Классификация и направления использования геотермальных ресурсов. Современно состояние и перспективы развития геотермальной энергетики, страница 2

И наконец, парогидротермы с температурой 150 – 200°С могут найти применение для получения электрической энергии.

Геотермальные электростанции.

Одним из перспективных направлений использования геотермальной энергии является строительство геотермальных электростанций (ГеоТЭС) на базе самоизливающихся источников.

В сравнении с традиционной энергетикой к преимуществам ГеоТЭС можно отнести:

- отсутствие котельного оборудования;

- отсутствие затрат на топливо;

- возможность использования энергоносителя низкого давления;

- несложность управления;

- постоянную выходную мощность в течение года, а следовательно, высокий коэффициент использования ГеоТЭС (в отличие от других возобновляемых источников).

В ГеоТЭС простейшего типа с атмосферным противодавлением турбина, вращающая ротор генератора, присоединена непосредственно к источнику горячего пара или газа. Пройдя турбину, пар или газ выходит прямо в атмосферу. Электростанция такого типа требует чрезвычайно мощного источника пара, зато ее строительство и эксплуатация обходится дешево. Именно по такому принципу устроены первые ГеоТЭС. Наиболее экономичные из них расходуют 15-20 кг пара с температурой порядка 200°С и давлением до 200 МПа для выработки 1 кВт*ч электроэнергии. Обычно мощность одного турбоагрегата на подобной ЭС не превышает 3 МВт.

Если же геотермальный пар содержит слишком большой процент химически агрессивных примесей, вызывающих коррозию оборудования, то приходится подвергать пар предварительной очистке. В этом случае пар после очистки в сепараторе проходит через теплообменник, где снова подогревается неочищенным паром до 120°С , и только потом поступает в турбину.

В геотермальных месторождениях флюиды могут содержать много разнообразных химических элементов и растворенных минеральных веществ, в том числе :B ,Li, Na, K, Pb, Cs, Mg, Ca, F , Cl, Br, I ,  , , As, Hg, . Некоторые из них исключительно агрессивны и могут очень быстро повредить лопатки турбины, если попадут туда вместе с паром. Однако многие минеральные вещества представляют коммерческий интерес.

На рис. 1 приведена схема ГеоТЭС с незамкнутым циклом, которая позволяет получать наряду с электроэнергией также минеральные вещества (соли) и пресную воду.

Рис.1.Схема ГеоТЭС с незамкнутым циклом:

1 - подача горячего рассола из подземного бассейна; 2 –сепаратор пара; 3 – пар; 4 – турбогенератор; 5 – отработанное тепло; 6 – подача энергии потребителям; 7 – отбор воды; 8 – рассол; 9 – опреснитель; 10 – отбор минеральных солей; 11 – обратная закачка холодного рассола.

Для отделения геотермальной воды от примесей используют сепаратор (например, испаритель с мгновенным вскипанием). В таком испарителе минерализованную воду нагнетают в камеры с пониженным давлением. Часть воды моментально превращается в пар, а минеральные вещества остаются в концентрированном рассоле. Рассол можно специально подвергнуть выпариванию и получить минеральные вещества в количестве, пригодном для продажи, а также пресную воду.

Ввиду того что цикл Ренкина на водяном паре является весьма неэффективным при низких температурах пара, были изучены в качестве рабочего тела другие, низкокипящие вещества: аммиак, изобутан, фреоны. Упрощенная схема замкнутого цикла такой паротурбинной установки показана на рис.2. Горячая вода подается на поверхность подземным насосом. При этом поддерживается давление выше давления насыщенного пара, чтобы не происходило испарения и выделения растворенных в жидкости газов. Горячая вода, проходя через теплообменник, отдает свое тепло, вызывая нагрев, испарение и последующий перегрев вторичного теплоносителя (изобутана). Охлажденная геотермальная вода закачивается в соседнюю скважину, унося с собой все растворенные газы и соли. Далее она в непрерывном цикле служит носителем тепла от горячих подземных пород к электростанции. При температуре геотермальной воды примерно 160°С выгодным теплоносителем является изобутан. Пары изобутана, расширяясь, вращают ротор турбины, который приводит в действие генератор. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе с водяным охлаждением, откуда жидкий изобутан откачивается и подается затем в подогреватель и испаритель для повторения цикла.