Геотермальная энергетика. Перспективы развития

Геотермальная энергетика. Перспективы развития

Человек научился пользоваться энергией подземных бассейнов и горячей воды в земных недрах, проявляющейся в виде сернистых грязевых озер, гейзеров и фумарол в районах сейсмической и вулканической активности.

Основным источником геотермальной энергии является радиоактивный распад – остаточное тепло при формировании планеты. Геотермальные энергетические ресурсы подразделяются на сухой горячий пар, горячую воду и влажный горячий пар.

  1. Поверхностную геотермальную энергию получают на глубине до 400 м. В связи с тем, что температура земной коры более стабильна, чем температура воздуха, это оптимальный источник охлаждения и отопления зданий. На глубине примерно 15 м в зависимости от геологических условий, температура верхних слоев земной коры подвержена сезонным колебаниям и влиянию солнечного излучения. Для использования поверхностной геотермальной энергии применяются геотермальные зонды, геотермальные коллекторы, энергетические сваи и другие контактирующие с грунтом бетонные блоки. Тепло, извлекаемое, с небольших глубин дополняется тепловыми насосами для снабжения домов теплом или горячей водой.
  2. Источники влажного пара, горячей и тепловой воды у поверхности земли, используемые в настоящее время для выработки электрической энергии, при их использовании встает проблема коррозии металла оборудования и удаления конденсата из-за высокой степени его засоленности.
  3. Теплота, сосредоточенная в глубинных нагретых полостях с небольшим или полным отсутствием воды называют энергетикой на основе сухой нагретой породы. Для размещения резервуара используют кристаллические или плотные осадочные породы на глубинах от 3 до 6 км с высокими температурами.
  4. Магма, представляющая собой нагретые до 1300оС расплавленные горные породы и теплота, накапливаемая под вулканами.

Всего 1% энергии земной коры, находящейся на глубине до 10 км может дать энергию, в 500 раз превышающую все мировые нефтегазовые запасы.

В связи, с экономическими причинами и с недостаточно большим опытом в разработке геотермальных ресурсов, а также в зависимости от геологических параметров расположения ресурсов: глубины залегания, параметров и состава рабочего тела, в настоящее время эти ресурсы используются достаточно мало.

В перспективе разработка использования магматического тепла, использование разогретых кристаллических пород, подразумевает бурение скважин на глубину нескольких километров с последующей закачкой холодной воды для ее нагрева.

Тепло в виде горячих источников и гейзеров может быть использовано для производства электроэнергии по различным схемам на геотермальных электростанциях (ГеоЭС).

Принципиальная схема геотермальной электростанции

Принципиальная схема геотермальной электростанции

Выработка электричества производится тремя способами:

  1. Используя сухой пар для вращения турбины;
  2. Использование перегретой воды, которая под давлением, выходит на поверхность, с последующим превращением в пар, который сепарируется в воду, направленную на вращение турбины, является наиболее легко выполнимой схемой.
  3. Применение бинарного цикла, вращение турбины паром, полученным при нагреве рабочей жидкости (изобутана или фреона).
Способы выработки электроэнергии

Способы выработки электроэнергии

Из-за агрессивности воды ее невозможно использовать напрямую для вращения турбины поэтому используется пар, получаемый при парообразовании из водяного теплообменника. Природный пар служит для испарения воды, он не содержит кислот, и его можно безопасно использовать в турбине. Естественный же подземный пар конденсируется в испарителе, а из конденсата извлекают борную кислоту, или литий.

Схема совмещения геотермальной электростанции с системой добычи лития

Схема совмещения геотермальной электростанции с системой добычи лития

Главным достоинством геотермальной энергии является ее неиссякаемость и независимость от окружающей среды.

Существует возможность одновременного использования этого вида энергии как для выработки электроэнергии, так и для теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Использование геотермальной энергии имеет серьезные экологические последствия это тепловое, газовое, солевое загрязнение окружающей среды. Наличие в термальной воде солей токсичных металлов и различных химических соединений делает невозможным сброс воды в природные источники. При использовании термальных вод необходимым становиться обратная закачка отработанной воды в подземный водоносный горизонт.


Поделитесь полезным материалом в соцсетях