Гетермальные станции

ГАОУ СПО  кАЗАНСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЛЕДЖ

Геотермальные электростанции.

 

 

 

Выполнил  работу студент группы 50-02                                                        Пермяков Сергей.

 

Геотермальные электростанции

Геотермальные электростанции или что такое  геотермальная энергия?

Геотермальная энергия  – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла  можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 0С каждые 36 метров. Это тепло  доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло  может использоваться как непосредственно  как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным  подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 0С. Скорость остывания Земля примерно равна 300-350 0С в миллиард лет. Земля содержит 42 х 1012 Вт тепла, из которых 2% содержится в коре и 98% - в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое находится слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

 

 

 

 

Геотермальные электростанции и геотермальные  ресурсы

Чем глубже скважина, тем выше температура, но в некоторых  местах геотермальная температура  поднимается быстрее. Такие места  обычно находятся в зонах повышенной сейсмической активности, где сталкиваются или разрываются тектонические  плиты. Именно поэтому наиболее перспективные  геотермальные ресурсы находятся  в зонах вулканической активности. Чем выше геотермический градиент, тем дешевле обходится добыча тепла, за счет уменьшения расходов на бурение и качание. В наиболее благоприятных случаях, градиент может  быть настолько высок, что поверхностные  воды нагреваются до нужной температуры. Примером таких случаев служат гейзеры  и горячие источники.

Ниже земной коры находится слой горячего и расплавленного камня называемый магмой. Тепло возникает  там, прежде всего, за счет распада природных  радиоактивных элементов, таких  как уран и калий. Энергетический потенциал тепла на глубине 10 000 метров в 50 000 раз больше энергии, чем все мировые запасы нефти и газа.

Зоны наивысших  подземных температур находятся  в регионах с активными и молодыми вулканами. Такие «горячие точки» находятся  на границах тектонических плит или  в местах, где кора настолько тонка, что пропускает тепло магмы. Множество  горячих точек находится в  зоне Тихоокеанского кольца, которое  еще называют «огненное кольцо»  из-за большого количества вулканов.

 

 

 

 

 

 

 

 

Геотермальные электростанции -  способы использования геотермальной энергии

Существует два  основных способа использования  геотермальной энергии: прямое использование  тепла и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования тепла  широко распространенна в высоких  широтах на границах тектонических  плит, например в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 150 0С).

В Калифорнии, Неваде и некоторых других местах геотермальная  энергия используется на больших  электростанциях, Так, в Калифорнии около 5% электричества вырабатывается за счет геотермальной энергии, в  Сальвадоре геотермальная энергия  производит около 1/3 электроэнергии. В  Айдахо и Исландии геотермальное  тепло используется в различных  сферах, в том числе и для  обогрева жилья. В тысячах домах  геотермальные тепловые насосы используются для получения экологически чистого  и недорогого тепла.

 

 

 

Геотермальные электростанции -  источники геотермальной энергии.

Сухая нагретая порода – Для того, чтобы использовать энергию в геотермальных электростанциях, содержащуюся в сухой скальной породе, воду при высоком давлении закачивают в породу. Таким образом, расширяются существующие в породе изломы, и создается подземный резервуар пара или горячей воды.

Магма – расплавленная масса, образующаяся под корой Земли. Температура магмы достигает 1 200 0С. Несмотря на то, что небольшие объемы магмы находятся на доступных глубинах, практические методы получения энергии из магмы находятся на стадии разработки.

Горячие, находящиеся  под давлением, подземные воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ.

Геотермальные электростанции - принципы работы

В настоящее время  существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных  ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема  производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар  или вода) и ее температуры. Первыми  были освоены электростанции на сухом  пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через  турбину/генератор. Электростанции с  непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при  высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные  электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда  не вступают в непосредственный контакт  с турбиной/генератором.

 

 

 

Геотермальные электростанции, работающие на сухом  пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном  пару. Пар поступает непосредственно  в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование  пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке  и хранении топлива). Это старейшие  геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена  в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

 

 

 

 

 

 

 

 

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества  на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геотермальные электростанции с бинарным циклом

           производства электроэнергии.

Большинство геотермальных  районов содержат воду умеренных  температур (ниже 200 0С). На электростанциях  с бинарным циклом производства эта  вода используется для получения  энергии. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

 

Будущее геотермального электричества.

Резервуары с  паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных  ресурсов. Земная магма и сухая  твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны  соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными  производителями геотермальной  электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.

Чтобы геотермальное  электричество стало ключевым элементом  энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать методы по уменьшению стоимости его получения. Департамент Энергетики США работает с представителями геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт.