|
| |
|
Главная -> Экология
Геотермальное энергоснабжение. Переработка и вывоз строительного мусораВ Украине значительные запасы термальных вод есть на Закарпатье, в Крыму, Прикарпатье и других регионах. Эти запасы уже сегодня рентабельно использовать не только для теплоснабжения разнообразных потребителей, а и для производства электроэнергии. Существующие цены на энергоносители и перспективы их возрастания делают экономически выгодным строительство геотермальных электростанций в упомянутых регионах в ближайшее время. Геотермальная энергия с одним из перспективных возобновляемых источников энергии, ее давно и широко применяют Исландия, США, Новая Зеландия, Франция, Венгрия и много других стран. В г. Рейкьявик (Исландия) мощность геотермальной отопительной системы составляет 350 МВт и обслуживает свыше 100 тыс. жителей. Во Франции 70 геотермальных установок обеспечивают теплом 800 тыс. населения. В соседней Венгрии площадь геотермальных теплиц составляет 1,5 млн.м2. На эти и прочие потребности каждый год используется свыше 3О млн. Гкал геотермальной энергии. Одна из мощнейших в мире геотермальных электростанций (1400 МВт) помещается в районе Гейзерс (США). Геотермальные воды характеризуются многими факторами. В частности, по температуре они делятся на слаботермальные - до 40°С, высокотермальные - 60-100°С, перегретые - свыше 100°С. Они различаются и по минерализации, кислотности, газовому составу, давлению, глубине залегания. Простейшим и самым экономичным решением является непосредственное использование геотермальных вод потребителями: не надо устанавливать дополнительные теплообменники и экономится вода. Но этот способ можно применять лишь тогда, когда вода отвечает стандарту питьевой. Горячая вода с буровой скважины предварительно собирается в резервуар, из которого подается потребителям сетевыми насосами. Регулирование отпуска теплоты в системе отопления проводится изменением затрат воды с помощью регуляторов отопление. При температуре 50-70°С увеличивают площадь отопительных приборов. Отработанную воду при этой схеме можно спускать в окружающую среду без очищения: она отвечает санитарным нормам. Наиболее перспективным способом отбора глубинной теплоты является создание подземных циркуляционных систем с полным или частичным возвращением отработанной воды в продуктивные пласты. Эти системы предотвращают истощение запасов геотермальных вод, поддерживают гидравлическое равновесие в подземных пластах, предотвращают загрязнение окружающей среды в местах расположения геотермальных объектов. Для улучшения энергоснабжения в Крыму запланировано строительство геотермальных электростанций мощностью по 6 МВт - в западной части полуострова, где на глубине 4 км есть вода с температурой 250°С. Их общая мощность будет составлять свыше 100 Мвт. В Украине значительные запасы геотермальной энергии выявлены на Закарпатье. Прогнозируемый забор термальных вод здесь составляет 15 млн. м3 в год. Прогнозируемых водозабор термальных вод в Чопско-Мукачевской впадине (Ужгородский, Мукачевский, Иршавский, Виноградский и Береговский водозаборы) составляет 40,515 м3 в сутки, при эффективном теплоотборе 284*109 кКал в год, при температуре воды 32-41°С. Глубина залегания этих запасов - до 2 тыс.м. Наиболее исследованы запасы термальных вод в Береговском районе (на глубине до 1200-1500 м) и Ужгородском районе (до 2500м). На сегодня в г. Берегове используют две буровые скважины глубиной 800 и 970 метров с выходом 350 м3 минеральной воды с температурой +58°С. На Закарпатье есть уникальное место площадью 30 км; в районе с.Защелочи с изотермой сухих пород +200°С на глубине 4 тыс.