Современное состояние и особенности производства электроэнергии на геотермальных электростанциях

Московский  Энергетический Институт

(Технический  Университет).

Каф. Электрических станций. 

Реферат по курсу

«Производство электроэнергии»

на тему:

Современное состояние и особенности производства электроэнергии на геотермальных электростанциях.

Студент:

Группа:

Преподаватель:

Москва, 2011

Содержание:

Понятие геотермальной  энергии…………………………………………3

Геотермальные ресурсы…………………………………………………..4

История развития отрасли. …………………………..…………………..6

Возможности использования  энергии Земли. …………………………..7

Принцип работы геотермальных электростанций. …………………….8

Современное состояние развития геотермальной  энергетики. ………10

Крупнейшие ГеоЭС  мира. …………………………..…………………..14

Основные достоинства и недостатки геотермальной энергии. ………16

Современные решения  для развития отрасли. …………………………19

Перспективы развития геотермальной энергетики. ……………………21

Влияние на окружающую среду. …………………………..……………22

Экономическая эффективность ГеоЭС. ………………………………..23

Заключение. …………………………..………………………………….24

Список использованной литературы……………………………………25 
 

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы. 

Понятие геотермальной энергии.

Геотермальной энергией называется тепло Земли, которым  она обладает вследствие вулканической  деятельности, радиоактивного распада, тектонических сдвигов и наличия  участков магмы в земной коре. Геотермальная энергия считается возобновляемым источником энергии, так как запасы его, фактически, безграничны. Количество тепла, непрерывно протекающего через Земную кору эквивалентно мощности порядка 42 ТВт и, как ожидается, будет оставаться такой в течении миллиардов лет, обеспечивая неиссякаемый источник энергии [1].

Из всего тепла, содержащегося  в Земле, 2% находится в земной коре, а остальные 98% - в мантии и  ядре.

По различным  подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6650°C, а скорость остывания равна примерно 300-350 °C в миллиард лет. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое находится слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. 

Геотермальные ресурсы.

Тепло из земного  ядра непрерывно вытекает наружу. Иногда оно выходит на поверхность в  виде лавы, но чаще всего остается ниже земной коры нагревает земные породы и воду до температуры, достигающей 700 °C. Нагретая вода может скапливаться в пористых породах, находящихся под слоем скал. Иногда эта вода вырывается на поверхность в виде гейзеров, но чаще остается под землёй. Такой сбор вода называется геотермальным резервуаром.

Источники геотермальной энергии по классификации Международного энергетического агентства делятся на 5 типов. 

1. Месторождения геотермального сухого пара. Они сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки. Тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников. 
2. Источники влажного пара (смеси горячей воды и пара). Они встречаются чаще. При их освоении приходится решать вопросы предотвращения коррозии оборудования ГеоТЭС и загрязнения окружающей среды (удаление конденсата из-за высокой степени его засоленности). 
3. Месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду). Они представляют собой так называемые геотермальные резервуары, которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой. 
4. Сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более). Их запасы энергии наиболее велики. 
5. Магма, представляющая собой нагретые до 1300 °С расплавленные горные породы. 

Геотермальные ресурсы - это тепловая энергия твердой, жидкой и газообразной фаз земной коры, которая может быть эффективно извлечена и использована. Опыт, накопленный различными странами и Россией, относится в основном к использованию природного пара и термальных вод (парогидротерм), которые остаются пока наиболее реальной базой геотермальной энергетики. Однако ее крупномасштабное развитие в будущем возможно лишь при освоении петрогеотермальных ресурсов, т. е. тепловой энергии горячих горных пород, температура которых на глубине 3 -5 км обычно превышает 100 °С. 

Общий выход тепла из недр Земли на ее поверхность втрое повышает современную  мощность энергоустановок мира. При  этом средняя плотность глубинного теплового потока составляет всего 0,06 Вт/м2, что примерно в 3500 раз меньше средней плотности солнечного излучения. Тепло Земли очень "рассеянно", и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии, накопленная в 5-километровом слое земной коры. К тому же, с технической и экономической точек зрения земное тепло можно осваивать только в нескольких регионах с благоприятными геологическими условиями. 

История развития отрасли.

    Первая экспериментальная установка было построена в 1904 году итальянцем Джинори Конти. Через девять лет была запущена первая промышленная электростанция мощностью 250 кВт и геотермальная энергетика в Италии начала развиваться быстрыми темпами. С 1916 г. в стране началось организованное производство установок.

