Геотермальные электростанции. Более 30 государств уже приняли или уже рассматривают стандарты, в соответствии с которыми часть потребляемой коммунальными предприятиями электрической энергии должна браться из возобновляемых источников. В списки таких источников, как правило, включаются геотермальные электростанции (ГеоЭС), использующие горячие подземные воды или пар. Предприятия, как правило, не хотят связываться с ГеоЭС из-за их высокой первоначальной стоимости, что обусловлено необходимостью бурения исследовательских скважин на этапе проектирования и создания подземных хранилищ для горячей воды, расположенных гораздо ближе к поверхности, чем природные горячие подземные воды. Зато уже построенные геотермальные электростанции не требуют никакого топлива и почти не загрязняют окружающую среду. Стоимость этих станций с расчётом на длительный период эксплуатации не выше стоимости угольных ТЭС, самых дешёвых из традиционных. В настоящее время разработано несколько типов ГеоЭС, которые уже реализованы и давно действуют. Самыми распространёнными являются так называемые станции прямого действия (flash plants ), но в будущем, по-видимому, будут строиться станции бинарного действия (binary plants ), в которых горячая вода подземных источников испаряется и конденсируется в воду более низкой температуры. Некоторые беспокоятся по поводу постепенного обеднения источников из-за непременных потерь воды при её превращении в пар и последующем охлаждении. Однако этого вряд ли стоит опасаться, т. к. запасы воды будут непрерывно пополняться – ведь она быстро просачивается сквозь недра. При двухступенчатом же процессе практически вся извлечённая из недр вода возвращается в резервуар. В будущем, скорее всего, коммунальные предприятия будут использовать горячую воду, просто нагреваемую горячей породой, а индивидуальные потребители – брать её из скважин прямо во дворах. На глубине 3 м температура круглый год составляет 10–15 °С. Наполненные жидкостью трубы, проложенные на этой глубине, можно подсоединить к тепловому насосу в доме и обеспечить охлаждение летом и обогрев зимой. Когда вы начнёте строить новый дом, подумайте об этом: установка теплового насоса, конечно, обойдётся вам дороже, чем установка обычной отопительной системы, зато вам не надо будет думать о топливе, если не считать ничтожного количества электроэнергии. За 4–5 лет все расходы окупятся и вы начнёте экономить, на зависть соседям.
ГеоЭС будущего. Холодная вода под давлением нагнетается в сухие трещины, где вызывает гидравлический разрыв пласта, просачивается в трещины и нагревается. Горячая вода закачивается по трубам на ГеоЭС.
Геотермальные электростанции используют тепловую энергию недр. Как правило, сейчас в большинстве случаев используется прямой производственный цикл, но в будущем, скорее всего будет превалировать бинарный. Пар высокого давления вращает турбины. Неиспарившаяся вода возвращается в подземный резервуар.
Здания можно обогревать, непосредственно прокачивая горячую воду или пар по трубам системы отопления.
Жилые дома. Тепловой насос прокачивает жидкость по трубам, расположенным неглубоко под землёй. Температура на глубине 3 м поддерживается круглый год равной 10–15 °С. Летом жидкость будет холоднее окружающей дом среды, и тепло будет отводиться, а зимой – наоборот, относительно более тёплая жидкость будет обогревать помещение.
Прямой производственный цикл. Перегретая вода из недр под действием естественного высокого давления поступает в сепаратор, где поддерживается более низкое давление. Под действием перепада давления часть жидкости мгновенно превращается в пар. Остальная вода поступает во второй резервуар с таким же низким давлением, как и в первом, где она тоже мгновенно вскипает.
Бинарный производственный цикл. Перегретая вода из недр поступает в теплообменник, где нагревает низкокипящую жидкость (например, изобутан), циркулирующую в в замкнутой петле трубопровода. В результате получается пар высокого давления.
Знаете ли вы, что?..
- МНОГО, НО НЕДОСТАТОЧНО. Геотермальные станции работают в 24 странах. Их общая мощность достигает 8900 МВт, что составляет всего 0,36% от общемировой мощности. Наибольший вклад вносят США – 2850 Мвт (из них 2490 МВт – в Калифорнии). В период с 2000 г. вырабатываемая геотермальными станциями мощность была утроена во Франции, Кении и России.
- НАДЁЖНО. В 72 милях к северу от Сан-Франциско расположен крупнейший в мире геотермальный комплекс «Гейзеры». Здесь, начиная с 1960 г., действует 21 станция общей мощностью 750 МВт. В городе Санта-Роза сточные воды теперь закачиваются под землю, пополняя естественные запасы воды.
- НЕ ВСЁ ЧИСТО. В некоторых подземных водах содержится много растворённых газов, например углекислый газ и сероводород, а также металлы, например цинк. Эти примеси выводят из строя установки и аппараты станции. В станциях с бинарным производственным циклом подземные воды не вступают в контакт с машинами. Все примеси выводятся обратно в подземный резервуар.
Сокр. пер. с англ. Н.Д.Козловой
Ресурсы нашей планеты не бесконечны. Используя в качестве главного источника энергии природные углеводороды, человечество рискует в один прекрасный момент обнаружить, что они исчерпаны, и прийти к глобальному кризису потребления привычных благ. XX век стал временем масштабных сдвигов в области энергетики. Ученые и экономисты в разных странах всерьез задумались о новых способах получения и возобновляемых источниках электричества и тепла. Наибольший прогресс был достигнут в области ядерных исследований, но появились интересные идеи, касающиеся полезного использования других природных явлений. Ученые давно узнали, что планета наша внутри горяча. Для получения пользы от глубинного тепла созданы геотермальные электростанции. В мире пока их немного, но, возможно, со временем станет больше. Каковы их перспективы, не опасны ли они и можно ли рассчитывать на высокую долю ГТЭС в общем объеме добываемой энергии?
Первые шаги
В дерзновенных поисках новых источников энергии ученые рассматривали множество вариантов. Изучались возможности освоения энергии приливов и отливов Мирового океана, преобразования солнечного света. Вспомнили и о старинных ветряных мельницах, снабдив их вместо каменных жерновов генераторами. Большой интерес представляют и геотермальные электростанции, способные вырабатывать энергию из тепла нижних раскаленных слоев земной коры.
В середине шестидесятых годов СССР не испытывал ресурсного дефицита, но энерговооруженность народного хозяйства, тем не менее, оставляла желать лучшего. Причина отставания от промышленно развитых стран в этой области состояла не в недостатке угля, нефти или мазута. Огромные расстояния от Бреста до Сахалина затрудняли доставку энергии, она становилась очень дорогой. Советские ученые и инженеры предлагали самые смелые решения этой задачи, и некоторые из них воплощались в жизнь.
В 1966 году на Камчатке заработала Паужетская геотермальная электростанция. Ее мощность составила довольно скромную цифру в 5 мегаватт, но этого вполне хватало для снабжения близлежащих населенных пунктов (поселков Озерновского, Шумного, Паужетки, сел Усть-Большерецкого р-на) и промышленных предприятий, главным образом рыбоконсервных заводов. Станция была экспериментальной, и сегодня можно смело утверждать, что опыт удался. В качестве источников тепла используются вулканы Камбальный и Кошелев. Преобразование осуществляли две установки турбогенераторного типа, первоначально по 2,5 МВт. Через четверть века установленную мощность удалось поднять до 11 МВт. Старое оборудование полностью исчерпало свой ресурс только в 2009 году, после чего была произведена полная реконструкция, включавшая и прокладку дополнительных трубопроводов теплоносителя. Опыт успешной эксплуатации побудил энергетиков строить и другие геотермальные электростанции. В России их сегодня пять.
Как работает
Исходные данные: в глубине земной коры есть тепло. Его нужно преобразовать в энергию, например, электрическую. Как это сделать? Принцип работы геотермальной электростанции достаточно прост. Под землю закачивается вода через специальную скважину, называемую входной или нагнетающей (по-английски injection, то есть "впрыск"). Для того чтобы определить подходящую глубину, требуется геологическое исследование. Вблизи нагретых магмой слоев, в конечном счете, должен образоваться подземный проточный бассейн, играющий роль теплообменника. Вода сильно нагревается и превращается в пар, который через другую скважину, (рабочую или эксплуатационную) подается на лопасти турбины, сопряженной с осью генератора. На первый взгляд, все выглядит очень просто, но на практике геотермальные электростанции устроены куда сложнее и имеют различные особенности конструкции, обусловленные эксплуатационными проблемами.
Достоинства геотермальной энергетики
Этот способ получения энергии имеет неоспоримые плюсы. Во-первых, геотермальные электростанции не требуют топлива, запасы которого лимитированы. Во-вторых, эксплуатационные расходы сведены к издержкам на технически регламентированные работы по плановой замене комплектующих изделий и обслуживанию технологического процесса. Срок окупаемости вложений составляет несколько лет. В-третьих, такие станции условно можно считать экологически чистыми. Есть, правда, в этом пункте и острые моменты, но о них позже. В-четвертых, дополнительной энергии для технологических нужд не требуется, насосы и другие приемники энергии запитываются от добываемых ресурсов. В-пятых, установка, помимо работы по прямому назначению, может производить опреснение воды Мирового океана, на берегу которого обычно строятся геотермальные электростанции. Плюсы и минусы присутствуют, однако, и в этом случае.