м. Этих запасов хватает для работы небольших геотермальных электрических станций и тепличных агропромышленных комплексов. Еще в 70-тые годы Институтом Атомтеплоэлектропроект разработано технико-экономическое пояснение геотермальной электростанции мощностью до 10 Мвт на базе Залузской геотермальной площади с перспективой расширения энергетических мощностей. Стоимость 1 квт установленной мощности геотермальной электростанции составляет 800-900 долларов США, ведь ГеоТЄСс мощностью 10 Мвт, в эквиваленте национальной валюты, стоит до 10 млн. долларов. При сегодняшних ценах на энергоресурсы стоимость электроэнергии, выработанной на геотермальной электростанции, будет 1,2-1,5 раза ниже, чем на тепловой электростанции такой же мощности, которая работает на угле. При использовании тепловых отходов ГеоТЭС для теплоснабжения населенных пунктов, агропромышленных и промышленных потребителей рентабельность станции возрастает вдвое. Отработанная термальная вода закачивается назад в подземные горизонты, которые обеспечивает экологическую чистоту региона и стабильность технологического цикла. Значительно улучшить ситуацию с теплоснабжением потребителей разрешит использование потенциала даже слаботермальних вод (от +30°С и ниже), запасы которых во многих регионах страны довольно значительные. Слаботермальные воды дают хорошие перспективы для использования теплонасосных установок в производстве, коммунальном хозяйстве, быту. С углублением в землю температура грунта в средних широтах на глубине 3-5 м в течение года составляет 10-13°С и выше. Применение этого вида геотермальной энергии широко практикуется в странах Европы и США для отопления домов, производственных помещений, животноводческих ферм с помощью теплообменников и теплонасосних установок. Это дает возможность экономить до 50-70% теплоты, которая используется для создания оптимального температурного режима в помещениях. Для работы этой системы внешний воздух подается в воздухопроводы, расположенные на глубине 3 м, а потом в помещения. Зимой воздух под землей нагревается, а летом охлаждается. Такая система вентиляции была впервые смонтирована в 1977 г. в США для создания микроклимата в свинарнике площадью 7,2x15 м. Теплообменник состоит из 12 воздухопроводов длиной 3О м, углубленных на 3 м в землю возле свинарника. Вертикальные воздухозаборные участки поднимаются над поверхностью земли на 1,5 м. Горизонтальные воздухопроводы размещены вокруг центрального, вертикального, который входит в вентиляционную камеру свинарника. Горизонтальные воздухопроводы имеют наклон в сторону вертикальной камеры, где помещается приямок сбора конденсата. Зимой воздух в помещении нагревают до +25°С при температуре извне -28°С, а летом охлаждают до +14°С при температуре извне +35°С. В Австрии эксплуатируется геотермальная система, которая состоит из двух воздухозаборных вертикальных воздухопроводов и 20 подземных пластмассовых воздухопроводов длиной 35 м диаметром 200 мм каждый. Максимальная подача воздуха -10 000 м3/ч. На протяжении года температура в животноводческих помещениях поддерживалась на уровне +15-21°С. Такие геотермальные системы окупаются за 3-5 лет. В немецком г.Кохен реализован проект наибольшей в Европе тепловой помпы с подземными зондами, которая обеспечивает тепловой энергией 35 комнат в трех домах. Через зонды, углубленные в землю на 98 м, прокачивается холодная вода, которая нагревается до температуры грунта. Тепловые помпы позволяют повышать температуру воды до +50°С и возвращают полезной энергии втрое большее, чем израсходовано. По последним прогнозам, проведенным 1998 году Институтом технической теплофизики НАН Украины, ежесуточные эксплуатационные возможности семи геотермальных площадей Закарпатья составляют 239,4 тыс. м3 термальных вод температурой +60°С, что разрешает на их основе освоить насосным способом энергетические тепловые мощности 492,6 Мвт. В 1999 году началась эксплуатация первой на Закарпатье геотермальной установки для потребностей теплоснабжения санатория Косино объединение Закарпатагроздравница Береговского района. Геотермальное месторождение находится в 5 км от с.Косино. На территории санатория расположены два двухэтажных дома, шесть одноэтажных, теплосети от котельной, которая работает на твердом топливе. Буровые скважины глубиной от 900 до 1300 г, пробуренные в 1988 году, обеспечивают суточную добычу в объеме 7500м3 термальной воды температурой +32°С. Для потребностей теплоснабжения санатория применяется насосный способ добычи термальных вод, которая обеспечивает с помощью современных пластинчатых теплообменников общую тепловую мощность установки 1,2 Мвт. Для пикового нагревания воды теплосети используют водогрейный котел на жидком топливе. Эксплуатация данной энергетической установки обеспечивает экономию 143 т у.