поверхность. Данный метод имеет серьезные недостатки: высокая минерализация и загрязненность теплоносителя; необходимость использования износостойкого капиталоемкого оборудования и формирования сложных систем фильтрации.

Разработка схемы петроТЭС на перспективу

Чтобы устранить вышеуказанные недостатки, в МЭИ (ТУ) созданы и запатентованы схемы создания двухконтурных петротермальных теплоэлектростанций с применением единственной скважины и одного теплообменника модели «труба в трубе». Данная схема дает возможность исключить контакт носителя тепла с породами Земли и позволяет применять традиционное оборудование без надобности разработки сложных схем фильтрации.

Производство электроэнергии на базе данной схемы может происходить с применением любого низкотемпературного рабочего тепла, то есть с маленькой температурой кипения. При расчете этой схемы петроТЭС в качестве начальных данных была взята следующая информация: центральный регион России – геотермический градиент равен 3,1 °С на 100 м, электрическая мощность – 1 МВт, скважина имеет глубину 3500 м, обсадная труба в диаметре – 426 мм, подъемная труба в диаметре – 273 мм.

Конечным итогом расчета считается значение общей расходуемой мощности насосов (163,6 кВт) на свое обслуживание (циркуляция фреона, воды в скважине, циркуляция в градирне), определяющих в большой степени ключевые расходы на собственные нужды. КПД петротермальной теплоэлектростанции равняется 36%.

Ключевым элементом тепловой схемы петротермальной теплоэлектростанции служит турбина, функционирующая на низкотемпературном рабочем теле. Подобные установки с использованием фреона R-11 впервые были разработаны в Японии. На металлургическом заводе «Кишима» в 1979 году была введена в использование турбина, мощность которой достигала 2,9 МВт.

В тепловой схеме петротермальных теплоэлектростанций в качестве рабочих тел применяются различные низкотемпературные вещества. Результат рабочего тела зависит от двух параметров:

- показатель удельной выработки работы на 1 рабочего вещества;

- показатель расходуемого тепла на испарение рабочего вещества.

Сегодня 1 кВт.ч отпущенной электроэнергии от петроТЭС сопоставима, даже не учитывая экологический фактор, с показателями стоимости других видов возобновляемых энергетических источников.

Согласно предварительным расчетам, цена за 1 кВт установленной мощности петротермальной теплоэлектростанции составит 2-3,5 тыс. евро.

Учитывая то, что нет необходимости транспортировать, добывать и сжигать топливо органического происхождения, а также возможность повсеместного применения вне зависимости от климата и региональных отличий петротермальные энергетические источники, в общем, выгодно отличаются от остальных видов низкотемпературных ВИЭ и могут быть востребованы применительно к РФ в самые ближайшие годы.

Это интересно ...

  • Разработка USB-счетчика электрической энергии постоянного тока Разработка USB-счетчика электрической энергии постоянного тока В нашей статье предлагаем ознакомиться с разработкой USB-счетчика электрической энергии постоянного тока. На основе схемы вольтметра, а также прошивки микроконтроллера
  • Энергоэффективность бытовой техники Энергоэффективность бытовой техники Проблемы экологии страны неразрывно связаны с проблемой ее энергоэффективности. Поэтому, покупая более экономную в плане потребления электроэнергии бытовую технику, каждый
  • Применение светодиодного освещения Применение светодиодного освещения Светодиодное освещение сегодня очень популярно, и это легко объяснить, ведь у приборов, работающих по этой технологии масса достоинств. Они экономичны,
  • Живое пламя биокамина Живое пламя биокамина Наверно, многие мечтают о настоящем камине в своем жилище. Вот только чаще всего этот вопрос упирается в высокие требованиях пожарной

Последние новости и статьи:



Оставить комментарий