Геотермальные электростанции в России принцип работы, основные преимущества и недостатки работы в использование

Вид на Мутновскую электростанцию и окружающие горы

Устройство геотермальных электростанций[править | править код]

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

• Прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами;
• Непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;
• Смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.
• Бинарная схема: в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения. Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемой для вращения турбины. Такая схема используется, например, на геотермальной электростанции Ландау[de] в Германии, где в качестве рабочего тела применяется изопентан.

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.

История[править | править код]

В 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора пара из естественных геотермальных источников.В 20-м веке спрос на электроэнергию привёл к появлению проектов создания электростанций, использующих внутреннее тепло Земли. Человеком, который провёл испытания первого геотермального генератора, был Пьеро Джинори Конти. Это произошло 4 июля 1904 года в итальянском городе Лардерелло. Генератор смог успешно зажечь четыре электрических лампочки.[3] Позже, в 1911 году, была построена первая в мире геотермальная электростанция в том же населённом пункте, она работает до сих пор. В 1920-х годах экспериментальные генераторы были построены в Беппу (Япония) и калифорнийских гейзерах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года.

В 1958 году, когда была введена в эксплуатацию электростанция Вайракей, Новая Зеландия стала вторым крупным промышленным производителем геотермальной электроэнергии. Вайракей была первой станцией непрямого типа.[4] В 1960 году «Pacific Gas and Electric» начала эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США на гейзерах в Калифорнии.[5] [6]Первая геотермальная электростанция бинарного типа была впервые продемонстрирована в 1967 году в Советском Союзе, а затем представлена в США в 1981 году,[5] после энергетического кризиса 1970-х годов и значительных изменений в политике регулирования. Эта технология позволяет использовать гораздо более низкую температуру для производства электроэнергии, чем ранее. В 2006 году в Чина-Хот-Спрингс, штат Аляска, заработала станция бинарного цикла, производящая электричество с рекордно низкой температурой жидкости 57 °C.[7]До недавнего времени геотермальные электростанции строились исключительно там, где вблизи поверхности имелись высокотемпературные геотермальные источники. Появление электростанций с бинарным циклом и совершенствование технологии бурения и добычи могут способствовать появлению геотермальных электростанций в значительно большем географическом диапазоне. Демонстрационные электростанции находятся в германском городе Ландау-ин-дер-Пфальц и французском городе Сульц-су-Форе, в то время как ранее работы в Базеле, Швейцария, были закрыты после того, как это вызвало землетрясения. Другие демонстрационные проекты находятся в стадии разработки в Австралии, Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах Америки.[8]

Тепловой КПД геотермальных электростанций невысок — около 7–10%,[9] поскольку геотермальные жидкости имеют более низкую температуру, чем пар из котлов. По законам термодинамики эта низкая температура ограничивает эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии при выработке электроэнергии. Отработанное тепло тратится впустую, если только его нельзя использовать непосредственно, например, в теплицах или централизованном отоплении. Эффективность системы не влияет на эксплуатационные расходы, как это было бы для угольной или другой станции ископаемого топлива, но это фактор жизнеспособности станции. Для производства большего количества энергии, чем потребляют насосы, для выработки электроэнергии требуются высокотемпературные геотермальные источники и специализированные тепловые циклы. Поскольку геотермальная энергия постоянна во времени, в отличие, например, от энергии ветра или Солнца, ее коэффициент мощности может быть довольно большим — до 96%.

Общее описание

Состоит Мутновская станция из трех очередей энергоблоков. Основными на этом объекте, как и на любом другом подобном, являются зоны:

• парогенерирующие;

• паротурбинные.

Первые при этом включают в себя:

• геотермальные скважины;

• сепараторы первой ступени, удаленные до 1 км от скважин.

Конструкция паротурбинных частей состоит из следующих элементов:

• сепараторов второй ступени;

• мощных паровых турбин, оснащенных конденсатором и градирней.

Все сооружения станции связаны между собой в единый комплекс. Отдельно на Мутновской ГеоЭС построены только противопожарное хозяйство и склад горюче-смазочных материалов. Особенностью этого объекта является также то, что он полностью автоматизирован.

По площадке станции под землей проходит труба с горячим паром. Таким образом работники Мутновской решили проблему очистки ее территории. Снег, как и везде на полуострове Камчатка, в районе расположения станции идет очень часто. И если от него не избавляться, он может стать большим препятствием для работы ГеоЭС.

Оборудование, используемое на этой станции, способно выдерживать землетрясения силой до 7 баллов. При 8 баллах все установки этого объекта отключаются, но продолжают оставаться в режиме готовности. Имеют очень прочную конструкцию и сами здания ГеоЭС. Рассчитаны они на землетрясения силой до 9 баллов.

