Геотермальные ТЭС

экономической необходимости продолжения экспорта этих энергоресурсов;
уменьшение ресурсов угля при ухудшении его качества и повышения затрат на добычу;
неопределенность перспектив развития ядерной энергетики;
сокращение вывоза энергетических ресурсов;
ужесточение экологических требований.

эффективность применения маломощ- ных систем геотермального теплоснабжения;
безопасность эксплуатации и максимальная автомати- зированность геотермальных энергоустановок;
экологическая чистота получения геотермальных энергоносителей;

;

Пласт - форма залегания горных пород, ограниченная двумя более или менее параллельными плоскостями и имеющая значительную протяженность в длину.

температура пласта - от 27 до 69 гр.С ( среднее
значение 47 гр. С);

глубина залегания - от 1064 до 2314 м (средняя 1687 м);

мощность пласта-коллектора - от 25 до 68 м (средняя 40 м)

проницаемость - от 0,08 до 3,0 мкм^2 (средняя 0,93).

Проницаемость - способность горных пород пропускать через
себя жидкости и газы.

нагнета- тельные скважины) ;
Расположенные на поверхности соо- ру жения, предназначенные для до- грева или термотрансформации теп- лоносителя (теплотрассы-нагнетатель- ные насосы, теплообменники, фильт- ры, системы водоподготовки и подпит- ки).

- 10 млн.$ (по курсу 1994);
при годовой экономии топлива - порядка 3,8 - 4 тыс. т у.т./год количество топлива, необхо- димое для производства электроэнергии, расходуемой СГТ на собственные нужды : 1,7 - 4,1 тыс. т у.т./год;
удельный расход электроэнергии на собствен- ные нужды СГТ : Есгт = 82 - 137 кВт*ч/ГДж;
удельный расход электроэнергии на собственные нужды ГЦС : от 10 до 45 кВт*ч/ГДж (в 4,5 раза).

АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СГТ

обл.
Среднекембрийский : - Ярославская обл. - Тверская обл. - Ивановская обл.

энергетический кризис и критичес- кая экологическая ситуация настоя- тельно диктует необходимость осво- ения геотермальных ресурсов в цент- ральных областях России;
геотермальные месторождения могут успешно разрабатываться при условии применения термотрансформаторов;
геотермальные ресурсы этого региона ( в топливном эквиваленте ) оценива- ются примерно в 44 млрд. т у.т. при удельной плотности их размещения от 25 до 200тыс.т/кв.км;

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ РОССИИ

по технико-экономическим показате-
лям СГТ сопоставимы с альтернатив-
ными котельными на природном газе.

эжектор; 7 - конденсатор эжектора
смешивающего типа;8,12-циркуляционные насосы;9-турбогенера-
тор;10-конденсатор турбины смешивающего типа;11-градирня;
13-скважина захоронения.

Рис.1

дой), содержащий се- роводород, направля- ется в сепаратор.После сепаратора пар посту- пает в турбину, а отсе- парированная вода - в атмосферный рашири- тель и далее в скважи- ну захоронения.

ВАЖНО!

Загрязнение атмосферы
Н2S происходит через :
- расширитель;
- эжектор;
- градирни.

установка каталити ческой очистки газа; 8-эжектор;
9-конденсатор эжектора поверхностного типа; 10-турбо-
генератор; 11-градирня; 12-конденсатор турбинысме-
шивающего типа;14-скважена захоронения.

Рис. 2

Рис.1

в нем ниже атм. В расширитель подается охлажденная вода. Газы из расширителя, так же и H2S, направляются в установку каталитического окисления H2S. Конденсатор эжектора принят поверхностного ти- па, в результате чего иск- лючается растворение H2S в охлаждающей воде.

устройство; 11-воздушный конденсатор;12-па-
роструйный эжектор; 13-регулятор уровня в конденсатосборнике; 14-питатель-
ный насос;15-регулятор уровня в конденсатосборнике;16-скважина захоронения;
17 - насос закачки; 18-конденсатосборник 1-контура; 19-клапан сброса газов;
I-теплоноситель I контура;II-конденсат; III-пар;I\/-паровоздушная смесь;\/-воздух.

