Использование геотермального тепла в Российской Федерации

Россия располагает огромными запасами глубинного тепла Земли следующих типов: геотермальные (месторождения горя­чей воды с температурой от 20 до 100... 120 °С), парогидротер-мальные (месторождения пароводяной смеси и пара с температу­рой от 100... 120 до 250 °С) и петротермальные или тепло горных сухих пород.

На 01.01.07 г. в эксплуатации находилось 56 месторождений термальных вод с общим количеством 210 скважин. Добыто и использовано потребителями термальной воды и пароводяной смеси эквивалентное замещению 1,05 млн т у. т.

Термальные воды в основном используют в теплоснабжении. Из общего объема использованной термальной воды на сельское хозяйство израсходовано до 46%, на жилищно-коммунальное хо­зяйство — до 28%, на промышленное теплоснабжение — до 18% (сушка чайного листа, производство железобетонных конструк­ций, деревообрабатывающая промышленность и др.) и до 8% — бальнеология, плавательные бассейны, прудовое хозяйство и про­чие потребители. Геотермальным отоплением и горячим водо­снабжением пользовался ряд районов в городах Грозный, Кизляр и других с населением около 350 тыс человек. Общая площадь теплично-парниковых хозяйств на базе геотермальных вод со­ставляет 80,1 га. Значение термальных вод не ограничивается ис-

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

пользованием только их теплового потенциала. Минерализован­ные воды содержат гамму ценных компонентов, из которых осо­бый интерес представляют редкие и рассеянные элементы: ли­тий, рубидий, стронций, цезий, йод, бром и др. Целесообразность получения ценного химического сырья из термальных вод под­тверждается длительной добычей его во многих странах. В Рос­сии технология эффективного получения концентратов и попут­ных продуктов разработана Институтом физико-химических ос­нов переработки минерального сырья Сибирского отделения АН России и в настоящее время прошла опытно-промышленную про­верку.

В рамках российской программы «Экологически чистая энер­гетика» намечено ввести в эксплуатацию опытно-промышленный завод (Дагестан) для комплексного использования пластовых вод с утилизацией тепла и извлечения ценных компонентов. За счет расконсервации нефтяных скважин на месторождениях Южно-Сухокумское и Тарумовское предполагается добывать и перера­ботать около 5 млн м³ в год геотермальных рассолов с температу­рой около 100 °С и минерализацией 200 г/л и более. При этом предполагается получить 5 тыс т магнезии, 1000 т карбоната ли­тия, 1200 т бромида кальция и заместить 30 тыс т у. т. в год.

В РФ имеются также обширные термоаномальные зоны, где на глубинах менее 4 км расположены слабопроницаемые масси­вы коренных и изверженных пород с температурами 200 °С (Да­гестан, в СНГ — Армения, Карпаты, Копетдаг, Тянь-Шань, Крым). Представляется возможным использовать это тепло путем созда­ния подземных циркуляционных систем (ПЦС). Проведенные технико-экономические оценки показывают, что ПЦС целесооб­разно использовать для теплоснабжения (на строительстве Гео­ТЭС) при температурах выше 200 °С на глубине до 3...3,5 км.

Другим направлением использования геотермальной энергии является строительство ГеоТЭС. Использование геотермальной энергии для ГеоТЭС началось в РФ в 1968 г., когда был запущен первый блок мощностью 5 МВт на Паужетском месторождении (Камчатка). К 1980 г. мощность станции была доведена до 11 МВт.

Себестоимость отпускаемой электроэнергии сопоставима с себестоимостью электроэнергии крупной ТЭЦ и в 3 раза ниже, чем на дизельных ЭС такой же мощности.

К сожалению РФ очень сильно отстает (14 место) от боль­шинства стран мира по использованию ГеоТЭС. Для геотермаль­ных вод РФ характерен невысокий энергетический потенциал.

Глава 5

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

 

ситель с энтальпией пара 200...650 ккал/кг, то на Паужетской Гео-ТЭС на выходе из скважины он составляет всего 170 ккал/кг.