т. в год. Кроме этого пилотного проекта в области запланировано строительство перспективной геотермальной электростанции мощностью 1,6 МВт в с.Теребля Тячевского района. Показатели эффективности геотермальных установок преобладают топливные и атомные, и за имеющихся тарифов на тепло - и электроэнергию такие установки в ближайшее время могут развиваться за счет самофинансирования. Полностью освоеной является технология геотермального теплоснабжения населенных пунктов, сельскохозяйственных объектов и небольших предприятий. Промышленное развитие геотермальной электроэнергетики и подземного аккумулирования планируется после 2005 года. В подготовительный период по указанным направлениям могут быть созданы демонстрационные установки: комбинированная геотермально-топливная электростанция в Закарпатской области возле с.Русские Букашке, система теплоснабжения с подземным аккумулятором теплоты 75-квартирного жилого дома в г.Ялте, система геотермального отопления теплиц в Черниговской области. Запланированные для сооружения геотермальные установки являются коммерчески эффективными, поэтому для их строительства могут привлекаться средство как государственных, так и частных инвесторов. Внедрение намеченных мероприятий обеспечит на 2010 год экономию топливно-энергетических ресурсов в объеме 6,9 млн т у.т.
Геотермальные энергоресурсы, как и другие виды возобновляемых источников энергии, дают возможность удовлетворить практически любого потребителя по потенциалу и качеству энергии. Тем не менее, в экономическом отношении лишь в области производства электроэнергии и обеспечения потребностей в теплоте среднего и низкого потенциалов они могут конкурировать с невозобновляемыми энергоресурсами. В перспективе предполагается широко использовать геотермальные ресурсы для добычи редкоземельных металлов и газов, изготовления биомассы для сельского хозяйства, термической обработки нефтяных горизонтов и т.п. Область применения и эффективность использования геотермальных энергоресурсов того или иного месторождения зависят от их энергетического потенциала, общего запаса и дебита буровых скважин, химического состава, минерализации и агрессивности вод, наличия потребителя и его отдаленности, температурного и гидравлического режимов буровых скважин, глубины залегания водоносных пластов и их характеристики, а также от ряда других факторов. Поэтому эксплуатация геотермальных источников должна базироваться на предшествующем геологическом исследовании, во избежание значительного финансового риска при условии дальнейших капитальных затрат. Для того, чтобы определить, имеет ли определенная местность потенциал снабжения геотермальной теплотой для промышленных и бытовых потребностей, необходим предварительный поиск, который является рискованным, но необходимым. Эта особенность - одно из главных отличий геотермальной энергии от других возобновляемых источников энергии. В наше время геотермальная энергия используется в двух основных направлениях - теплоснабжение и получение электрической энергии. Разработан ряд технологий и эффективное оборудование для получения как в отдельности тепловой и электрической энергии, так и для их комбинированного производства. На сегодняшний день наиболее распространено использование термальной воды для отопления и горячего водоснабжения, а также использование пароводяных смесей для производства электроэнергии. Широкое применение теплоты Земли ограничено рядом трудностей, среди которых наиболее важным является малый удельный тепловой поток (глубинный тепловой поток, отнесенный к единице поверхности Земли за единицу времени). Для использования геотермального потока необходимо разработать методы и способы его концентрации, а также передачи к местам применения. Проблематической является унификация технологических схем и оборудования геоТЭС, поскольку каждое геотермальное месторождение отличается от других своими уникальными характеристиками - геологическими свойствами, тепловым потенциалом, химическим составом и т.