Недостатки
На фотографиях все выглядит просто чудесно. Корпуса и установки эстетичны, над ними не поднимаются клубы черного дыма, только белый пар. Однако не все так прекрасно, как кажется. Если геотермальные электростанции расположены поблизости населенных пунктов, жителям окрестностей досаждает производимый предприятиями шум. Но это лишь видимая (вернее, слышимая) часть проблемы. При бурении глубоких скважин никогда нельзя предвидеть, что именно из них пойдет. Это может быть токсичный газ, минеральные воды (не всегда лечебные) или даже нефть. Разумеется, если геологи наткнутся на пласт полезных ископаемых, то это даже хорошо, но такое открытие вполне может полностью изменить привычный уклад жизни местных жителей, поэтому разрешение на проведение даже исследовательских работ региональные власти дают крайне неохотно. Вообще выбрать место для ГТЭС довольно сложно, ведь в результате ее эксплуатации вполне может возникнуть провал грунта. Условия внутри земной коры меняются, и если источник тепла утратит со временем свой тепловой потенциал, затраты на строительство окажутся напрасными.
Как выбрать место
Несмотря на многочисленные риски, в разных странах строят геотермальные электростанции. Преимущества и недостатки есть у любого способа получения энергии. Вопрос состоит в том, насколько доступны иные ресурсы. В конце концов, энергетическая независимость является одной из основ государственного суверенитета. Страна может не обладать запасами полезных ископаемых, но иметь множество вулканов, как Исландия, например.
Следует учитывать, что наличие геологически активных зон - непременное условие для развития геотермальной отрасли энергетики. Но при принятии решения о строительстве подобного объекта необходимо брать в расчет и вопросы безопасности, поэтому, как правило, в густонаселенных районах геотермальные электростанции не возводят.
Следующий важный момент - наличие условий для охлаждения рабочей жидкости (воды). В качестве места для ГТЭС вполне подойдет океанское или морское побережье.
Камчатка
Россия богата всеми видами природных ресурсов, но это не означает, что в бережном отношении к ним нет нужды. Геотермальные электростанции в России строят, причем в последние десятилетия все более активно. Они частично обеспечивают потребность энергообеспечения отдаленных районов Камчатки и Курил. Помимо уже упомянутой Паужетской ГТЭС, на Камчатке в эксплуатацию введена 12-мегаваттная Верхне-Мутновская ГТЭС (1999). Намного мощней ее Мутновская геотермальная электростанция (80 МВт), расположенная возле того же вулкана. Вместе они обеспечивают более трети объема энергии, потребляемой регионом.
Курилы
Сахалинская область также пригодна для строительства геотермальных энергопроизводящих предприятий. Здесь их два: Менделеевская и Океанская ГТЭС.
Менделеевская ГТЭС предназначена для решения проблемы энергоснабжения острова Кунашир, на котором расположен поселок городского типа Южно-Курильск. Название свое станция получила не в честь великого русского химика: так называется островной вулкан. Строительство началось в 1993-м, через девять лет предприятие введено в строй. Первоначально мощность составляла 1,8 МВт, но после модернизации и запуска следующих двух очередей достигла пяти.
На Курилах, на острове Итуруп, в том же 1993 году была заложена еще одна ГТЭС, получившая название «Океанская». Заработала она в 2006-м, через год вышла на проектную мощность в 2,5 МВт.
Мировой опыт
Русские ученые и инженеры стали пионерами во многих отраслях прикладной науки, но геотермальные электростанции изобрели все же за рубежом. Первая в мире ГТЭС (250 кВт) была итальянской, начала свою работу в 1904 году, ее турбина вращалась паром, выходящим из природного источника. До этого подобные явления использовались только в лечебно-курортных целях.
В настоящее время позиции России в области использования геотермального тепла также нельзя назвать передовыми: ничтожный процент вырабатываемого в стране электричества приходится на пять станций. Самое большое значение эти альтернативные источники имеют для экономики Филиппин: на них приходится один киловатт из каждых пяти, производимых в республике. Продвинулись вперед и другие страны, в числе которых Мексика, Индонезия и США.
На просторах СНГ
На уровень развития геотермальной энергетики влияет в большей степени не технологическая «продвинутость» той или иной страны, а осознание ее руководством насущной необходимости в альтернативных источниках. Есть, конечно, и «ноу-хау», касающиеся способов борьбы с накипью в теплообменниках, способов управления генераторами и прочей электрической частью системы, но вся эта методология специалистам давно известна. Большую заинтересованность в строительстве ГеоТЭС в последние годы проявляют многие постсоветские республики. В Таджикистане изучают районы, являющие собой геотермальное богатство страны, идет строительство 25-мегаваттной станции «Джермахпюр» в Армении (Сюникская область), соответствующие исследования ведутся в Казахстане. Горячие источники Брестской области стали предметом интереса белорусских геологов: они начали пробные бурения двухкилометровой скважины Вычулковская. В общем, за геоэнергетикой, скорее всего, есть будущее.
