Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — реферат

Оглавление. 
 
1.Введение. 
 
2.Что такое геотермальная энергия? 
 
3.История геотермальной энергии. 
 
4.Использование геотермальной энергии в СССР (60-е - 80-е годы). 
 
4.1.Схемы геотермального теплоснабжения. 
 
4.2.Использование геотермальной энергии для отопления теплиц. 
 
5. Использование геотермальной энергии в России и в странах СНГ. 
 
6.Экологические проблемы использования геотермальной энергии. 
 
7. Выводы и предложения. 
 
1.ВВЕДЕНИЕ. 
 
Человеку с давних времен была необходима энергия. В первобытном обществе единственным источником энергии был огонь. Но человечество развивалось. Человек начал создавать пока еще простые станки. В период с 5 по 17 века человек активно использовал энергию ветра и воды в мельницах мощностью от 3 до 20 киловатт. В 17-18 веках был совершен переход к новому виду энергетики - теплоэнергетике. Появились паровые двигатели, затем двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины. В 19 и 20 веках происходило стремительное насыщение промышленности энергетическими машинами. Было воздвигнуто десятки тысяч электростанций. Человек получил доступ к гигантским кладовым невозобновляемой энергии - углю, нефти, газу. Было построено множество шахт, нефте - и газопроводов. Потребление энергии все возрастало и возрастало. Особенно потребление энергии увеличилось в двадцатом веке (в 12 раз). К сожалению, запасы нефти, газа и угля отнюдь не бесконечны. Чтобы создать их, природе потребовались миллионы лет, а израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире многие стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Лишь при этом условии запасов топлива может хватить на многие годы. Однако, как известно, ресурсы органического топлива сокращаются по мере их разработки на миллиарды тонн в год. При современном уровне потребления энергоресурсов нефти должно хватить на 50 лет, природного газа - на 73, каменного угля - на 170, бурого угля - на 500 лет. 
 
Многие ученые и инженеры занимаются поиском новых, нетрадиционных источников энергии. В 1978 году резолюцией генеральной ассамблеи ООН было введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии».[4,247] Потенциал НВИЭ планеты чрезвычайно велик. В одном из прогнозных сценариев развития мировой энергетики, разработанном американской компанией "Shell International Petroleum", утверждается, что уже к 2020 г. за счет НВИЭ может быть удовлетворено до 20% всех мировых потребностей в коммерческой энергии. В последующий период этот показатель может достичь 50%, тогда как в настоящее время за счет НВИЭ покрывается примерно 2% мировых потребностей в первичных энергоресурсах. Геотермальная энергия как раз и является одним из видов НВИЭ. При использовании традиционных источников энергии мир столкнулся с целым рядом проблем: 
 
Несоответствие запасов энергоресурсов потреблению;

Непрерывное ухудшение энергетической ценности и качества добываемых энергоресурсов; 
 
Ухудшение горно-геологических и климатических условий в районах освоения новых месторождений топлива; 
 
Непрерывный рост загрязнения окружающей среды по мере увеличения масштабов энергопотребления. 
 
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что будущее за нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии, к которым относится Геотермальная энергия. Перспективы использования этого вида энергии велики. Геотермальная энергия Земли в целом оценивается мощностью около 32ТВт. Геотермальные ресурсы мира в принципе доступные для использования оценены в 140ГВт. Освоены же эти ресурсы пока очень мало. 
 
В данной работе рассматривается развитие геотермальной энергии, использование ее в народном хозяйстве СССР, а также использование в России и СНГ. Использование этого вида энергии в других странах подробно не рассматривается. 
 
2.Что такое геотермальная энергия? 
 
Геотермальная энергия - это энергия, заключенная в недрах земли. Она относится к разряду возобновляемых источников энергии и является наиболее доступной, как бы подготовленной природой к непосредственному использованию. В мире известно пять типов месторождений геотермальной энергии: 
 
1. Парогидротермы (месторождения пара и самоизливающейся пароводяной смеси). 
 
2. Гидротермы (месторождения самоизливающейся горячей воды). 
 
3. Термоаномальные зоны (месторождения тепла, имеющие повышенный градиент[175] в водонасыщенных проницаемых горных породах). 
 
4. Петрогеотермальные зоны (зоны, имеющие на доступных глубинах нагретые до достаточно высоких температур малообводненные и слабопроницаемые горные породы). 
 
5. Магма (нагретые до 1300 градусов расплавленные горные породы).[3,75] 
 
В настоящее время практически единственным источником геотермальной энергии являются парогидротермы и гидротермы. Они применяются как для получения электрической энергии, так и для получения паровой энергии. 
 
Определенные перспективы связаны с петротермальными источниками энергии, освоение которых позволило бы значительно расширить экономически рентабельные запасы геотермальной энергии.

