Возобновляемые источники энергии - Геотермальная энергия

Выделение теплоты в недрах Земли происходит за счет радиоактивного распада элементов, воздействия Солнца и Луны, гравитационной деформации материала Земли, тектонических и химических процессов.
Видимая геотермальная активность (вулканы, гейзеры) проявляется там, где геотермальные системы близки к земной поверхности, - Камчатка, Япония, Новая Зеландия.
В глубине от земной поверхности находится горячая жидкая магма. Когда при извержениях вулканов она прорывается на поверхность Земли, то ее называют лавой. На каждые 100 м в глубь Земли температура повышается примерно на 3 °С. Если потоки воды под землей подходят близко к нагретым массивам, то вода превращается в пар, который может выходить на поверхность с температурой более 200 °С.
Геотермальные источники издавна используются человечеством. Мы все знаем знаменитые курорты па Кавказских Минеральных Водах, где многие из нас принимали горячие минеральные ванны.
Сейчас в России геотермальная энергия используется на Камчатке, Сахалине, Курильских островах, Северном Кавказе, в Краснодарском и Ставропольском краях. Особенно велики запасы этой энергии в Курильско-Камчатской зоне.
Принципиальная схема использования геотермальной энергии на ТЭС приведена на рис. 1.14.

Ряс. 1.13. Схема геотермальной электростанции, работающей на сухом паре с конденсатором смешивающегося типа: 1 - пар из скважины; 2 - турбина; 3 - смешивающий конденсатор; 4 - градирня; 5 — закачка воды в пласт

Самым крупным и перспективным на Камчатке является Мутновское месторождение, не базе которою можно построить геотермальные тепловые электростанции (ГеоТЭС) мощностью порядка 245 МВт. Пар на ГеоТЭС, как и на традиционной тепловой электростанции, поступает на лопатки паровой турбины, вращающей электрогенератор.

Первая в России ГеоТЭС на Паужетском месторождении (Камчатка) начала работать в 1967 году. В 1993 году на острове Кушнашир был пущен в эксплуатацию геотермальный энергетический модуль мощностью 500 кВт. выполненный в виде блочного модуля-контейнера.
В РФ организовано серийное производство ГеоТЭС мощностью до 20 МВт Калужский турбинный завод АО "Щука" выпускает модульные геотермальные тепловые станции, характеристики которых приведены в табл. 1.5.

Характеристики ГеоТЭС Калужского турбинного завода
Таблица 1.5.

Четыре комплекта ГТС установлены в системе Сахалинэнерго на Курильских островах.
Перевод Камчатки на геотермальное энергообеспечение даст возможность ежегодно экономить почти 900 тыс. ТУТ.
Верхне-Мутновская ГеоТЭС мощностью 12 МВт является опытно- промышленной очередью Мутновской ГеоТЭС мощностью 200 МВт, создаваемой для снабжения электроэнергией Петропавловск-Камчатского промышленного района (рис. 1.15). На Верхне-Мутновской ГеоТЭС должны быть отработаны технологии добычи геотермального теплоносителя (пароводяной смеси) и эффективного преобразования геотермальной теплоты в электроэнергию, а также испытаны пилотные образцы энергетического оборудования.

Рис. 1.14. Турбогенератор на Верхне-Мутновской ГеоТЭС

Использование геотермальной энергии для выработки электричества является непростой задачей, так как поступающая из-под земли пароводяная смесь имеет сложный химический состав, причем содержание солей а воде может доходить до 2 г/л. Кроме того, в паре могут находиться неконденсирующиеся газы, в том числе и сероводород, что затрудняет использование такого пара в традиционном цикле Ренкина.
В суровых климатических условиях (Камчатка, Курилы) градирни, в которых охлаждается вода, выходящая из конденсаторов паровых турбин, могут настолько обледенеть, что это приведет к остановке станции.
На созданных в России ГеоТЭС с комбинированным рабочим циклом эти проблемы в значительной степени решены. Для этого пар расширяется в первой часта станции до давления, близкого к атмосферному, а затем поступает в конденсатор-теплообменник, являющийся парогенератором второго контура станции. В этом втором контуре рабочим телом является уже другой низкокипящий теплоноситель.
Пары низкокипящего рабочего тела конденсируются в теплообменнике, который охлаждается атмосферным воздухом, а не водой, следовательно, зимой (когда потребность в электроэнергии наиболее велика) мощность станции возрастает.
На Курильских островах нет своего местного топлива, поэтому на его завоз расходуются значительные средства. В то же время на островах имеются крупные ресурсы геотермальной энергии. Утвержден план строительства на острове Итуруп ГеоТЭС мощностью 30 МВт, стоимость электроэнергии на которой будет в два раза ниже, чем на станции с дизельным приводом.
В Исландии для отопления многих зданий и плавательных бассейнов используют теплоту подземных источников.
В Сан-Бернардино (Южная Калифорния) горячую подземную воду используют для отопления зданий зимой. В Калифорнии есть по меньшей мере 14 участков, под которыми так много горячей воды и пара, что их можно использовать для выработки электроэнергии. Почти половина мировой выработки электроэнергии на ГеоТЭС приходится на Калифорнию. Правительство США намерено к 2020 году с помощью геотермальных источников обеспечить 10 % потребности в электроэнергии на западе страны, для чего на научные исследования выделено у 4,8 млн.
Накопленная в подземных скальных массивах тепловая энергия пока ещё используется недостаточно. Австралия обладает самыми крупными в мире ресурсами этого вида энергии и намерена в ближайшем будущем приступить к их эксплуатации. Для этого в гранитных массивах будут пробурены глубокие скважины, в которые будет нагнетаться вода. Образующийся пар будет выхолить на поверхность по другим скважинам и использоваться в обычных паровых турбинах для выработки электроэнергии.
Ещё одним существенным источником геотермальной энергии могут стать запасы подземных горячих водных рассолов.
Непродуманное использование геотермальной энергии может оказать неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Это связано с повышенным уровнем шума потока, выходящего из скважины, загрязнением атмосферы попутными газами (HS, СН и др.), загрязнением водоемов при сбросе термальных вод с повышенным содержанием солей и увеличением влажности воздуха за счет испарения воды в градирнях.