В России[править | править код]

В СССР первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность — 12 МВт.

На Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт (на 2004 год).

10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию первая очередь Мутновской ГеоЭС, установленная мощность на 2007 год — 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт, выработка в 2007 году — 360,687 млн кВт·ч. Станция полностью автоматизирована.

2002 год — введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс «Менделеевская ГеоТЭС» мощностью 3,6 МВт в составе энергомодуля «Туман-2А» и станционной инфраструктуры.

2007 год — ввод в эксплуатацию Океанской ГеоТЭС, расположенной у подножия вулкана Баранского на острове Итуруп в Сахалинской области, мощностью 2,5 МВт. Название этой электростанции связано с непосредственной близостью к Тихому океану. В 2013 г. на станции произошла авария, в 2015 г. станция была окончательно закрыта[10].

Название ГеоЭС	Установленная мощность на конец 2010 года, МВт	Выработка в 2010 году, млн кВт⋅ч	Год ввода первого блока	Год ввода послед­него блока	Собственник	Место расположения
Мутновская	50,0	360,7 (2007 год)	2003	2003	ПАО «Камчатскэнерго»	Камчатский край
Паужетская	12,0	42,544	1966	2006	ПАО «Камчатскэнерго»	Камчатский край
Верхне-Мутновская	12,0	63,01 (2006 год)	1999	2000	ПАО «Камчатскэнерго»	Камчатский край
Менделеевская	3,6	?	2002	2007	ЗАО «Энергия Южно-Курильская»	о. Кунашир
Сумма	77,6	>466,3

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

К достоинствам ГеоЭС можно отнести:

1. Работает без привозного топлива.
2. Эксплуатационные расходы укладываются в плановые расходы по замене комплектующих.
3. На технологические нужды не требуется дополнительной энергии.
4. Можно одновременно производить пресную воду из морской воды, если станция находится на морском побережье.
5. Относятся к экологически благополучным. Не выбрасывают в атмосферу продукты сгорания топлива. Мутновская ГеоЭС на фотографиях – это чистые корпуса с белым паром из труб.

Недостатки ГеоЭС:

1. Довольно высокий уровень шума, неудобный для жителей домов, расположенных вблизи.
2. Затраты на сооружение самой станции довольно высокие, что не может не сказаться на конечной цене энергии.
3. Сложно дать прогноз, какая фракция пойдет из скважины на большой глубине: вода, нефть либо ядовитый газ.
4. Затруднения с выбором строительной площадки для ГеоЭС. Нужны грамотные гидрогеологические, геолого-разведочные испытания, иначе не избежать провалов грунта.

См. также[править | править код]

• Геотермальная энергетика
• Список геотермальных электростанций России

В чем основные преимущества и недостатки геотермальной энергетики

Такой способ получения энергии обладает рядом очевидных достоинств.

1. ГеоЭС не нуждаются в топливе, запасы которого ограничены.
2. Все расходы на эксплуатацию сводятся к расходам на регламентированные работы по плановой замене комплектующих деталей.
3. Не требуют дополнительной энергии для технологических нужд. Дополнительное оборудование заитывается от добываемых ресурсов.
4. Возможно попутно производить опреснение морской воды (Если станция расположена на морском побережье)
5. Условно считаются экологически чистыми. Потому что основная я масса недостатков привязана к вопросам экологичности объектов.

Внимательно посмотрев на фотографии Мутновской гидротермальной станции, вы будете удивлены. Никакой грязи и копоти, аккуратные чистенькие корпуса с клубами белого пара. Но не все так чудесно. Есть у геотермальных электростанций свои недостатки.

1. При расположении вблизи населенных пунктов жителей беспокоит производимый предприятием шум.
2. Постройка самой станции обходится дорого. А это сказывается на стоимости конечного продукта.
3. Сложно заранее предугадать, что пойдет из скважины на глубоких слоях: минеральная вода (не обязательно целебная), нефть или токсичный газ. А это уже вопросы безопасности населения. Конечно, здорово, если геологи наткнутся при бурении на пласт полезных ископаемых. Но это открытие может полностью поменять образ жизни населения. Поэтому местные власти неохотно дают разрешения даже на проведение изыскательских работ.
4. Возникают трудности с выбором места для будущей ГеоЭС. Ведь если источник тепла потеряет со временем свой энергетический потенциал, деньги будут потрачены впустую. Кроме того в районе станции возможны провалы грунта.

См. также

• Геотермальная энергетика

Примечания[править | править код]

Ссылки

• Сайт ОАО «Геотерм»
• Горячая Камчатка, Новая газета / 2008-07-08 / Михаил Подвигин

Литература[править | править код]

• Владимир Сидорович. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир. — М.: Альпина Паблишер, 2015. — 208 с. — ISBN 978-5-9614-5249-5.