1598005528-5a29f77d2a9bb899a883b13e75ca9e01 (811229), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Капитальные затраты при использовании такой установки оказываются на 10 — 20 долл./кВт выше обычных. Однако свобода выбора местоположения станции и отсутствие теплового загрязнения окружающей среды (сброс остаточного тепла может вызвать лишь нагревание воды в реках и водоемах) оправдывает такое решение. Экономические предпосылки для сооружения ГеоТЭС такого типа являются столь благоприятными, что дополнительное повышение стоимости производимой электроэнергии на (0,2 — 0,4) АЙ )0 х даи/кВт ч, связанное с организацией воздушного охлаждения, может быть легко компенсировано. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВОЗМОЖНОСТИ СООРУЖЕНИЯ ГеоТЭС Этот эксперимент предполагается провести в районе, расположенном на плоскогорье Хемес на севере центральной части шт.
Нью-Мексико. Этот район, занимающий западные склоны гор Хемес и расположенный в 32 км от Лос Аламоса, находится в пределах лесного заповедника Санта-Фе. Подробное геологическое и геофизическое изучение этого района в последние годы, а также бурение разведочной скважины до основных кристаллических пород в начале 70-х годов подтвердили целесообразность выбора этого места для проведения первого эксперимента, Конфигурация предполагаемой экспериментальной системы и основные рабочие условия приведены на фиг. 2.18. Размер трещин (радиус- 450 м) и расход находящейся под давлением воды (144 кг/с) выбраны в предположении, что искусствеаное геотермальное месторождение истощилось бы менее, чем за год, если бы оно не увеличивалось за счет дополнительного образования трещин под действием термических напряжений.
ГУ(ДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЪ|В'И РОСТ ТРЕЩИН ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Гидравлический разрыв — хорошо известный метод стимулирования, широко используемый на нефтяных и газовых месторождениях для улучшения их характеристик путем создания множества трещин в Сухие геотермальные месторождения 143 Фиг, 2.1В. Схема экспериментальной системы и рабочие условия [В). 1 — рвгулнрующид клапан; 2 — устрадство для поддержания давления; э— теплообьюнник мощноотью 1Ю МВт.
продуктивном образовании, примыкающем к стволу скважины. Для этого выше и ниже зоны, в которой предполагается создать систему трещин, устанавливают герметичные уплотнения и используют высоконапорный насос на поверхности и линию высокого давления, проходящую через верхнее уплотнение. Насос создает (обычно с помощью воды) в изолированной зоне гидравлическое давление, превышающее существующее гидростатическое давление на величину до 50 МПа. Образующаяся система трещин может распространяться от ствола скважины ва десятки метров, причем увеличение объема происходит также за счет местной естественной пористости и благодаря упругому сжатию нетреснутой породы.
Хотя не существует каких-либо ограничений по глубине, гидравлический разрыв обычно производится только в осадочных породах. Однако прочность и упругость некоторых осадочных образований, в которых были удачцш созданы трещины, очень близки по своим зна- 144 Глава 2 00 4 Щ 40 ла 20 Гп Льиаеаал лапаагдааааа 444ал 1О За . Мала чениям к соответствукнцим характеристикам пород магматического происхождения. Например, в работе [91 описан гидравлический разрыв в формации Злленбургера (запад шт. Техас) на глубинах 3,66 — 4,57 км, состоящей из прочного плотного доломитового известняка, свойства которого очень напоминают свойства гранита.
Теория и практика гидравлического разрыва в настоящее время хорошо разработаны. По мнению представителей двух американских промышленных фирм, специализирующихся в работах по гидравлическим разрывам, создание соответствующих систем для извлечения геотермальной энергии не представляет каких-либо трудностей и может быть выполнено с помощью разработанных методов. Причем, используя гидравлический разрыв, можно получить большие поверхности теплообмена даже в очень твердых и прочных породах.
Воэможность создания таких систем уже доказана, а стоимость относительно невысока Извлечение тепла из пород, подверженных гидравлическому разрыву, может вызвать термические напряжения, достаточные для обеспечения развития первоначальной системы трещин, которые рас. пространяются далеко за пределы охлажденной области. При этом возрастут как размеры поверхности теплообмена, так и общее количество тепла, которое передается жидкости, циркулирующей в системе трещин.
Такое дополнительное увеличение энергии при использовш1ии рассматриваемого метода было подтверждено расчетами на ЭВМ 1101. Расчеты показали, что объем новых трещин, возникающих под действием термических напряжений, и увеличение поверхности теплообмена приведут по истечении начального периода извлечения тепла из системы к передаче дополнительного тепла к циркулирующей жидкости. Результаты расчетов для конкретной системы приведены на фиг, 2.19 и 2.20. В этих расчетах размеры трещин, возникающих под действием термических напряжений, принимались равными 50 мм. На фиг.
