ВИКОРИСТАННЯ ПОВЕРХНЕВИХ, ТЕРМАЛЬНИХ І МОРСЬКИХ ВОД ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА 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 протитиском. Природна пара зі свердловини подається прямо в турбіну з подальшим виходом в атмосферу або в пристрій, що уловлює коштовні хімічні речовини. У турбіну з протитиском 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.

Рисунок 2.1 – 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 протитиском 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 виробництвом 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. В Італії працює декілька таких станцій. Одна з них – потужністю 4 тис. кВт при витраті пари близько 20 кг/сек, або 80 т пари на 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 використана в турбінах конденсаційного типу.

Рисунок 2.2 – Геотермальна станція Svartsengi (півостров Рейкьянес (Reykjanes) Ісландія)

Геотермальна електростанція з конденсаційною турбіною і прямим використанням природної пари – це найбільш сучасна схема для здобуття електричної енергії. Пара зі свердловини подається в турбіну. Відпрацьована в турбіні, вона 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 градирні вода, що охолоджує, знову потрапляє в конденсатор (рисунок 2.3). За такою схемою працює геотермальна електростанція Лардерелло-3, що використовує природну пару, 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.

Рисунок 2.3 – 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·год.

Рисунок 2. 4 – Фото геотермальної електростанції  Nesjavellir (NGPS) (Ісландія)