Температура термальных подземных вод возрастает от поверхности в глубь земли. Для извлечения геотермальной энергии используются конвекционные системы, которые переносят глубинное тепло к земной поверхности. Существуют естественные и искусственные конвекционные системы, выносящие на земную поверхность различные теплоносители. Затраты для вывода на поверхность земли геотермального теплоносителя являются существенной составляющей общих затрат на получение тепла и электроэнергии. Для эффективного использования геотермальной энергии важна разведка таких участков нашей планеты, где геотермальные ресурсы расположены на минимальном расстоянии от поверхности, то есть участков с аномально высоким геотермическим градиентом. 
 
3.История развития геотермальной энергии. 
 
С давних времен люди знали о том, что в недрах земного шара таится гигантская энергия, и хотели использовать ее в своих целях. Правда до девятнадцатого века идея использование геотермальной энергии была неосуществима. Лишь в 1827 году французский инженер Лардерелли составил проект использования горячих источников. Первая электростанция, использующая горячие подземные источники была построена лишь в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Эта станция была маломощная и имела пароводяной двигатель мощностью всего 15кВт.[1,400] 
 
В 1913 году была пущена первая турбина мощностью 250кВт и в 1916 году установка мощностью 7500кВт, что положило начало промышленному освоению ГеоТЭС. В наше время мощность первой ГеоТЭС достигла уже внушительной величины - 360000кВт. 
 
В 1967 году была построена первая в России Паужетская ГеоТЭС. Она была возведена в долине реки Паужетки на юге Камчатки в 33 километрах от Охотского моря. 
 
К 1970 году общая мощность ГеоТЭС, действовавших в России, Италии, Японии, Новой Зеландии, США, составляла 700 МВт. 
 
Особенно быстрое развитие геотермальной энергетики отмечалось после энергетического кризиса 1973 года. 
 
К 1983 году мощность ГеоТЭС в 15 странах мира составила 3400МВт, а к 1985 году - 5800МВт. 
 
В настоящее время общая установленная мощность ГеоТЭС в мире не превышает 1,5ГВт.[1,402] 
 
4.Использование геотермальной энергии в СССР. 
 
(60-е - 80-е годы).

Геотермальная энергия находила широкое применение в различных отраслях народного хозяйства СССР. Промышленное использование геотермальных вод в СССР началось в 60-х годах. Добыча их к 1987 году достигла 60млн. кубических метров в год. К 1987 году велась разработка 52 месторождений, и в эксплуатации находилось около двухсот скважин. Основными районами добычи геотермальных вод выступали: Грузинская ССР, Дагестан, Чечено-Ингушетия, Ставропольский и Краснодарский края, Камчатская область. Основным потребителем геотермальных вод в СССР являлось сельское хозяйство. Оно потребляло до половины всех геотермальных вод. Термальные воды использовались для обогрева теплиц общей площадью 70 га, в том числе под Петропавловском-Камчатским (9 га), в Дагестане(7,5 га), под г. Грозным (12 га), в Краснодарском крае (24 га), в Грузии (16 га). 
 
42% добываемых геотермальных вод используется для теплоснабжения в теплично-парниковых комбинатах.25% используется жилищно-коммунальным хозяйством преимущественно для отопления квартир.18 % используется промышленностью, 7% идет на выработку электроэнергии, 8% используется в бальнеологии[176].[5,27]Также геотермальные воды используются в целях извлечения из них некоторых ценных химических элементов (брома, йода, щелочных металлов). В частности одна из самых мощных скважин в Дагестане в селе Берикей выносит с водой 330 тонн йода и 450 тонн брома (примерно 3% мирового производства брома). Практически весь бром и большую часть йода добывают из подземных вод.[1,402] 
 
В Тбилиси обеспечивается теплом и горячей водой микрорайон Субартало с населением 15000 человек. Геотермальная вода, используемая здесь, имеет температуру 57-65 градусов. Следует отметить тот факт, что затраты на бурение скважин, сооружение теплотрасс и распределительного бака окупились за полтора года. В г. Зугдиди одна геотермальная скважина обслуживает 10 промышленных предприятий, жилые и общественные здания. Геотермальная вода другой скважины, имеющая температуру 80 градусов, используется для нужд целлюлозно-бумажного комбината. Экономический эффект от использования этих двух скважин достигает около 500000 рублей в год (цены 1987 года). Срок окупаемости капитальных вложений не превышает 4-5 лет. При этом экономится 30000 тонн угля и до 2 миллионов кубометров воды в год. В г. Цаиши геотермальная вода используется для отопления, а также удовлетворяет бальнеологические нужды.

