2. Використання геотермальної енергії для вироблення теплової і електричної енергії

Пряме використання геотермальної енергії

Геотермальні станції у вулканічних районах базуються на родовищах пароводяної суміші, що добувається з природних підземних колекторів тріщин з глибини 0,5-3 км. Пароводяна суміш в середньому має міру сухості 0,2-0,5 і ентальпію 1500-2500 кДж/кг. В середньому одна експлуатаційна свердловина забезпечує електричну потужність 3-5МВт, середня вартість буріння складає 900 доларів за метр.

Геотермальна електростанція з безпосереднім використанням природної пари.

Найпростіша і доступніша геотермальна енергоустановка є паротурбінною установкою з противодавлением. Природна пара зі свердловини подається прямо в турбіну з подальшим виходом в атмосферу або в пристрій, що уловлює коштовні хімічні речовини. У турбіну з противодавлением можна подавати вторинну пару або пару, що отримується з сепаратора. За цією схемою електростанція працює без конденсаторів, і відпадає необхідність в компресорі для видалення з конденсаторів газів, що не конденсуються. Ця установка найбільш проста, капітальні і експлуатаційні витрати на неї мінімальні. Вона займає невелику площу, майже не вимагає допоміжного устаткування і її легко пристосувати як переносну геотермальну електростанцію (Рис. 10.1.1).

Рис.10.1.1. Схема геотермальної електростанції з безпосереднім використанням природної пари: 1 – свердловина; 2 – турбіна; 3 – генератор; 4 – вихід в атмосферу або на хімічний завод.

Установки турбогенераторів з противодавлением не перешкоджають промисловому використанню хімічних речовин, що містяться в природному теплоносії. Так, наприклад, в природній парі деяких родовищ Італії міститься 150-700 мг/кг борної кислоти, і за допомогою подібних установок можна добувати цей коштовний продукт одночасно з виробленням електроенергії. Розглянута схема може стати найвигіднішою для тих районів, де є достатні запаси природної пари. Раціональна експлуатація забезпечує можливість ефективної роботи такої установки навіть при змінному дебіті свердловин. У Італії працює декілька таких станцій. Одна з них – мощностью4 тис. кВт при в діловій витраті пари близько 20 кг/сек, або 80 т пара в годину; інша – потужністю 16 тис. кВт, де встановлено чотири турбогенератори потужністю по 4 тис. кВт. Остання забезпечується парою від 7-8 свердловин. У подібних схемах потрібна значна кількість пари, яка з великим успіхом може бути використаний в турбінах конденсаційного типа.

Геотермальна електростанція з конденсаційною турбіною і прямим використанням природної пари – це найбільш сучасна схема для здобуття електричної енергії. Пара зі свердловини подається в турбіну. Відпрацьований в турбіні, він потрапляє в змішуючий конденсатор. Суміш води, що охолоджує, і конденсату вже відпрацьованої в турбіні пари випускається з конденсатора в підземний бак, звідки забирається циркуляційними насосами і прямує для охолоджування в градирню. З градирни вода, що охолоджує, знову потрапляє в конденсатор (Рис. 10.1.2). За такою схемою працює геотермальна електростанція Лардерелло-3,использующая природна пара, найбільша в Італії. Вона була спроектована на початку другої світової війни, але вступила в буд лише в післявоєнні роки. На електростанції встановлено чотири турбогенератори потужністю по 26 тис. кВт і два турбогенератори по 9 тис. кВт. Останні призначені для покриття власних навантажень.

Рис. 10.1.2. Схема геотермальної електростанції з конденсаційною турбіною і прямим використанням природної пари: 1 – свердловина; 2 – турбіна; 3 – генератор; 4 – насос; 5 – конденсатор; 6 – градирня; 7 – компресор; 8 – скидання.

Жоден зі встановлених тут турбогенераторів протягом багатьох років не переводився в резерв. Коефіцієнт використання встановленої потужності складає 98%. Стабільна робота геотермальної електростанції Лардерелло-3 відкрила дорогу до конструювання нових електростанцій з використанням конденсаційних турбін. За такою схемою з деякими змінами працюють багато геотермальних електростанцій: Лардерелло-2(Італія), Вайракей (Нова Зеландія) і ін. Завдяки технічним удосконаленням вжиток пари на кожен кіловат потужності став значно менший. Зараз витрата пари на новій електростанції Лаго (Італія) складає вже 8 кг/квт-ч.

Геотермальні електростанції з бінарним циклом

Геотермальна електростанція з пароперетворювачем.

Конденсаційна турбіна з паропреобразователем працює на вторинній парі. Ці станції найбільш вигідні там, де природна пара має високу температуру і великий вміст газів. Схема електростанції наступна: природна пара зі свердловини поступає в паропреобразователь і своєму теплі віддає вторинному теплоносію, після чого чиста вторинна пара прямує в конденсаційну турбіну. Відпрацьована пара йде в конденсатор. Гази, що не конденсуються, містяться в парі, відділяються в паропреобразователе і викидаються або в атмосферу, або йдуть на хімічні заводи. Недоліком цієї схеми є зниження параметрів пари перед турбіною. В порівнянні з електростанціями, що безпосередньо використовують природну пару, питома витрата пари тут менше на 30%. Геотермальна електростанція, що працює за цією схемою (рис.10.2.1), дозволяє повністю використовувати всі хімічні речовини, що містяться в природній парі.

Рис. 10.2.1. Схема геотермальної електростанції з паропреобразователем: 1– свердловини; 2 – паропреобразователь; 3 – турбіна; 4 – генератор; 5 – конденсатор; 6 – вакуумний насос; 7 – градирня; 8 – насос; 9 – дегазатор; 10 – скидання.

Досвід підтверджує, що вартість будівництва геотермальної електростанції з паропреобразователем трохи більше вартості електростанції з прямим використанням пари в конденсаційній турбіні. За схемою з паропреобразователем були побудовані електростанції Лардерелло-2 і Кастельнуово (Італія). На станції Лардерелло-2 встановлено 7 турбін потужністю по 11 тис. квт. Питома витрата пари на цій електростанції —14 кг/квт.

Геотермальні електростанції з конденсаційною турбіною, що працюють на відсепарованій парі, будуються там, де зі свердловини отримують пару з великим вмістом води. Пара або пароводяна суміш зі свердловини прямує в спеціальний пристрій, розташований на свердловині. Під тиском в сепараторові відбувається розділення пароводяної суміші на пару і воду. Відсепарована пара по трубопроводу прямує в турбіну і так далі Конденсаційні турбіни, що працюють на відсепарованій парі, знайшли вживання в будівництві геотермальних електростанцій в Росії (Паужетськоє родовище на Камчатці), Ісландії (родовище Хверагерді) і в інших країнах. Розглянута схема має свої переваги. Отримана в сепараторові пара практично не містить газів, що полегшує роботу турбін.