1.2.10. Геотермальные электростанции
Геотермальные электростанции в качестве источника энергии используют теплоту земных недр. Известно, что при продвижении в среднем на каждые 3040 м в глубь Земли температура возрастает на 1 °С. Следовательно, на глубине 34 км вода закипает, а на глубине 1015 км температура Земли достигает 10001200 °С. В некоторых частях планеты температура горячих источников достаточно высокая и в непосредственной близости от поверхности. Эти районы наиболее благоприятны для сооружения геотермальных станций.
Рисунок 1.39 - Простейшая принципиальная двухконтурная тепловая схема геотермальной электростанции
Так, в Новой Зеландии на геотермальных станциях вырабатывается 40 %всей электроэнергии, в Италии6 %. Значительная доля электроэнергии приходится на такие станции и в ряде других стран.
На рис. 1.39 представлена принципиальная двухконтурная тепловая схема геотермальной электростанции, включающая по контуру рабочего тела теплообменник-испаритель 2, турбину 3, конденсатор 4, питательный насос 5. Термальная вода поступает из подъемной скважины 1 и после охлаждения в теплообменнике-испарителе нагнетательным насосом 6 возвращается в пласт по нагнетательной скважине 7.
Энергетический абсорбционный цикл (рис. 1.40) отличается от простейшего бинарного разветвлением потока рабочего тела в сепараторе 3, установленном после испарителя-десорбера 2.
Рисунок 1.40 - Энергетический абсорбционный цикл
В отличие от простейшего цикла, где в испарителе получают сухой насыщенный пар, в испарителе-десорбере кипение не доводится до конца и полученный влажный пар в сепараторе разделяется на сухой насыщенный пар, подаваемый на турбину 4, и жидкую фазу, которая в регенераторе 5 подогревает конденсат и затем сбрасывается в конденсатор-абсорбер 6, где смешивается с отработанным паром.
Эта схема позволяет изменять степень сухости пара на выходе из испарителя, т. е. появляется дополнительный параметр для оптимизации цикла.
Особенности тепломеханического оборудования геотермальной электростанции определяются свойствами рабочих тел: высокой плотностью пара, большой текучестью в жидком состоянии, пожаро- и взрывоопасностью, в ряде случаев токсичностью самих рабочих тел или продуктов их разложения.
Требования к материалам определяются в основном коррозионной стойкостью к термальным водам, обладающим повышенной агрессивностью. Трубки теплообменников выполняются из хромоникелевой нержавеющей стали, как и запорная и регулирующая арматура в тракте термальной воды.
В России для ряда районов, например Камчатки и Курильских островов, сооружение геотермальных станций может оказаться экономически оправданным. Так, на Камчатке успешно эксплуатируется опытно-промышленная геотермальная станция. Обсуждаются также возможности использования действующих вулканов на Курильских островах.
В настоящее время геотермальные источники больше используются для теплоснабжения, чем для выработки электрической энергии. Это объясняется как техническими трудностями в работе геотермальных электростанций, так и высокой стоимостью их в расчете на единицу установленной мощности.