Впрочем, и с теплом Земли обращаться нужно бережно. Ограничен и этот природный ресурс.
Геотермальные ТЭС на месторождениях пароводяной смеси или геотермальных рассолов с конденсационными турбинами и одно- или многократным расширением геотермального флюида.
Если на месторождениях пароводяной смеси температура отсепарированной воды достаточно высока (выше 100 °С), то можно путем расширения [сбросом давления в расширителе 9 (рис.) получить дополнительный пар, который направляется на промежуточный вход турбины.
Это позволяет получить дополнительную работу и, тем самым, повысить КПД энергоустановки. Таких каскадов теоретически может быть несколько. На практике, однако, возможность применения таких схем ограничивается солеотложением в элементах оборудования в результате повышения концентрации солей выше предельной растворимости. На месторождениях пароводяной смеси раньше всего образуются отложения кремневой кислоты, растворимость которой быстро уменьшается при снижении температуры. На месторождениях геотермальных рассолов, добываемых из карбонатных коллекторов (Северный Кавказ) при расширении рассолов выделяется растворенный СО2 , что приводит к нарушению углекислотного равновесия и образованию отложений кальцита, магнезита и т.п. Поэтому применение схем с расширителями возможно лишь при отсутствии массивных солеотложений или при использовании регулярной очистки оборудования.
Расширители являются сравнительно дешевыми объемными аппаратам и, поэтому их применение практически не увеличивает капиталовложения, остающиеся на уровне 1000 долл/кВт.
Рис . 3. С хе ма Гео ТЭС с конд енс ационно й т урб ино й и расши ре -
нием геот ерма льно го флю ида:
1 — подъемная скважина; 2 — сепаратор; 3 — конденсационная турбина; 4 — конденсатор; 5 — градирня; 6 — циркуляционный насос; 7 — конденсатный насос; 8 — нагнетательная скважина; 9 — расширитель.
Геотермальные ТЭС с использованием низкокипящих чистых или смесевых рабочих тел.
Во избежание солеотложений, возникающих при упаривании геотермальных рассолов в схемах с расширителями, применяется схема с использованием низкокипящих рабочих тел.
Геотермальный рассол из подъемной скважины 1
поступает в теплообменник-парогенератор 2
(который обычно выполняется в виде двух кожухотрубных аппаратов ― испарителя и подогревателя (экономайзера)). После охлаждения до предельной температуры, определяемой условием отсутствия солеотложений, рассол возвращается обратно в пласт по нагнетательной скважине 3
. В связи с высокой стоимостью скважин, для увеличения расхода геотермального рассола иногда применяются погружные насосы, размещаемые на глубине до 200 м в подъемной скважине, а для обратной закачки практически всегда используется нагнетательный насос перед реинжекционной скважиной3
. Расход электроэнергии на привод этих насосов иногда достигает 20% от выработки электроэнергии.
Рис . 4 . Схем а Гео ТЭС с испо льзование м низ ко кипящ и х ра боч их тел :
1 — по дъе мна я скважин а; 2 — теплообм е нник- паро генер ато р; 3 — нагнетательна я с кважин а; 4 — тур бин а ; 5 — к о нде нсато р; 6 — циркуляционный нас ос
В качестве рабочих тел таких ГеоТЭС используются хладагенты (углеводороды: пропан, бутан, фреоны, в последнее время рассматривается возможность применения водоаммиачной смеси). Жидкое рабочее тело подогревается и испаряется в парогенераторе 2 и подается на вход турбины 4 . Расширение пара низкокипящих рабочих тел в турбине происходит (в отличие от водяного пара) в области сухого пара, что связано с аномальным видом правой ветви их кривых насыщения в T ,s -диаграмме—энтропия уменьшается при снижении температуры, поэтому из турбины выходит сухой пар. Если его температура значительно выше температуры конденсации, определяемой обычно температурой воздуха, целесообразно возвратить избыточное тепло в цикл, для чего используется непоказанный на схеме рекуперативный теплообменник, устанавливаемый перед конденсатором 5 , который обычно является воздухоохлаждаемым из-за дефицита охлаждающей воды. Сконденсированное рабочее тело циркуляционным насосом 6 подается на вход парогенератора (при наличии рекуператора—через него).Первая в мире геотермальная энергоустановка по такой схеме с фреоном-22 в качестве рабочего тела была изготовлена в 1956 г. и испытана на Паратунском месторождении термальных вод на Камчатке. Оборудование для таких ГеоТЭС с разными рабочими телами изготавливалось рядом фирм в США, Японии, Италии, Австрии. В настоящее время промышленный выпуск энергомодулей мощностью 0,5…3 МВт с низкокипящими рабочими телами осуществляется фирмой «Ормат» (Израиль). Общая мощность ГеоТЭС, построенных во многих странах с этими энергомодулями, превышает 350 МВт. В нашей стране на Кировском заводе был спроектирован энергомодуль мощностью 1,5 МВт на озонобезопасном фреоне-42b. В настоящее время работы по созданию специальной турбины ведутся в ОАО «Наука».