    В России ещё в 1910 году была учреждена Геотермическая комиссия при Русском географическом обществе. Но несмотря на эти всплески научной активности, настоящий старт российской геотермальной энергетики приходится уже на советское время. В 1948 году Александр Гавронский, работавший Петропавловском институте вулканологии, обосновал реальность работы геотермальной станции мощность в пять мегаватт.

    В 1958 году в Новой Зеландии учёные смогли создать установку с мощностью в десять мегаватт.В следующем году появились первая мексиканская (под названием Пат) и американская станции (в городе Гейзерс).

  В СССР изучением возможностей геотермальной энергетики занимались шестьдесят три научных института и вуза. До 1991 года было пробурено и исследовано около четырёх тысяч скважин. Наиболее перспективными районами для проведения были признаны Камчатка, Чукотка, Курильские острова, Калининградская область.

  В 1965 году было сделано очень важное открытие. Самсону Кутателадзе и Лев  Розенфельд создали новую технологию получения геотермальной электроэнергии – бинарный цикл.Через год, в 1966 году начала работу первая советская геотермальная электростанция на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность — 11 МВт. 

Возможности использования энергии Земли.

Геотермальное тепло можно утилизировать либо "непосредственно", либо преобразовывать  его в электричество, если температура теплоносителя достигает более 150 °С. Напрямую геотермальное тепло в зависимости от температуры может использоваться для отопления зданий, теплиц, бассейнов, сушки сельскохозяйственных и рыбопродуктов, выпаривания растворов, выращивания рыбы, грибов и т.д. 

В последние годы во многих странах  стали применять геотермальные тепловые насосы (GHP’s), в которых используется низкопотенциальная тепловая энергия с температурой 4 - 6 градусов °С и выше. Они используют воду отнсительно постоянной температуры с глубины 10-300 футов. В GHP циркулирует вода или другая жидкость по замкнутой системе труб, расположенной под землей. Она может проходить под благоустроенными территориями, парковками или в любом месте, не занятом зданиями. Общества охраны окружающей среды считают этот способ самой эффективной из доступных системой отопления и охлаждения.

Для теплоснабжения система тянет тепло  из Земли и распределяет по традиционной системе труб. Для охлаждения процесс  обратный – система забирает тепло из здания и возвращает обратно в Землю. С помощью тепловых насосов потребление электроэнергии снижается на 30-60% по сравнению с традиционной системой отопления, так как энергия потребляется только на добычу и доставку тепла, а не на его выработку. В качестве источника такой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло). 

Принцип работы геотермальных  электростанций.

В настоящее время существует 4 типа геотермальных электростанций: прямая с использованием сухого пара (dry steam power plants), непрямая с использованием водяного пара (flash power plants), использующая бинарный цикл (binary power plants) и смешанная, соединяющая в себе бинарную и непрямую электростанции. Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. 

Геотермальные электростанции, работающие на сухом  пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном пару. Пар поступает непосредственно в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке и хранении топлива). Это старейшие геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с  бинарным циклом производства электроэнергии.

Последние достижения в области геотермальной технологии сделали возможным экономическое производство электроэнергии из геотермальных ресурсов ниже, чем 150 ° C. Такие станции помогают снизить до нуля и без того низкий уровень выбросов от геотермальной электростанции. Принцип работы бинарных электростанций основан на цикле Ренкина. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

Электростанции  смешанного типа.

В данном типе, вода сначала проходит цикл электростанции на влажном пару, а затем, охлажденная, переходит в бинарный цикл.

Таким образом, используются преимущества обоих  типов электростанций.

Современное состояние развития геотермальной энергетики.

Сегодня уже в 80 стран мира в той или  иной степени используется геотермальное тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла уровня строительства теплиц, бассейнов, использования в лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются в десяти странах. По данными отчёта Ассоциации Геотермальной Энергетики (GEA) за 2007 год, в мире к тому моменту насчитывалось 24 страны – производителей геотермальной энергии. К 2010 году ожидалось увеличение их числа до 46. Установленная мощность геотермальных электростанций возросла с 678 МВт, в 1970 г. до 8000 МВт в 2000 г. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт. В этом направлении лидируют такие страны как: США, Филиппины, Италия, Мексика, Индонезия (см. табл.1). Исландия практически полностью обеспечивает себя электрической и тепловой энергией за счет своей геотермальной и гидроэнергии.