 |
Лекция 16. Геотермальная энергия. Приливные гидростанции (ПЭС)
|
|
|
|
Лекция 16
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ
Тепловая энергия, выделяющиеся при извержении вулканов, гейзеров и горячих источников, стала интенсивно использоваться во второй половине 20 века (с появлением технических средств). Строго говоря, геотермальная энергия не является возобновляемой, это альтернативный вид энергии.
К геотермальным источникам энергии относят:
1. Источники горячей воды с t 150-200оС, залегающие на глубине до
2000 м (2 км);
2. насыщенный пар под давлением с t=100-340оС до 2 км;
3. сухой пар под высоким давлением с глубины 3-6 км;
4. насыщенный пар с t 150-180оС с глубины 2-3 км;
5. геотермальные горячие горные породы с t=150-200оС;
6. вулканическая лава с t=700-1200оС с глубины 3-10 км.
Выделяют 3 класса геотермальных районов:
1. Гипертермальный. Температурный градиент> 80оС/км эти районырасположены в тектонической зоне вблизи границ континентальных плит. Почти все из существующих ГеоТЭС размещены в таких рай-онах (Первая ГеоТЭС в 1904 г. в Италии).
2. Полутермальный. Температурный градиент от40до80оС/км. Эторайоны аномалий, лежащих в стороне от границ платформ. Тепло извлекается из естественных водоносных пластов или из раздроб-ленных сухих пород. Хорошо используется для горячего тепло-снабжения.
3. Нормальный. Температурный градиент менее40оС/км. Использо-вание не экономично. В каждом из трех классов в принципе можно получать тепло за счет естественной гидротермальной циркуляции, при которой вода проникает в глубокозалегающие породы, где пре-
вращается в сухой пар, пароводяную смесь или просто нагревается до достаточно высокой температуры.
Принцип выработки электрической энергии на современных геотер-мальных электростанциях (ГеоТЭС) тот же, что и на ТЭС, работающих на органическом топливе. Теплота, получаемая из недр Земли, используется для выработки пара, вращающего турбоагрегат (рисунок 15. 1). КПД ГеоТЭС из-за низкой температуры ниже ТЭС на органическом топливе. Пар, поступающий из недр земли, загрязнен растворенными в нем солями. Сепаратор пара удаляет нежелательные химические примеси. Из конденсатора поступает чистая вода, которая может использоваться в хозяйственных целях или вновь закачивается через скважины в недра Земли.
|
|
|
Высокое содержание солей в геотермальной воде приводит к тому, что через несколько лет происходит закупорка скважин. Это требует затрат на их очистку или бурение новых скважин в другом месте. Отбор тепла идет обыч-но быстрее, чем его восстановление за счет естественного процесса. Со вре-
менем температура пара или горячей воды падает, и это означает, что насту-пает исчерпание геотермической энергии. Чтобы предотвратить этот процесс исчерпания геотермической энергии, под землю под высоким давлением должна заканчиваться вода, что связано с определенным риском землетрясе-ния (г. Денвер, США).
Рисунок 15. 1. Геотермальная паровая скважина
Геотермальные источники оказывают заметное влияние на окружаю-щую среду при использовании в энергетических установках. В глубинных водах в значительных количествах содержатся растворенные минералы (в 8 раз больше, чем в морской воде, и растворенные газы, такие как углекислый газ, сероводород и другие. Выбросы серы в виде сероводорода у ГеоТЭС могут быть выше, чем на ТЭЦ, использующих серосодержащие топлива.
Помимо загрязнения воды и воздуха солями и газами, а также мышья-ком и ртутью, ГеоТЭС выбрасывают в атмосферу большое количество тепла
65 влаги. Извлечение из недр земли больших количеств теплоносителя создает опасность опускания ее поверхности и возникновение угрозы землетрясений. Кроме того, крупные геоТЭС занимают большую площадь. Построенная в Новой Зеландии в 1969 году ГеоТЭС мощностью 250 МВт занимает площадь км2.
|
|
|
В настоящее время в мировой энергетике принято решение проектировать ГеоТЭС ограниченной мощности.
Приливные гидростанции (ПЭС)
Энергия морских приливов (лунная энергия) известна давно. В неко-торых районах мирового океана амплитуда приливной воды (разность между верхней и нижней отметками прилива) достигает 20 м, около Огненной Земли – 18 м, на побережье США – 28 м. Если открыть шлюз в то время, как приливная волна набирает высоту, и затем в высшей точке прилива шлюз закрыть (рисунок 15. 2), то накопленную воду можно во время отлива пропу-стить через турбины и таким образом выработать электрическую энергию. Если установить реверсивные турбины, тогда добавится выработка электроэнергии при заполнении водохранилища. Суммарный энергетический потенциал приливов составляет 13 ГВт, что намного меньше, чем потенциал рек. Но в отличие от ГЭС работа ПЭС определяется космическими явлениями и не зависит от погодных условий. К этому добавим следующие преимущества:
1. энергия приливов не образует вредных отходов;
2. не растрачивает невосполняемых минеральных ресурсов;
3. наносимый ущерб невелик.
Рисунок 15. 2. Схема электростанции на приливном течении
|
|
|