В последние годы особое внимание проявляется к использованию водоаммиачной смеси в качестве рабочего тела. Этот интерес обусловлен изменением температуры в процессе парообразования смеси ― сначала при более низкой температуре выкипает, в основном, аммиак и по мере уменьшения его концентрации температура кипящей смеси растет. В результате удается сблизить кривые охлаждения геотермального рассола и нагрева и парообразования водоаммиачной смеси в I ,t -диаграмме, что приводит к снижению необратимых потерь эксергии при теплообмене и повышению КПДцикла ГеоТЭС. Кроме того, путем изменения концентрации аммиака в смеси можно эффективно использовать одну и ту же турбину на геотермальных месторождениях с температурами рассолов 80…200 °С.
Э н ерг омо д у ли ф ирм ы «О рмат » постав ляют с я п о це н е в средне м 100 0 д о лл . з а 1 к Вт .
Геотермальные ТЭС комбинированного цикла с паровой турбиной в верхнем цикле и низкокипящим рабочим телом в нижнем цикле.
Д ля боле е по лног о испо льзован ия т еплово г о п от е нциал а геотермально й пароводяно й смес и целе сообразно испо льзо ват ь комб ин ирова нну ю тепл ову ю схем у.
Из подъемной скважины 1 пароводяная смесь подается в сепаратор 2 , откуда пар направляется в противодавленческую паровую турбину 3 , после выхода из турбины пар поступает в конденсатор 4 ,являющийся парогенератором низкокипящего рабочего тела. Образующийся конденсат используется на станции. Отсепарированный горячий геотермальный рассол подается в пароперегреватель низкокипящего рабочего тела 5 , после чего возвращается в пласт по нагнетательной скважине 10 . Перегретый пар низкокипящего РТ подается на вход бинарной турбины 6 , после расширения в которой идет в рекуператор 7 , где охлаждается и идет в воздушный конденсатор 8 . Сконденсированное низкокипящее РТ питательным насосом 9 подается на предварительный подогрев в рекуператор 7 и затем в парогенератор 4 . Такая схема позволяет использовать тепло отсепарированного рассола для перегрева низкокипящего РТ, что приводит к увеличению КПД ГеоТЭС. Особенно эффективно применение такой схемы при низких температурах воздуха, так как благодаря низким температурам замерзания низкокипящих РТ (ниже -50 °С) можно осуществлять конденсацию при отрицательных температурах. Для условий Мутновского месторождения пароводяной смеси (среднегодовая температура воздуха ― 5 °С) выработка электроэнергии на комбинированной ГеоТЭС увеличивается на 20 % по сравнению с традиционным конденсационным циклом. Соответствующий патент получен совместно ОАО «Наука» и ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского».
ко нденсатор ; 5 — пароперегреватель ; 6 — бинарна я турби на; 7 — рекуператор ; 8 — воздушны й конденсато р; 9 — пита тельн ый насос ; 1 0 — нагнетательна я скважина.
Оборудование ГеоТЭС комбинированного цикла выпускается израильской фирмой «Ормат», оно установлено на ряде геотермальных станций на Филиппинах и Индонезии. В России по этой схеме планируется построить 4-й блок Верхне-Мутновской ГеоТЭС общей мощностью 6 МВт.