п. В данное время при добыче термальной воды используется в основному фонтанный метод. Разработаны новые технологии, в процессе которых отработанная вода, которая имеет большая степень минерализации, закачивается назад, однако переход на эти технологии далеко не всегда осуществимый. При внедрении интенсивного метода разработки с поддержкой теплового давления открываются принципиально новые возможности использования термальных вод для теплоэнергетических целей. Сравнение разных способов разработки месторождений (по величине коэффициента изъятия) показывает эффективность этого метода. Его внедрение связано с освоением технологии создания подземных циркуляционных систем Для этого необходимо решать ряд вопросов - создание зон повышенного проникновения, изучение процессов фильтрации и теплопереноса. Перспективной является технология использования энергии сухих горячих скальных пород, которая основана на бурении параллельных буровых скважин, создании между ними (методом гидроразрыва) трещин с последующей подачей через образованную систему холодной воды для получения пара или пароводяной смеси. В Российской Федерации разрабатываются комбинированные схемы использования геотермальных источников как теплоносителя для подогрева воды на тепловых электростанциях, которые обеспечивает довольно заметную экономию органического топлива и увеличивает КПД преобразование низкопотенциальной энергии. Такие комбинированные схемы разрешают использовать для производства электроэнергии теплоносители с начальными температурами 70...80 °С, что значительно ниже принятых теперь (150 °С і выше). В политехническом институте Санкт-Петербурга созданы гидропаровые турбины, использование которых на геоТЭС разрешит увеличивать полезную мощность двухконтурных систем (второй контур - водный пар) в диапазоне температур 20...200 °С в среднем на 22 %. Значительно повышается эффективность применения термальных вод при их комплексном использовании. При этом в разных технологических процессах можно достичь наиболее полной реализации теплового потенциала воды, в том числе и остаточного, а также получить ценные компоненты воды (йод, бром, литий, цезий, кухонная соль, глауберова соль, борная кислота и много других) для их промышленного использования. Технико-экономический анализ показывает, что при современной технологии изъятия внутриземного тепла экономически обоснованными являются системы с глубиной буровой скважины до 3 км. Тепловой потенциал 90 % геотермальных вод на данной глубине не превышает 100 °С. При этом преобладающим является геотермальное теплоснабжение, в результате применения которого замена органического топлива больше, чем при производстве электроэнергии. Геотермальные электростанции имеют ряд особенностей: наличие постоянного излишка энергоресурсов, который обеспечивает использование полной установленной мощности оборудования ГеоТЭС; довольно простая автоматизация; следствия возможных аварий ограничиваются территорией станции; удельные капиталовложения и себестоимость электроэнергии ниже, чем в энергосистемах на основе других возобновляемых источников энергии. ГеоТЭС можно разделить на три основных типа: станции, которые работают на месторождениях сухого пара; станции с сепаратором, которые работают на месторождениях горячей воды под давлением (иногда с насосом на дне буровой скважины для обеспечения необходимого объема энергоносителя, который поступает); станции с бинарным циклом, в которых геотермальная теплота передается к вторичной жидкости (например фреон или изобутан) и происходит классический цикл Ренкина (такие геоТЭС работают на месторождениях сильно минерализированой горячей воды). Принципиальная схема геотермальной электростанции с паровой турбиной приведена на рисунке 1, при этом используется резервуар сухого пара, которая с буровых скважин подается в турбину для изготовления электроэнергии.