ДВУХКОНТУРНАЯ ГеоТЭС

Рис. 4

энергетического оборудования
от коррозионно-эрозионного износа;

- защиту от солеотложений;

кон- денсатосборник направля- ются в скважину захороне- ния, а нерастворившиеся в атмосферу. В ПГ выраба- тывается пар 2-го (чистого)
контура, который, отрабо- тав в турбине, конденсиру- ется и охлаждается в воздушном конденсаторе.

Конденсат 2-го контура пос-
тупает в экономайзер, подо-
гревается до необходимой tt
и возвращается в ПГ.

необходимость в узле приготовления воды для подпитки 2-го контура;

- неизбежность применения сухих систем охлаж-
дения (воздушных конденсаторов или воздуш-
ных градирен).

эксплуатации :
- параметрами геотермальных скважин ;
- характеристиками природного теплоносителя;
- экологическими требованиями к установкам.

ВЫВОД

энергоустановок : 1. Разработка турбоагрегатов электрической мощностью 500 - 2500 кВт с выхлопом пара в атмосферу (переменный ток, напряжение 400 В) для обеспечения стройдворов, привода электри- ческих буровых установок взамен на дизель-генераторы. Достоинства : - 100 % - ная заводская готовность; - возможность доставки ж/д транспортом; - полная автономность; - 90 % - ное регулирование мощности. Недостаток : - большой расход пара ( 5,6 кг/с на 1МВт электрической мощности ).

ток, напряжение 6,3 кВ ) с противодавленчес- кими и конденсационными турбинами. Проектируются для использования на островах, в небольших городах и поселках. В связи с отсутствием охлаждающей воды и повышенными требованиями по защите окружающей среды в установках с конденсационными турбинами используют воздушные конденсаторы. Для повышения экономичности турбоагрегатов рассматривается создание турбины с промежуточным вводом пара низкого давле- ния. К месту эксплуатации геотермальные энергоуста- новки предусматривается поставлять в виде трех-четырех транспортабельных модулей полной заводской готовности.

МВт, для работы в базовом режиме. Наиболее продвинутые разработки :
одноконтурная станция электрической мощностью 20 МВт со смесительным конденсатором и мокрой градир- ней ; предусматривается закачка отсепарированной воды в скважины захоронения;
одноконтурная экологически чистая станция мощностью 20 МВт с воздушным конденсатором и сисемой закачки отсепарированной воды (после предварительного раст- ворения в ней сероводорода) в скважины захоронения ;
двухконтурная экологически чистая станция мощностью 6 МВт с воздушным конденсатором ; в качестве теплоно- сителя второго контура используется вода, отработав- ший теплоноситель также направляется в скв. зах.

схемы с системой оборот- ного водоснабжения на базе мокрой градирни, большой опыт практического применения данной схемы и мини- мальные капитальные вложения являются основными факторами, предопределяющими выбор станций такого типа.
Недостатки : - выброс в атмосферу большого колличества влаги ( око- ло 36 кг/с на 20 МВт электрической мощности ), содер- жащий мышьяк, бор и другие элементы, и обусловлен- ное этим уменьшение объемов закачиваемой в пласт земли жидкой фазы отработавшего теплоносителя ; - занос телообменного оборудования серой, вследствии чего приходится ( через каждые 6 мес ) производить очитстку оборудования оборотной системы (смеситель- ного конденсатора, градирни).

конденсатор; 7-конденсатный насос;
8-механический компрессор; 9-раствори-
тель агрессивных газов; 10-насос закачки;
11-эжектор; 12-скважина захоронения.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С ВОЗДУШНЫМИ КОНДЕНСАТОРАМИ

Для обеспечения надежного функ- ционирования таких электростанций необходимо решить ряд техничес- ких проблем, связанных, в частнос- ти, с воздействием агрессивной гео- термальной среды на тепловые по- верхности, с возможным обледене- нием вентиляторов и замерзанием конденсата в трубах.
Достоинства : - небольшая продолжительность монтажа конденсатора и возмож- ность получения большого количес- тва холодной воды ( 42 кг/с; 45 С ) для растворения содержащихся в теплоносителе агрессивных газов и экологически вредных веществ до концентраций, допускающих после-дующую закачку отработавшегося теплоносителя в недра земли.

Рис. 3

Принципиальная тепловая схема 1-й
очереди Мутоновской ГеоТЭС.