Васильев В.А, Тарнижевский Б.В., ОАО «ЭНИН»
Электростанция, преобразующая внутренне тепло Земли в электрическую энергию. См. также: Электростанции Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь
Теплоэлектростанция, преобразующая внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую энергию. В России 1 я геотермальная электростанция (Паужетская) мощностью 5 МВт пущена в 1966 на Камчатке; к 1980 ее мощность… … Большой Энциклопедический словарь
геотермальная электростанция - геоТЭС Электростанция, предназначенная для преобразования глубинного тепла Земли в электрическую энергию. [ГОСТ 26691 85] EN geothermal power station a thermal power station in which thermal energy is extracted from suitable parts of the… … Справочник технического переводчика
геотермальная электростанция - Электростанция, преобразующая внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую энергию … Словарь по географии
ТЭС, преобразующая внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую энергию. В России 1 я геотермальная электростанция мощностью 5 МВт пущена в 1966 (на Камчатке, в долине р. Паужетка); к 1980 её мощность доведена… … Энциклопедический словарь
Тепловая электростанция, использующая внутреннее тепло Земли для выработки электроэнергии и теплоснабжения. Практически единственными источниками геотермальной энергии являются парогидротермы (месторождения самоизливающейся паровоздушной смеси… … Энциклопедия техники
Геотермальная электростанция - СТЭС 32. Геотермальная электростанция Электростанция, предназначенная для преобразования глубинного тепла Земли в электрическую энергию Источник: ГОСТ 26691 85: Теплоэнергетика. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Тепловаяэлектростанция, использующая тепловую энергию термальных вод Земли для выработки электроэнергии и теплоснабжения. В комплекс сооружений входят: буровые скважины, выводящие на поверхность пароводяную смесь или пар; устройства газовой и… … Географическая энциклопедия
геотермальная электростанция - geoterminė elektrinė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Elektrinė, kurioje žemės gelmių šiluma verčiama elektros energija. atitikmenys: angl. geothermal power station vok. Erdwärmekraftwerk, n; geothermisches Kraftwerk, n rus. геотермальная… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Тепловая электростанция, использующая тепловую энергию горячих источников Земли для выработки электроэнергии и теплоснабжения. Темп pa геотермальных вод может достигать 200 °С и более. В Г. э. входят: буровые скважины, выводящие на поверхность… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Книги
- Елизовский район - заповедная земля , . Это вновь переизданное и дополненное новыми фотоработами известного камчатского фотографа Владимира Лазарева произведение об одном из самых прекрасных мест Камчатского края - Елизовском…
Геотермальные электростанции находятся на этапе мощного развития. По данным исследования 2005 года, проведенного итальянской электросетевой компанией ENEL, геотермальные электростанции производят 8900 мегаватт электричества в 24 странах мира. При этом в США производится большая часть (32%) такого вида энергии.
Первая геотермальная электростанция появилась в Лардерелло (Италия) в 1904 году. Команда ученых под руководсвом принца Пьеро Гинори Конти разработала способ использования пара из местных источников для вращения турбин генератора. Эта электростанция работает и по сей день. В 1950 г. правительство Новой Зеландии начало изучение возможности использования геотермальных источников Ваиракеи для получения электричества. На Ваиракеи находятся гейзеры, горячие источники и грязевые бассейны. В 1958 году открылась геотермальная электростанция Ваиракеи, вторая в мире. Крупнейшая геотермальная электростанция называется Гейзеры, находится она близ города Санта-Роза в штате Калифорния. Эта станция открылась в 1960 году. Хотя самих гейзеров на станции нет, в регионе есть много паровых скважин. Гейзеры производят около 750 мегаватт электричества - этого достаточно для электроснабжения такого города, как Сан-Франциско.
С 2000 года объем получаемой геотермальной энергии во Франции, России и Кении утроился. В таких странах, как Филиппины, Исландия, Сальвадор из геотермальных источников получают 25% электричества, в Тибете - 30%.
В основе геотермальной электростанции лежит один из трех процессов. Электростанции прямого парового нагрева или нагрева сухим паром строятся в районах, где основной источник геотермальной активности - паровые скважины. Сжатый пар из скважины попадает по трубам к турбинам. Турбина состоит из серии наклонных лопастей, установленных на центральном вале. Сжатый пар, проходя через турбину, вращает ее. Вращающаяся турбина включает генератор. Вода охлаждается и поступает обратно в землю. Лардерелло и Гейзеры работают именно так.
На испульсной паровой электростанции для получения пара используется вода при температуре выше 180 градусов Цельсия. С помощью особой техники с большой глубины поступает горячая вода под высоким давлением и распрыскивается в емкости с низким давлением. Вода мгновенно превращается в пар. Пар, находящийся под высоким давлением, вращает турбины генератора, вырабатывающего электричество. Вода охлаждается и поступает обратно под землю.
На электростанциях двойного цикла используется средняя по температуре термальная вода, нагретая от 107 до 182 градусов. Термальная вода поступает в теплообменник, по которому течет жидкость, имеющая точку кипения ниже, чем у воды. Тепло превращает жидкость в пар, вращающий турбины. Термальная вода не входит в контакт с турбинами, из теплообменника она попадает обратно под землю. Большая часть геотермальных ресурсов имеет среднюю температуру, поэтому в будущем планируется постройка, в основном, электростанций двойного цикла.
Проблемы
Геотермальные электростанции поднимают вопросы о геотермальной энергии. Один из таких вопросов - провалы земли при изначальном заборе воды или пара. Это может быть серьезной проблемой. На Ваиракеи после начала работы станции земля опустилась на 13 м. Эта проблема на Ваиракеи существует до сих пор. На новых станциях вода быстро возвращается, чтобы сохранять давление и уровень подземных вод.