2. 19 показш1о изменение извлекаемой мощности во времени. Хорошо видно восстановление мощности, о котором только что говорилось. На фиг. 2.20 приведены контуры постоянной пористости для ряда произвольно выбранных значений времени. Видно, что объем месторождения с течением времени возрастает как в глубипу от основной системы, так и в стороны. 0 0 аР ж 20 20 ла ЛР 40 40 0лаии, гаРи Фи г. 2.19. Изменение'ьющности во времени при постоянном расходе цирку- лирующая жидкости. Фи г.
2.ВР. Контуры одинаковсд пористости. определенные с помощью рас- четов на ЗВМ. 14б Глава 2 Сухие геотермальные'месторождения 147 ЭКОНОМИКА Таблице 2.8 Сравнение стоимостей электростанций и вырабатываемсй электрической энергии (8) Мощность Стоимость Стоимость вырабастанции, станции, тыввемой энергии, МВт долл./кВт 10-э долл/кет ч Тнп станции "Сухой" источник геотермальной энергии Порода, ЗОО'С; двойной цикл. 4 скважины Порода, 178'С; нэобутвн, 10 скважин Нью-Йорк, середина 1970 г.
Атомная станция тЗС на угле 188 31б 8,0 100 11,8 13,3 380 280 Основание. 'ежегодные начиопения 0,17, кож(крицнент испопьэования 80%. С экономической точки зрения система производства электроэнергии, основанная на Лос. Аламосском проекте освоения сухих (безводных) геотермальных месторождений, уже в настоящее время 'представляется перспективрой, а в будущем ее создание может стать еще более целесообразным. Это подтверждается тем, что единственными затратами "на топливо" в такой искусственной геотермальной системе являются эксплуатационные расходы, тогда как стоимость топлива на обычных тепловых электростанциях (на ископаемых топливах или атомных) непрерывно возрастает.
Это особенно касается ТЭС, работающих на нефти или газе. Около 50 — 607ь капитальных затрат на ГеоТЭС по Лос-Аламосскому проекту приходится на операции бурения, крепления скважин обсадными трубами и гцдроразрыва, необходимые для получения достаточно большого теплового резервуара. Так как затраты на бурение и обсадку скважин обычных размеров хорошо известны, то выполнение соответствующих оценок суммарных капитальных затрат для такой ГеоТЭС облегчается. В табл. 2.6 сравниваются данные по стоимости для ГеоТЭС по Лос Аламосскому проекту и для обычных атомной и тепловой электростанций на угле. Данные по эксперименту, касающемуся создания искусственного геотермального месторождения и ГеоТЭС Данные, относящиеся к рассмотренному выше эксперименту, при- ведены в отчете (111 и излагаются далее, На основании собранных до сих пор геологических данных и измерений теплового потока, про- веденных в нескольких специально пробуренных для этой цели сква- жинах, выбрано место проведения эксперимента.
Как указывалось, оно расположено в горах Хемес в 3- 9 км западнее Валлес-Кальдеры и в"'50 км на запад от Лос-Аламосской нучно-исследовательской ла- боратории и представляется наиболее подходящим для эксперимента по созданию искусственного месторождения. Геологические условия здесь достаточно просты, глубина до основания, сложенного гранита- ми, составляет всего 760 м, а геотермический градиент в 6 — 10 раз больше нормального. Пробуренная здесь разведочная скважина с об- садкой до глубины 740 м использовалась для изучения тепловых по- токов, гидрогеологии и проблем, связанных с бурением, Предполагается продолжить бурение на несколько десятков мет- ров в гранит при непрерывном отборе проб с целью изучения характе- ристик и прочности гранита, а также измерения температур и тепло- вых потоков в нем для определения возможности проведения экспери- ментов по гидравлическому разрыву и созданию в системе давления.
Если порода основания будет в состоянии поддерживать постоянное давление в системе, то после этого будет выбрано точное место раз- мещения опытной подземной циркуляционной системы. Предварительные измерения тепловых потоков в этом районе по- казали, что на глубине всего 2,3 км температуры пород могут со- ставлять 260 — 315" С, что не удивительно для райнов с породами, образовавшимися в результате недавнего вулканизма. Именно на та- кой глубине предполагается создание циркуляционного контура типа показанного на фиг.
2.16, б с помощью сравнительно небольшого гид- роразрыва с образованием полости радиусом 450 м. Сброс тепла после ГеоТЭС будет производиться в атмосферу с помощью теплооб- менников с воздушным охлаждением. Уже само создание такой системы и организация в контуре цир- куляции под действием естественной конвекции очень важны, посколь- ку они продемонстрируют принципиальную возможность использо- вания искусственного геотермального месторождения, Предполагает- ся использование контура в течение 10 мес. Причем, начальная поверх- ность теплообмена будет весьма малой. Это позволит выяснить, бу- 148 Глава 2 Сухие гвогермвлеиме мвоторохгдеиии 140 дег ли система истощаться или благодаря образующимся под дейст- вием термических напряжений трещинам станет самовосстанавливаю- щейся. Поддержание циркуляции в течение 2-о лет позволит провес ти подробное изучение термического, химического и механического поведения системы, а также ее экономики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