конденсатор;12-пароструйный эжектор;
13-регулятор уровня в конденсатосборнике; 14-пита-
тельный насос;15-регулятор уровня в конденсато-
сборнике;16-скважина захоронения;17-насос закач-
ки;18-конденсатосборник 1-гоконтура; 19-клапан
сброса газов; I-теплоноситель I контура; II-конден-
сат; III-пар; I\/-паровоздушная смесь; \/-воздух.

ДВУХКОНТУРНАЯ СХЕМА

Снижает требования к системе подготовки пара и ограничива- ет установку на скважине центробежных сепараторов, на выходе - массовое расходное паросодержание - 0,98 -0,99. Растворение газов и их закач- ка в пласт земли вместе с отработавшим теплоносителем упрощаются из-за повышения давления в скважине закачки и уменьшения объемных расхо- дов газов.

Рис. 4

Снимаются проблемы,связанные :
- с коррозией и эрозией проточной
части турбины, воздушного кон-
денсатора под воздействием агрес-
сивной геотермальной среды.
Для парогенератора :
- выполнение теплообменных труб
ПГ из титановых сплавов или нер-
жавеющей стали.

сетевой во-
ды; I-артезианская вода; II-сетевая вода -
теплоснабжение Петропавловска-Камчат-
ского;III-пар от непродуктивных скважин;

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ СТАНЦИИ ТЕПЛОСНАБЖЕ- НИЯ И ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЕ ЭНЕРГОБЛОКИ

Геотермальная станция тепло- снабжения расчетной тепло- вой мощностью 20 МВт.
Включает : - два теплообменных аппарата из титановых сплавов (сум. пл. поверх. теплообмена 700 м^2); - насосы сетевой и геотермаль- ной воды; - систему автоматики; - трубопроводы и запорно-ре- гулирующую арматуру.
На рис.5 - модернизированная Мутоновская ГеоТЭС.

Рис. 5

Принципиальная тепловая схема Мутоновской
ГеоТЭС (после модернизации)

установки, предназначенной для комби- нированной выработки электрической и тепловой энер- гии.
Проектируемый модуль включает в себя турбоагрегат мощностью 2 МВт с воздушным конденсатором в контейнерном исполнении (давление пара на выходе из турбины 0,2 Мпа) и теплофикационный блок тепловой мощностью 5 МВт.
Подобные установки целесообразно использовать в удаленных районах Сахалинской области и Курильской гряды. Их внедрение не требует больших капитальных вложений.

теп-
лоносителя;6-горелка; 7-водогрейный
котел;8-аккумулирующее устройство;
9-регулятор температуры сетевой воды;
I,II-сетевая вода.

ГеоТЭС ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

В зависимости от газового сос- тава геотерм. теплоноситель может быть отнесен к раз- ряду агрессивных (содержа- щих углекислоту и H2S) и нейтральных (с азотом и метаном).
Для утилизации внутренней энергии горючих газов разра- батывается проект геотер- мальной станции теплоснаб- жения предельной эффектив- ности.
Эта схема станции позволяет использовать тепловую энер- гию жидкой фазы геотермаль- ного теплоносителя и внутрен- ную энергию горючего газа.

Принципиальная тепловая схема геотермаль-
ной станции теплоснабжения предельной
эффективности

Рис. 6

улучшения экологической обстановки на террито- рии геотермальных месторождений, было разработано техническое предложение по созданию геотермальной паротурбинной транспортабельной установки мощнос- тью 1,5 МВт (ГеоПТТУ-1,5) применительно к природно-климатическим условиям Камчатки.
Т.е. необходимость обеспечения работоспособности установки при tt наружного воздуха от - 40 С до + 35 С, интенсивных сейсмических воздействиях ( сейсмичность района - 8 баллов ), агрессивном химическом составе и наличии твердых частиц в рабочем теле, высоких ветровых и снеговых нагрузках.

от центров технического обслужива- ния ;
суровые климатические условия ;
автономность работы и ограниченность объема машинного зала ;
установка должна иметь ресурс, равный не ме- нее 7 годам, и приме- няться на любых геотер- мальных месторождени- ях, позволяющих полу- чать насыщенный пар давлением от 0,3 до 1Мпа.

транспортабельность ;
возможность работы в условиях отсутствия ох- лаждающей воды и ава- рийного электроснабже- ния;
полная автономность ;
максимальная автоматизи- рованность ;
экологическая безопасность.

