lecture09 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004), страница 2

9.3.1).По своему происхождению месторождения термальных вод можноподразделить на два типа, различающиеся способом переноса тепловой энергии.Первый тип образуют геотермальные системы конвекционного происхождения, отличающиеся высокой температурой вод, разгружающихся надневную поверхность. Это районы расположения современных или недавнопотухших вулканов, где на поверхность выходят не только горячие воды, но©Кафедра теплоэнергетических систем, 20045Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)и пароводяная смесь с температурой до 200 °С и более.

На сегодняшний деньвсе геотермальные электростанции работают в районах современного вулканизма.Рис. 9.3.1. Области производства геотермальной энергии в системе третичных орогенических поясов (заштриховано): 1 – Калифорния; 2 – Серро Прието; 3 – Мексика, Идальго; 4 – Сан-Сальвадор; 5 – Чили, Атакама; 6 – Исландия; 7 –Араак-Лак; 8 – Лардерелло, Монте-Амиата; 9 – Венгерский бассейн;10 – Айдин-Денизли; 11 – Кавказ; 12 – Суматра; 13 – Ява; 14– НоваяГвинея; 15 – Новая Британия; 16 – Фиджи, Новые Гебриды; 17 – Вайракей,Вайотапу; 18 – Филиппины; 19 – Япония; 20 – Камчатка.К месторождениям конвекционного типа относятся также гидротермальные проявления так называемых рифтовых зон, характеризующихся активным тектоническим режимом и умеренно повышенными геотермическими градиентами – 45-70 °С/км.

(Рифтовые зоны и связанные с ними термоаномалии, как правило, простираются на огромные расстояния. Например,Северо-Мексиканский бассейн термальных вод протянулся на 1,5 тыс. км, отсеверо-восточной части Мексики до Флориды. Одна из скважин здесь с глу©Кафедра теплоэнергетических систем, 20046Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)бины 5859 м дает пароводяную смесь с температурой 273 °С, причем этотфлюид выходит при высоком давлении.)Второй тип геотермальных месторождений образуется при преобладающем кондуктивном прогреве подземных вод, сосредоточенных в глубоких платформенных впадинах и предгорных прогибах. Они располагаются вневулканических районах и характеризуются нормальным геотермическимградиентом – 30-33 °С/км.Бурением на нефть и газ, а частично и на воду обнаружены сотни подземных артезианских бассейнов термальных вод, занимающих площади в несколько миллионов квадратных километров.

Как правило, артезианские бассейны, расположенные в равнинных областях и предгорных прогибах, содержат воду с температурой 100-150° С на глубине 3-4 км.Можно без преувеличения сказать, что любой отмеченный на картепредгорный прогиб, который был сформирован в эпоху альпийского горообразования, содержит бассейн термальных вод. Таковы артезианские бассейны предгорных прогибов Пиренеев, Альп, Карпат, Крыма, Кавказа, КопетДага, Тянь-Шаня, Памира, Гималаев. Термальные воды этих бассейнов демонстрируют уникальное многообразие химических типов от пресных (питьевых) до рассольных, употребляющихся как минеральное сырье для извлечения ценных элементов.

Больше половины всех известных минеральных (лечебных) вод выходят в виде источников или выводятся скважинами в пределах альпийских предгорных и межгорных прогибов. Опыт показывает, чтотермальные воды подобных малых бассейнов являются наиболее перспективными для комплексного использования в практических целях.Подсчеты запасов термальных вод основываются на имеющихся данных об объемах гравитационных вод, заключенных в пластах, объемах самихводоносных горизонтов и коллекторских свойствах слагающих их горныхпород. Запасы термальных вод представляют собой общее количество выявленных термальных вод, находящихся в порах и трещинах водоносных гори©Кафедра теплоэнергетических систем, 20047Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)зонтов, имеющих температуру 40-200° С, минерализацию до 35 г/л и глубинузалегания до 3,5 тыс. м от дневной поверхности.С развитием глубокого бурения на 10-15 км открываются многообещающие перспективы вскрытия высокотемпературных источников тепла. Натаких глубинах в некоторых районах страны (исключая вулканические) температура вод может достигнуть 350° С и выше.Районы выхода на поверхность кристаллического фундамента (Балтийский, Украинский, Анабарский щиты) и приподнятые горные сооружения(Урал, Кавказ, Карпаты и т. д.) совершенно не имеют запасов термальныхвод. На участках погружения фундамента, т.