В связи с этим главнейшей проблемой для создания рента­бельных ГеоТЭС является повышение термодинамической эф­фективности схемы преобразования теплоты. В РФ на Паратун-ской опытно-промышленной установке (Камчатка) еще в 1967 г. испытывалась система с бинарным циклом, где термальная вода при температуре 78 °С нагревала жидкий фреон, пары которого поступали к турбине. В США и Японии эти исследования были значительно расширены и созданы установки, работающие на изобутане, изопентане, пропане, хладоне и их смесях, что предполагает практическое применение схем с температурой до 200...250°С.

В РФ разрабатываются схемы использования геотермального тепла для комбинированных систем, где оно используется для подогрева питательной воды на тепловых ЭС (ТЭС), что дает эко­номию органического топлива и улучшает КПД преобразования низкопотенциальной теплоты. Кроме того такие комбинирован­ные схемы позволяют использовать для выработки электроэнер­гии теплоносители с более низкими температурами 70...80°С, чем это сейчас принято (более 150 °С).

Потенциальные эксплуатационные запасы термальных вод России с температурой 40... 140 °С и минерализацией 1...200 г/л предварительно оценены (в зависимости от метода эксплуатации):

· при фонтанном способе 1,2 млн м³/сут. (2,6 млн т у. т./год);

· при насосном способе 37 млн м³/сут. (59 млн т у. т./год);

· при осуществлении обратной закачки с поддержанием пла­стового давления 70...75 млн м³/сут. (130... 140 млн т у. т./год).

Месторождения пароводяных смесей, перспективные для освоения, расположены, главным образом, в вулканических обла­стях: на Камчатке, Курильских островах, о. Сахалине.

На территории Камчатки имеется 26 районов, многие из ко­торых перспективны для выработки электроэнергии и способны обеспечить суммарную электрическую мощность около 1000 МВт (Мутновское, Ходуткинское, Паужетское, Кошелевское, Киреун-ское и др.).

Есть сведения о наличии месторождений пароводяных сме­сей в Дагестанской, Чеченской, Ингушской и Кабардино-Балкар­ской республиках, Краснодарском и Ставропольском краях.

В целом можно сказать, что расширение фронта работ в обла­сти освоения новых методов и способов как добычи, так и ис­пользования геотермальной энергии, решение ряда экономиче-

ских организационных вопросов, а также комплексный подход к использованию не только теплового потенциала, но и самих термальных вод — вот основные задачи, решение которых позволит широко использовать тепло Земли в ТЭБ страны.

Камчатская область является уникальным районом страны по своим особенностям, стимулирующим использование геотермальной энергии. Во-первых, она расположена в области современного вулканизма, где геотермальная энергия наиболее доступна и создание на ее основе систем энергоснабжения экономически наиболее целесообразно. Во-вторых, Камчатка по существу лишена собственных ресурсов органического топлива за исключением небольшого месторождения газа на западном экономически мало развитом побережье и двух небольших месторожде­нии угля, уголь одного из которых имеет очень высокую зольность, а второе расположено на севере в плохо освоенном районе. Ежегодный завоз топлива на Камчатку составляет около 2| млн т у. т., в том числе до 0,9 млн т жидкого.

Запасы природных теплоносителей Камчатского полуострова позволят покрыть до 100% потребности в централизованном электроснабжении и более 50% в теплоснабжении.

Однако в настоящее время доля геотермальных ресурсов и общем балансе полуострова составляет в электроэнергии менее 2%, а в теплоснабжении около 8%. При этом использование теплового потенциала уже освоенных и разведанных месторождений осуществляется часто неудовлетворительно. Так, напри­мер, максимальная нагрузка Паужетской ГеоТЭС менее 50% установленной мощности, не решен вопрос об использовании тепловой энергии добываемой вместе с паром термальной воды и количестве 23 тыс м³ в сутки, законсервировано Верхне-Паратунское месторождение с утвержденными запасами в 23,3 тыс. м³ и сутки. Прогнозные запасы пара на семи наиболее перспективных месторождениях Камчатки, намечаемых к освоению до 2015 г., достаточны для создания ГеоТЭС суммарной мощностью около 500 МВт.