воздушным охлаждением, вырабатываю- щий переменный ток частотой 50 Гц ;
системы подготовки пара, уп- равления и маслоснабжения, а также КРУ 6,3кВ; Наличие в составе у становки системы подготовки пара и приводной турбины, с помощью которой приводятся в действие гене- ратор и пусковой маслянный насос, создает условия для ее автономной работы.

1-скважина;2-сепаратор;3-влагосборник;4-пре-
дохранительный клапан;5-регулятор давления;
6-стопорные регулирующие клапаны;7-паро-
вая турбина; 8-генератор; 9-влагоудалитель;
10-ГПЗ; 11-пусковой маслянный насос;12-при-
водная труба; 13-генератор собственных
нужд; 14-регулятор уровня; 15-расширитель.

Рис. 7

Принципиальная тепловая схема
ГеоПТТУ-1,5

ЮРЭК ) предло- гает новый тип парового двигателя - винтовую расширительную машину ( детандер ), которая обладает целым рядом преимуществ перед тур- богенераторными уста- новками.

Горизонтальный разрез винтового
детандера

Рис. 8

тела происходит в замкнутом объеме рабочей полости.
Рабочие органы детандера (два ротора, имеющие специ- альную винтовую нарезку) совершают не возвратно-пос- тупательное, а вращательное движение (рис. 8).
Двигатель компактный, уравновешенный, для него не нужен большой фундамент, не требуется механизм парораспределения, в рабочей полости двигателя отсутствуют трущиеся элементы, но стабильно работает при переменных расходах рабочего тела и, что осо- бенно важно, нечувствителен к наличию жидкости и механических включений в газовом потоке.

в расширяю- щийся газ на входе в ВД жидкости, адиабатный КПД машины с увеличением до- зировки впрыскиваемой жид- кости повышается (рис. 9) ;
увеличение количества впрыскиваемой жидкости от 3 до 60 см^3/м^3 приве- ло к возрастанию исследуе- мого образца с 0,619-0,664 ;
объясняется это уменьше- нием потерь рабочего тела, связанных с его протечками через зазоры между элемен- тами машины, благодаря уп- лотнению зазоров жидкос- тью, содерж. в расш.газе.

Зависимость адиабатного КПД
двигателяот степени расширения
газа Е при различной дозировке
впрыскиваемой жидкости d.

Рис. 9

в качестве парового двигателя для привода электрического генера- тора.
2. Двигатель прост по конструкции, надежен в эксплуа- тации, имеет пологую характеристику (изменения эффективности). Важно подчеркнуть, что КПД двигателя возрастает при наличии в газовом потоке капельной жидкости и при появлении отложений на его рабочих элементах.
3. На базе ВД могут быть созданы малогабаритные установки мощностью от 100 до 800-1000 кВт. АО “ЮРЭК” уже сегодня имеет возможность организовать изготовление и поставку детандергенераторной установки мощностью 200-250 кВт, а также присту- пить к разработке установки на 500 кВт.

только при ис- пользовании поверхност- ных водостоков.
Необходимые экологи- ческие характеристики ГеоТЭС достигаются ра- циональным построением одноконтурной схемы станции. Применение двухконтурных схем ГеоТЭС нерационально.
Использовать конвектив- ные градирни и конденса- торы с воздушным охлаж- дением-нецелесообразно.

В скважины захоронения можно направлять стоки, содержание H2S в которых отвечает условию раство- римости его при атм. дав- лении. Схема удаления H2S (растворение его в воде при повышенном давлении и последуюшей закачкой в скв. зах.), не- реализуема.
Оптимальный вариант : улавливание H2S из газо- вой фазы на участке отсо- са газов из конденсатора эжектора и прямое окис- ление его до молекуляр- ной серы кислородом воз- духа в присутствии твер- дых катализаторов.

оборудования;
Принцип работы :
флюид (пар, вода или пароводянная смесь), фильтруясь через проницаемый породный массив от нагнетательных скважин к добычным , нагревается и канализируется по ним на поверхность под действием гидро- или геостати- ческого давления, термолиста или путем принудитель- ного нагнетания и (или) откачки погруженными насоса- ми. Извлеченный теплоноситель поступает в теплообмен- ник, в котором его тепловой потенциал передается тех- ническому теплоносителю.

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ГТС :