На геотермальных электростанциях двойного цикла эмиссии каких-либо газов не происходит. Однако паровые электростанции выбрасывают небольшое количество CO2, объем выбросов зависит от состава воды. Выбрасывается также небольшое количество сульфида водорода, недостаточное для образования кислотного дождя. Так как подземные воды содержат растворенную серу, то работа станции сопровождается неприятным для нас запахом. В США геотермальные электростанции должны отфильтровывать сульфид водорода в выбросах, сжигая его или преобразуя в диоксид серы. Диоксид серы впоследствии можно растворить или превратить в серную кислоту и продать. Соли и минералы, отфильтровываемые из воды, закачиваются обратно в скважину. Часть отходов перерабатывается в плане получения полезных минералов.
По течению
Исследователи работают над использованием тепла Земли, пробуривая скважины в теплые слои земной коры, близкие к мантии. Однако эти идеи требуют бурения намного более глубоких скважин, чем позволяют существующие технические возможности.
Энергия биомассы
Биомасса - один из быстрорастущих возобновляемых источников энергии. Что же такое биомасса? Как она используется? И как она заменяет нефть, природный газ и уголь, от которых мы так зависим?
Название биомасса говорит само за себя: био логические вещества - растения в больших объемах, (в массе ). Биологическое топливо позволяет получать энергию из растений и преобразовывать ее форму, используемую для получения электричества или заправки автомобилей.
Вот как это работает. В процессе фотосинтеза в растениях появляются углеводороды: сахар и крахмал. Углеводороды - органические компоненты, получаемые из угля и водорода. Эти компоненты хранят энергию в связях, удерживающих их. Хранимая энергия испускается, когда растения съедают или, что нам важнее, когда растения закапывают. Кислород в воздухе вступает в реакцию с углеродом в растениях, при этом выделяется энергия, вода, и диоксид углерода (CO 2). Эта энергия используется для превращения воды в пар. Пар вращает турбины, вырабатывающие электричество.
Есть и другой способ высвобождения энергии растений. В процессе ферментации сахар в растениях превращается в спирт. Спирт в жидком или газообразном виде можно сжигать, чтобы получить энергию. Топливо, получаемое из биомассы таким образом, называется биологическим.
Одно из сильнейших достоинств биомассы в том, что она получается из растений, которые легко возобновляются - их можно выращивать повторно. Потенциал использования биомассы очень велик. Так как на фабрике в качестве топлива используются те же водородные и углеродные элементы, биомасса может заменить нефть и стать тем, что называют общественными химикалиями. Эти вещества используются для производства многих товаров, таких как изделия из пластика, краски и клей. Однако сейчас биомасса является малоиспользуемым возобновляемым источником энергии.
Что такое биомасса?
Биомасса - очень широкий термин, которым называют любой вид растительных отходов. Сюда относят и древесные, и сельскохозяйственные отходы, а также некоторые виды зерновых, выращенных специально для использования в качестве биотоплива.
Тысячи лет назад кто-то специально положил дерево в огонь, чтобы получить тепло. Это было первое использование биотоплива. С тех пор дерево в качестве топлива использовалось очень долго. Жители многих стран до сих пор обогревают свои дома и готовят еду, сжигая дрова. Несмотря на общедоступность, дерево при сжигании в костре является относительно неэффективным топливом. При использовании в качестве биомассы дерево используется максимально эффективно.
| ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ |
Люди сжигают древесные и растительные отходы и получают энергию. Отходы поставляет промышленность: вырубка леса, строительство, производство бумаги, фермерские хозяйства, твердый мусор с городских свалок и метан – газ, вырабатываемый на свалках. Некоторые виды трав после ферментации также могут быть использованы в качестве биотоплива.
Как используется биотопливо?
Во всем мире биотопливо – преимущественно это продукты из древесины, сжигается вместе с углем на теплоэлектростанциях. Этот процесс называется попутным сжиганием, поскольку вместо одного вида топлива используется два. Попутное сжигание используется в различных видах угольных бойлеров. Чтобы получить максимум от использования биотоплива в конструкцию бойлеров, необходимо внести лишь небольшие изменения. Наиболее эффективный способ - добавлять биотопливо после распыления угля.
В 2005 году в странах Европейского союза 4% энергии получали, используя биотопливо. Лидерами в этом были Финляндия и Швеция: 16 и 20% энергии соответственно. Проекты по использованию биоотходов развиваются в Азии, чтобы заменить до сих пор широко используемое дерево Биотопливные проекты так же развиваются в Африке.