5.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОЭС РОССИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ

Мутновская геотермальная электростанция с АСУТП являет­ся уникальной электростанцией, расположенной на Камчатке в долине вулкана Мутновскии и использующей для производства электрической энергии геотермальное тепло.

Г л а в а 5

ПЮТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА 143

 

Электростанция состоит из двух условных энергоблоков, каж­дый из которых включает парогенерирующую и паротурбинную части. Парогенерирующая часть каждого энергоблока включает геотермальные скважины, систему трубопроводов подвода паро­водяной смеси от скважин к сепаратору первой ступени и сепара­тор первой ступени, удаленный от скважин на расстояние порядка 1 км. Паротурбинная часть каждого энергоблока состоит из сепа­ратора второй ступени и паровой турбины мощностью 25 МВт с конденсатором смешивающего типа (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Принципиальная тепловая схема энергоблока:

1 — турбина; 2 — генератор; 3 — воздушно-конденсационная установка; 4 — конденсатосборник; 5 — бак охлаждающей воды; 6 — насос; 7 — се­паратор; 8 — расширитель; 9 — станционный шумоглушитель; 10 — масло­охладитель; 11 — воздухоохладитель; 12 — абсорбер; 13 — дроссельно-увлажнительная установка; 14 — эжекторная установка; 15 — водо-кольцевой компрессор; 16 — выхлопная труба; 17 — добычная скважина; 18 — сква­жина закачки сепарата; 19 — скважина закачки конденсата

 

Основные технические решения были разработаны АО «Гео­терм» и АО «Наука». Генеральным подрядчиком строительства станции «под ключ» явилось ГУП ВО «Технопромэкспорт», по­ставщиком оборудования ПТК АСУТП — фирма Сименс, а раз­работчиком АСУ ТП и всего программно-алгоритмического обес­печения ПТК — ЗАО «Интеравтоматика».

В августе 2002 г. был осуществлен пуск первого, а в нояб­ре — второго блока ГеоЭС.

Программно-алгоритмическая часть АСУТП имеет иерархи­ческую структуру. Самый нижний уровень этой иерархии образу-

ет логика контроля и управления арматурой (задвижки, солено­идные и регулирующие клапаны, двигатели и т. д.), т. е. логика разрешений и неотключаемых блокировок.

Следующий уровень образуют АВР, блокировки и АСР уп­равляющие арматурой, образующей ту или иную технологиче­скую группу. На этом уровне располагаются пошаговые про­граммы, управляющие отдельными технологическими систе­мами (программы разворота турбины, включения генератора в сеть и т. п.).

Наконец, в АСУТП МГеоЭС существует программа наивыс­шего уровня иерархии — программа пуска/останова блока, кото­рая управляет остальными пошаговыми программами, запуская их в нужной очередности.

Основой устойчивой работы станции во всех ее номиналь­ных аварийных и пусковых режимах является турбинный регу­лятор, который из-за большого количества задач, возложенных на регулирующие клапаны, структурирован на несколько регу­ляторов, каждый из которых берет на себя управление клапанами в зависимости от режимов работы блока:

· регулятор разворота турбины;

· регулятор положения клапанов;

· регулятор мощности;

· стерегущий регулятор минимального давления;

· стерегущий регулятор максимальной мощности;

· корректирующий регулятор положения клапанов

· все переключения между регуляторами происходят безударно.

Насосы системы закачки отработавшего теплоносителя, по­жарные и вспомогательные насосы, электрощиты управления, а также система защиты рабочего тракта ГеоЭС от коррозии и солеотложений расположены в насосном отсеке. При эксплуа­тации система защиты позволяет удалять отложения солей из тур­бин и воздушных конденсаторов, в период простоя предотвра­щать стояночную коррозию.

Турбины для Мутновской ГеоЭС имеют несколько специфи­ческих отличий: регулирование расхода пара на входном тру­бопроводе осуществляется с помощью вращательной захлопки типа «баттерфляй», а выхлоп пара из турбин происходит верти­кально вверх. Все ступени турбины имеют наружный бандаж и развитую систему сепарации влаги.