В городе Махачкала около 12% населения обеспечиваются термальной водой для отопления и горячего водоснабжения. Для этой цели ежегодно добывается около 2 миллионов кубометров воды. Более 50 % жителей городов Избербаша и Кизляра используют термальную воду для коммунально-бытовых нужд. Производительность термозабора в городе Избербаше составляет 1 миллион кубометров в год. В Дагестане также эксплуатируются геотермальные месторождения в Терекли-Мехтебе, Червленных Бурунах и других населенных пунктах. Годовая реализация термальной воды в республике составляет более 7 миллионов кубометров, что экономит около 50 тысяч тонн условного топлива в год. 
 
В Чечено-Ингушетии промышленная эксплуатация геотермальных вод начата с 1967 года из скважин старого нефтяного фонда. Внутриземное тепло используется в Грозненском, Гудермесском, Щелковском, Наурском и Шалинском районах. Эксплуатируются 36 скважин с температурой воды 70-100 градусов. Термальные воды используются в основном для обогрева парниково-тепличных комбинатов, для коммунального хозяйства, для промышленности. 
 
В Краснодарском крае эксплуатируются три термоводозабора: Вознесенский, Майкопский и Мостовский, которые добывают около 2 миллионов кубометров геотермальной воды в год. Наиболее интенсивно тепловой потенциал термальных вод используется на последнем из них, где действует межхозяйственное объединение «Плодоовощвод», которое включает наряду с тепличным комбинатом площадью 18 Га животноводческий комплекс (коровник, свинарник, птичник), промышленный комплекс (цех приготовления бетона, мебельный цех, бондарный цех, цех переработки кожсырья и шерсти, комбинированный цех), бытовой комплекс (бассейн, банно-душевой комплекс, прачечный цех) и рыборазводные пруды. За счет комплексного использования геотермальных вод объединение ежегодно получает прибыль около 2 миллионов рублей. Использование геотермальных вод только для обогрева теплиц позволяет ежегодно экономить около 60 тысяч тонн условного топлива. Производство овощей с использованием глубинного тепла обходится в два раза дешевле, чем в теплицах, обогреваемых за счет органического топлива. Прудовое рыборазведение дает около 50 тысяч рублей прибыли в год. 
 
В Ставропольском крае действует один термоводозабор производительностью 700 тысяч кубометров в год геотермальной воды. 
 
На Камчатке геотермальные ресурсы используются для отопления теплично-парниковых комбинатов и жилищно-бытовых объектов. За год реализуется около 9 миллионов кубометров геотермальной воды. 
 
В 1990 году в СССР, благодаря использованию геотермальных вод, была обеспечена экономия около 1,2 миллиона тонн условного топлива.[3,95-97] 
 
4.1.Схемы геотермального теплоснабжения. 
 
При использовании геотермальной энергии для отопления следует учитывать некоторые факторы. Дело в том, что геотермальный теплоноситель имеет специфические особенности по сравнению с традиционным:

1.Одноразовость  использования в системах теплоснабжения  и постоянство температуры в  течение всего отопительного  сезона, в отличие от обычного теплоносителя, который возвращается после потребителя на повторный нагрев, и температура которого регулируется в зависимости от климатических факторов. 
 
2. Сравнительно низкую температуру в большинстве случаев. 
 
3. Наличие агрессивных компонентов в составе термальных вод и высокую минерализацию вод некоторых источников, что требует разработки специальных мер по борьбе с коррозией и солеотложениями, а также приводит к необходимости сброса отработанных вод или их захоронения методом обратной закачки. В СССР была разработана методика замкнутой системы, по которой остывшая вода возвращается в высокотемпературный пласт. По одной скважине закачивается холодная вода, а по другой идет уже горячая. Создается надежная, практически «вечная» замкнутая циркуляция. Подземная котельная такого типа создана в Грозном. 
 
Наиболее эффективно геотермальное тепло используется в новом строительстве, однако геотермальным теплом могут быть обеспечены и ранее построенные здания и сооружения. Постоянство температуры геотермальной воды, поступающей от скважины, требует специальных устройств для регулирования теплоотдачи. Сравнительно низкая температура геотермальной воды также предъявляет дополнительные требования к созданию отопительных систем. 
 
В зависимости от минерализации и химического состава геотермальных вод возможно четыре способа их использования в системах теплоснабжения. 
 
1.С предварительной подготовкой воды. 
 
2.С применением промежуточных теплообменников. 
 
3.С непосредственной подачей геотермальной воды в систему теплоснабжения. 
 
4.С непосредственной подачей геотермальной воды в систему отопления с применением промежуточных теплообменников для системы горячего водоснабжения. 
 
Для теплоснабжения жилых и общественных зданий используется несколько принципиальных схем или их модификаций в зависимости от конкретных условий. 
 
Схема геотермального теплоснабжения с параллельной подачей (из скважины) геотермальной воды на отопление (вентиляцию, горячее водоснабжение): 
 
- после отопительных систем вода сбрасывается или закачивается непосредственно в продуктивный пласт. Регулирование теплоподачи осуществляется путем смешивания отработанной воды с прямой с помощью насосов. Расход геотермальной воды в этой схеме равен суммарному расходу на отопление и горячее водоснабжение. Эту схему целесообразно применять в районах с большими запасами геотермальных вод при ограниченных нагрузках потребителей. Эта схема может быть дополнена догревом отопительной воды в пиковых котельных. Это позволяет при тех же нагрузках существенно сократить расход геотермальной воды. Применение догрева воды целесообразно осуществлять в тех районах, где ресурсы геотермальной воды не обеспечивают потребности в ней, но использование более сложных схем не требуется.

Схема бессливной системы теплоснабжения: 
 
- температура геотермальной воды после догрева в пиковой котельной выбирается таким образом, что расход воды на отопление равен расходу воды на горячее водоснабжение. Бессливная система характеризуется наименьшим удельным расходом геотермальной воды, однако, по сравнению с другими системами требует более мощных пиковых котельных и наибольшего расхода топлива. Эффективность данной системы тем выше, чем больше доля горячего водоснабжения в суммарной тепловой нагрузке. 
 
Схема с комбинированным использованием систем водяного и воздушного отопления: 
 
- геотермальная вода из скважин направляется параллельно в системы отопления и горячего водоснабжения (через бак-аккумулятор). Вода, направляемая на отопление, проходит догрев в пиковой котельной и затем поступает в системы водяного отопления и калориферы 2-го подогрева систем воздушного отопления. Обратная вода после калориферов 2-го подогрева и систем водяного отопления поступает в калориферы 1-го подогрева и затем сбрасывается. При довольно высокой температуре геотермальной воды подогрев в пиковой котельной не обязателен. 
 
При использовании данной схемы удельный расход воды достаточно высок. Но эта схема обеспечивает энергетический эффект, который не может быть достигнут только при применении воздушных систем. [5,131-134] 
 
При использовании геотермальных вод с температурой 60-80 градусов для теплоснабжения наиболее перспективными являются системы с отопительными элементами, встроенными в панели перекрытия, что позволяет создать повышенные перепады температур и решить проблему размещения отопительных приборов в отапливаемых помещениях. 
 
Геотермальные воды, используемые в теплоснабжении можно условно разбить на три группы: 
 
1. Геотермальные воды, химический состав которых допускает их непосредственное использование и догрев. 
 
2. Геотермальные воды, которые могут быть непосредственно использованы, но не могут подвергаться догреву из-за увеличения агрессивных свойств. 
 
3. Геотермальные воды с повышенной минерализацией и агрессивностью, которые непосредственно использовать нельзя. 
 
Для вод первой группы рекомендуется использовать одну из разновидностей комбинированной системы теплоснабжения - схему геотермального отопления с использованием пикового электродогрева. Данная система используется в диспетчерской станции городского троллейбусного управления в городе Махачкала (Дагестан).

Геотермальная вода сначала используется для теплоснабжения, а затем подается в систему горячего водоснабжения. Бак-аккумулятор предназначен для снятия пиковых нагрузок и выравнивания неравномерного потребления горячей воды в течение суток. Температура в системе геотермального отопления не регулируется. Стабильная температура воздуха в помещении регулируется пиковыми электроотопительными приборами, регулируемыми автоматически с помощью термодатчиков. При нарушении в помещении заданного теплового режима, эти приборы либо вводят в действие систему электроотопления, либо отключают ее от сети. 
 
Несмотря на то, что установка приборов термоконтроля и электронагревателей приводит к удорожанию системы, геотермально-электрическая схема является в настоящее время одной из наиболее прогрессивных форм теплоснабжения зданий. Она позволяет добиться снижения расхода энергоресурсов на цели теплоснабжения и оказывает положительный экологический эффект.[5,159] 
 
4.2.Использование геотермального тепла в теплоснабжении теплиц. 
 
Геотермальное тепло также используется в теплоснабжении тепличных комбинатов. Большинство действующих комбинатов расположены на Кавказе и в Предкавказье. В городе Махачкала для отопления тепличных комбинатов используются одновременно воды разных пластов и участков. На всех действующих комбинатах применяется схема с непосредственной подачей геотермальной воды в системы отопления, при этом в отдельных системах наблюдаются интенсивные солеотложения, а также коррозия трубопроводов и оборудования. В целях предотвращения подобных нежелательных последствий стали использовать замкнутые системы, без доступа воздуха. Коррозия в таких системах, как правило, отсутствует[С. В,1] .