е. при увеличении толщиныосадочного чехла, в недрах наблюдается некоторое «потепление» до 35-40 °Сна платформах и до 100-120 °С в глубоких предгорных впадинах.К числу районов, имеющих максимально «теплые» земные недра, несомненно, относится Курило-Камчатская вулканическая зона. Здесь нагретость пород и содержащихся в них вод зависит не только от глубины их залегания, но в большей степени от близости к вулканическим центрам и разломам в земной коре.Таким образом, температура пород, а следовательно, и вод находится взависимости от глубины залегания и от района, который характеризуетсябольшей или.

меньшей геотермической активностью.9.4. Состояние геотермальной энергетики в РоссииВерхне-Мутновская ГеоТЭСВерхне-Мутновская ГеоТЭС мощностью 12 Мвт (3х4 МВт) являетсяопытно-промышленной очередью Мутновской ГеоТЭС проектной мощностью200МВт,создаваемойдляэлектроснабженияПетропавловск-Камчатского промышленного района.В настоящее время на площадке имеются три эксплуатационные скважины, суммарный дебит пара из которых превышает потребность трех уста©Кафедра теплоэнергетических систем, 20048Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)навливаемых энергомодулей по 4 МВт с паровыми турбинами. Кроме того,эти энергомодули не полностью используют тепло отсепарированной термальной воды, закачиваемой в пласт с температурой 150°C. В проекте последующих очередей Мутновской ГеоТЭС также не предусматривается использование тепла термальной воды, поэтому с применением только паровыхтурбин общая мощность ГеоТЭС на Мутновском месторождении не превысит 200 МВт.Предлагается в течение трех лет разработать и испытать на ВерхнеМутновской ГеоТЭС пилотный двухконтурный аммиачный энергомодульмощностью 6 МВт, работающий на избыточном паре из существующихскважин и тепле сбросной геотермальной воды, которая будет дополнительно охлаждаться до 100°C.Создание и испытания пилотного образца аммиачного энергомодуляпозволит (наряду с наращиванием мощности Верхне-Мутновской станции до18 МВт) на 40-50% увеличить мощность Мутновской ГеоТЭС при тех жеобъемах бурения путем совместного применения паровых и аммиачныхэнергоустановок.

При этом себестоимость электроэнергии снижается на 2030% за счет более эффективного использования геотермального тепла.Комбинированные ГеоТЭС – будущее геотермальной энергетикиКамчаткиДва крупнейших месторождения парогидротерм Камчатки – разрабатываемое Мутновское и перспективное Нижне-Кошелевское, способные намногие десятилетия полностью обеспечить энергетические потребности региона, 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.Как известно, поступающая из геотермальных скважин пароводянаясмесь имеет сложный химсостав.

Содержание солей в водяной фазе до 2 г/л,©Кафедра теплоэнергетических систем, 20049Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)в том числе много кремнекислоты, в паре значительное количество неконденсирующихся газов, включая сероводород. Это ограничивает возможностьглубокого 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 созда-ют угрозу образования льда в обычноприменяемых на ГеоТЭС влажных градирнях, что может привести к останову энергоблоков и даже к разрушению градирен.На предлагаемых ГеоТЭС комбинированного цикла эти проблемы взначительной степени решаются.

Если применить паровые турбины с близким к атмосферному противодавлением и направить отработанный пар вконденсатор, являющийся одновременно парогенератором нижнего контурастанции с турбинами на низкокипящем незамерзающем рабочем теле, тосуммарную выработку электроэнергии можно значительно повысить за счетснижения температуры отвода тепла из цикла. Конденсация пара низкокипящего рабочего тела осуществляется в воздушном конденсаторе, поэтомуполезная мощность станции зимой значительно возрастает вместе с ростомпотребности в электроэнергии.