В 2002 году в США объем биоэнергии составлял 9733 мегаватта. Большинство видов биотоплива попутно сжигается вместе с углем для достижения базовой мощности - устойчивого электроснабжения (энергии, необходимой для обеспечения повышенного спроса во время пиковых нагрузок). Биоэнергия обеспечивает более 3% общего энергопотребления США. В США биотопливо превзошло гидроэлектростанции как возобновляемый источник энергии.
Очень часто биотопливо используется промышленностью, которая его и создает. К примеру, деревообрабатывающая промышленность сжигает собственные древесные отходы, чтобы получать пар и электроэнергию, необходимые для работы фабрики. К отходам относится древесные опилки, неиспользуемые ветки и щепки. Лесопромышленность получает более 50% необходимого ей электричества, используя собственные отходы. То же самое касается бумажной промышленности.
Другой вариант использования биомассы - получения биотоплива. Крахмал или сахаросодержащие злаковые превращаются в этиловый спирт: этанол. В Бразилии большая часть транспорта заправляется этанолом. Перевод транспорта на этанол начался в середине 1970-х, когда впервые повысились цены на бензин. Лидеры бразильской промышленности решили снизить зависимость страны от нефти. Этаноловая промышленность развивалась медленно, год за годом. В Бразилии выращивается сахарный тросник, он ферментируется и превращается в этанол. Бразильские автомобили должны быть универсальными, то есть работать и на этаноле, и на бензине. Потребители делали выбор сами, основываясь на цене топлива.
Вскоре опыт Бразилии стали перенимать другие страны. Производство этанола увеличивается в Китае и Европейском союзе. В США в 2004 году производилось 12,9 млрд. литров этанола, что почти в два раза больше показателя 2002 года. Производимый этанол добавляется в бензин для увеличения октанового числа и снижения выбросов. В США источником этанола является кукуруза. Злаковые дают меньше этанола, чем сахарный тростник или свекла, на земли выход этанола меньше в два раза.
Альтернативой кукурузе как источнику этанола в США может быть прутьевидное просо. Родина этого растения - Северная Америка, просо является более эффективным источником этанола, нежели кукуруза. Использование этого злака находится в стадии опробации.
В США для экспериментальной заправки городских автобусов используется смесь бензина и этанола, называемая E-дизельным топливом. По мере роста цен на бензин, этанол к автомобилям, работающим на этаноле продолжает увеличиваться.
Потребление биодизельного топлива так же растет и в Европе. Биодизельное топливо получается из растительного масла, прошедшего так называемую трансэфиризации. Животный жир и ресторанные отходы так же могут быть превращены в биотопливо. Это биотопливо в ближайшие дни может полностью заменить дизельного топливо или использоваться в виде смеси: 20% биотоплива и 80% дизельного. В 2005 году в Европейских странах произведено более 3 миллионов метрических тонн биотоплива. Самым крупным потребителем и производителем является Германия. В мире начинают появляться специальные программы по популяризации использования биотоплива.
Препятствия
У использования биомассы в качестве топлива есть свои преграды. Как и в случае с ископаемым топливом, сжигание вызывает образование CO 2 . Однако ископаемое топливо выделяет CO 2 миллионы лет, создавая избыток CO 2 в атмосфере. В противоположность CO 2 , выделяемый биомассой при сжигании, поглощается растениями. Биотопливо считается "углеродно-нейтральным".
В биологическом уравнении ископаемые виды топлива все еще играют ключевую роль. Они используются на всех этапах получения биомассы: выращивании растений, их сборе, доставке и обработке. Биомасса не станет углеродно-нейтральной до тех пор, пока на всех этапах не будет использоваться возобновляемое топливо. Когда это произойдет - загадка для всех. Пока биотопливо позволяет сократить выбросы CO 2 , так как в процессе использования биомассы в атмосферу выбрасывается меньше СО 2 .
По течению
В будущем биомассы могут заменить нефть, газ и уголь во многих областях. Правительства различных стран будут финансировать исследования в области развития биотоплива. Среди вещей, которые предстоит усовершенствовать, - фабрики по очистке биомассы. Такие фабрики будут принимать различные виды биотоплива и создавать постоянный запас для использования в различных областях промышленности. На одной из рафинадных фабрик в качестве основы для ферментации используются сахар в виде целлюлозы и лигнин из растений, в результате получается этанол. В качестве биотоплива может использоваться дерево и различные виды трав. На других рафинадных заводах для стандартизации биомассы используется термохимический подход, превращающий массу в более эффективные жидкость или газ.
Исследователи видят будущее биомассы в замене нефти, как источника многих химикатов, используемых в современном мире. Вещи из пластика, краски и клеи можно производить не из нефтепродуктов, а из биомассы.