Рис. 1 На станциях второго типа используются геотермальные воды с температурой, выше 190°С. Вода, которая естественным образом поднимается вверх по буровой скважине, подается в сепаратор, где часть ее кипит и превращается в пар, которыйиспользуется для получения электроэнергии. Строение электростанций с бинарным циклом основано на двух запертых циклах - один для геотермальной воды, второй - для рабочей жидкости или газа с низкой температурой кипения. Рабочая жидкость, нагретая геотермальной водой, превращается в пар, которая поступает в теплообменник и используется для вращения турбины. Поскольку оба контура запертые, нет практически никаких выбросов, что делает систему экологически чистой. Рабочая жидкость испаряется при более низкой температуре, чем вода, поэтому бинарные станции работают при значительно низших температурах, чем другие типы геотермальных станций (100 - 190°С). А поскольку источники геотермальной воды с температурой ниже 190°С наиболее распространенные, то в будущем этот тип станций будет иметь преимущество. Геотермальные воды, которые используются для теплоснабжения, можно условно поделить на 3 группы: воды, которые могут непосредственно использоваться потребителем и подогреваться без любых отрицательных последствий, то есть воды наиболее высокого качества; воды, которые могут непосредственно использоваться потребителями для отопления, но не могут подлежать подогреву из-за своих агрессивных свойств; воды повышенной минерализации и агрессивности, которые невозможно использовать непосредственно. Рис. 2. Схема системы геотермального теплоснабжения 1 - подземный коллектор; 2 - буровая скважина; 3 - газошламоотделитель; 4 - нагнетательный насос; 5 - нагнетательная буровая скважина; 6 - теплообменник отопительной системы; 7 - насос отопительной системы; 8 - теплообменник системы горячего водоснабжения; 9 - отопительная система; 10 - система горячего водоснабжения; 11 - источник воды для горячего водоснабжения; 12 - система утилизации газов и шламов. Схема системы геотермального теплоснабжения, разработанная Институтом механической теплофизики НАН Украины и представленная на рис.2, имеет следующие показатели: тепловая мощность модуля 5 МВт; в частности теплоснабжение 3 МВт; горячее водоснабжение 2 МВт; температура на выходе буровой скважины 60-80°С; температура воды в отопительной системе 55-75°С; температура воды горячего водоснабжения 50°С; давление воды буровой скважины не менее 1,5 Мпа; габаритные размеры здания - 6,5x15x6 м. Геотермальные электростанции по сравнению с тепловыми станциями на ископаемом топливе выбрасывают очень мало серы и совсем не выбрасывают оксидов азота. Под геотермальные установки нужны совсем небольшие участки земли, намного меньшие, чем под энергетические установки других типов, их можно устанавливать практически на любых землях, в частности и на сельскохозяйственных угодьях. И вдобавок бурение геотермальных буровых скважин намного меньшее влияет на окружающую среду, чем разработка любых других источников энергии. Ландшафт вокруг геотермальной установки не портят ни шахты, ни туннели, ни груды отходов. Технология безопасного использования геотермальных вод высокоразвитая и надежно проверенная временами. Сточную воду от электростанции подают обратно в резервуар, который разрешает сохранить в нем давление, под действием которого горячая вода подается из производственной буровой скважины. Технологическая геотермальная вода постоянно изолирована от подземных вод трубопроводом, вмонтированным в буровую скважину. На современных геотермальных станциях выбросы СО2 на 1 МВт·ч выработанной энергии минимальные или их нет вообще. Типичная геотермальная станция вырабатывает около 0,45 кг СО2 на 1 МВт·ч, электростанция на природном газе - 464 кг, электростанция на нефти - 720 кг, а угольная - 819 кг. Тем не менее активное промышленное освоение геотермальных источников энергии может давать и некоторый отрицательный эффект. Геотермальная вода содержит много примесей, которые в небольшом количестве не является угрозой (соли разных металлов, сероводород), а также вредные вещества (мышьяк, бор). Кроме того, выделяются углекислый газ, метан, аммиак, который тоже необходимо учитывать. Кроме того, выход на поверхность значительных объемов воды может ухудшать состояние грунтов и грунтовых вод в зоне эксплуатации (заболоченность и засол).
Как. Проблемы развития энергетики мос. Ділова спільнота вітає відновлен. Сша профинансируют энергонезавис. Проблемы создания опытного метан. Главная -> Экология 
|