В перспективе предстоят реконструкция и расширение до 21 МВт Паужетской ГеоТЭС, начаты работы по разведке Нижне-Кошелевского месторождения. На Курильских островах АО «Са-

Глава 5

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

 

халинэнерго» осваивает Океанское месторождение на о. Итуруп и Менделеевское на о. Кунашир.

Уникальным объектом является система централизованного теплоснабжения, создаваемая на базе Мутновского геотермаль­ного месторождения и использующая сбросное тепло ГеоТЭС (тепловая энергия сепарата и конденсата паровых турбин) и теп­ло пароводяной смеси некондиционных скважин.

В качестве теплоносителя для 1-й очереди системы тепло­снабжения будет использовано 600 т/ч конденсата паровых тур­бин ГеоТЭС и 600 т/ч артезианской воды, которые после дегаза­ции и подщелачивания по однотрубной тепломагистрали с трубо­проводом диаметром 500 мм будут подавать в г. Елизово на расстояние 83 км. К этому теплопроводу подключат системы отоп­ления восьми населенных пунктов.

Замена в системах отопления подключаемых населенных пунктов органического топлива геотермальным теплом сократит завоз на полуостров 65 тыс. т мазута и 150 тыс. т каменного угля в год, сократит загрязнение воздушного бассейна и, кроме того, заметно улучшит технико-экономические показатели ГеоТЭС.

Оценивая состояние проблемы изучения и практического ис­пользования геотермальных ресурсов в России в целом, необхо­димо отметить следующее.

Современная практика, организация, техническая и техно­логическая обеспеченность работ не может быть признана удов­летворительной. Темпы наращивания объемов использования термальных вод остаются низкими, сроки изучения и ввода в эксплуатацию месторождений, а также затраты на их освоение неоправданно завышены, степень использования ресурсов и их теплоэнергетического потенциала очень мала, составляя доли процента от имеющихся возможностей.

Не соответствует объективным возможностям и зарубежному опыту научно-технический уровень решения задач в этой облас­ти на этапах изучения и оценки месторождений, их обустрой­ства, эксплуатации и разработки.

Все современные достижения в практическом использовании геотермальных ресурсов связаны в основном с низкоминерализо­ванными высоко- и среднепотенциальными природными тепло­носителями, которые могут быть использованы по прямому циклу без серьезных затрат на решение экологических задач бе­зопасного их сброса. Однако такие теплоносители имеют сравни­тельно ограниченное распространение и ресурсы. Низкопотен­циальные подземные воды пользуются очень широким распрост-

ранением, охватывая обширные районы страны, в том числе ли­шенные местных топливных ресурсов, и характеризуются небла­гоприятной экологической ситуацией. Однако, введение низкопо­тенциальных теплоносителей в хозяйственный оборот требует предварительного решения ряда научно-технических и техноло­гических задач, так как в России отсутствует как опыт их эксплу­атации по «замкнутой» геоциркуляционной технологии, так и со­ответствующие технические средства, обеспечивающие глубокую сработку теплоэнергетического потенциала (в первую очередь, тепловые насосы и теплообменное оборудование), а также комп­лексное использование в качестве гидроминеральных и бальне­ологических ресурсов.

Накопленный опыт использования энергии недр, возмож­ность решения технических и технологических проблем, уровень подготовленности практических и теоретических вопросов, ме­тоды добычи геотермальной тепловой энергии свидетельствуют о том, что основным направлением использования в настоящее время и в ближайшей перспективе является геотермальное теп­лоснабжение жилищно-коммунальных, сельскохозяйственных и промышленных объектов, за счет которого и может быть получена значительная экономия традиционного органического топлива.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируют источники геотермальной эенергии?

2. Как используются источники ГТЭ?

3. Где расположены источники геотермальной энергии в России?

4. Каковы запасы геотермической энергии в мире и России?

5. Расскажите о конструктивных особенностях ГеоЭС России и пер­спективах их развития,

6. Как работает ГеоЭС Мутновского месторождения?

ИСПОЛЪЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

 

Гл а в а 6

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: