ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Плоушерская программа извлечения геотермального тепла

Природный пар получают путем бурения скважин в районе подзем­ного бассейна с паром или горячей водой, находящейся под давлением. Горячая вода или пар размещается под перекрывающим достаточно не­проницаемым чехлом породы и получает тепло за счет циркуляции че­рез глубоко залегающий источник тепла. Таким источником тепла мо­жет быть относительно неглубоко залегающая масса нагретых маг­матических пород, недавно потухший или действующий вулкан. Если в таком районе пробурить скважину, То на поверхность земли можно вывести пар. Если этого пара достаточно и если он приёмлемой чис­тоты, то его можно использовать для выработки электроэнергии.

С другой стороны, даже при наличии источника тепла система циркуляции может не обеспечить вывод требуемого количества пара на поверхность земли. Плоушерская программа предусматривает из-

Влечение геотермального тепла непосредственно из блока нагретых пород. Плоушерская программа основана на использовании ядерно­го взрыва для дробления больших объемов горячей породы. Тепло из трещиноватой породы извлекается путем закачивания в нее воды, пре­вращающейся в пар, который затем подается в турбогенератор (фиг. 3.1). Система является замкнутой, поскольку конденсат снова возвращается в раздробленную породу.

Источник тепла должен залегать достаточно глубоко, чтобы да­же при очень мощных взрывах на поверхности не наблюдалось следов

Разрушения. Значительная часть радиоактивности, вызванной ядер­ным взрывом, будет локализована непосредственно вблизи места взрыва. Кроме того, благодаря замкнутости цикла системы будет исключено присутствие радиоактивных веществ в паре, извлекаемом на поверхность земли.

Тепловая энергия, заключенная Вл/4 км3 породы, чрезвычайно велика. Если это количество порода имеет начальную температуру 350° С и охлаждается до 177° С, как это предполагалось для описанной здесь электростанции, то извлеченная тепловая энергия будет эквива­лентна тепловой энергии, выделяющейся при сжигании ^48 млн. т нефти. Таким образом, при достаточно высоком к. п.д. преобразования этой энергии можно было бы выработать десятки тысяч мегаватт электроэнергии. Реализация такого источника энергии будет зависеть от стоимости разрушения породы, эффективности процесса извлече­ния тепла и от качества полученного таким образом пара.

Извлечение тепла с применением ядерных взрывов целесообраз­но в двух различных по геологическим характеристикам ситуациях. В первом случае геотермальное месторождение пара не обладает дос­таточной проницаемостью для обеспечения требуемого расхода пара через обычные скважины. Большой диаметр скважины, который полу­чается с помощью ядерных зарядов, мог бы позволить настолько уве­личить производительность пара, что стала бы возможной экономичес­ки выгодная разработка как ныне нерентабельных месторождений па­ра, так и тех районов, разработка которых обычными методами счи­тается невозможной. Эта идея нашла воплощение в программе, извест­ной под названием Плоушерской программы стимулирования геотер­мального месторождения.

Во втором случае на средней глубине (^3 км) может залегать горячая (^350° С) относительно сухая порода. Базальтовая магма, обладающая малой вязкостью, либо образует относительно тонкие ин­трузивные тела, либо изливается в виде. лавовых потоков. В то же время гранитная магма, обладающая большой вязкостью, образует плутоны типа пробок. Твердые, но еше горячие интрузии гранитной породы, залегающие близко к поверхности земли, являются, по-види­мому, подходящим объектом для сухого геотермального источника.

На западе Соединенных Штатов Америки объем гранитных пород, которые внедрялись за период от 110 до 800 млн. лет тому назад, в несколько сотен раз превосходит объем пород, внедрившихся за время после этого периода. Обнаружено много крупных относительно моло-

Ф и г. 3.2. Гранитные породы мезозойской и кайнозойской эпох, распро­страненные на западе США [1 ].

Дых интрузий, которые образуют широкую полосу, идущую с севера на юг через западную часть шт. Юта и восточную часть шт. Невада (фиг. 3.2) (данные о возрасте интрузий, приведенные на этой фигуре, основаны частично на радиометрических данных, опубликованных до июля 1962 г.).

Джилали отмечает непрерывный характер процесса магматичес­кой деятельности, в ходе которого менялся только объем внедренно­
го материала [2]. Таким образом, можно ожидать, что западнее конти­нентального водораздела в последние 2-3 млн. ,лет образовалось значительное количество гранитных интрузий.

Настоящее исследование предпринято с целью определения тех­нических и экономических проблем, а также проблем безопасности и воздействия на окружающую среду и, наконец, административных проб­лем, связанных с использованием Плоушерских геотермальных элек­тростанций для производства электроэнергии. Дополнительная цель данной работы заключается в подборе данных и составлении рекомен­даций для дальнейшей разработки программы.

В основу проекта заложены следующие предположения:

Мощность электростанции 200 МВт Геотермические градиенты 125 и 100 °С/км (геотерми­ческий градиент месторожде­ния Серро-Прието соответству­ет последнему)

Температура породы Мощность заряда Паровая система

Достаточно мощный гранитный массив, перекрытый 300-мет­ровым слоем аллювия, лавы и (или)осадочной породы 350 °С

200, 500 и 1000 кт

Кипящая, или перегретая вода под давлением

Предполагается также, что породы геотермального месторожде­ния являются непроницаемыми и безводными (сухими) и что с увеличе­нием проницаемости пород увеличится теплопроизводительность месторождения.

В данном исследовании, обсуждаются три различных варианта Гео­ТЭС. Они отличаются способом защиты электростанции от сейсми­ческих смещений, вызываемых разрушающими породу взрывами. В качестве основного варианта рассматриваются электростанция мощ­ностью 200 МВт, работающая с использованием цикла с кипящей во­дой, и геотермальное прле, полностью подготовленное до строитель­ства электростанции. Это означает, что при сооружении электростан­ции и соответствующего оборудования можно отказаться от требова­ния сейсмостойкости к толчкам, вызванным последующими взрывами.

В другом варианте предусматривается создание сейсмостойкой электростанции и не требуется окончательной подготовки геотермаль-

Ного поля до окончания сооружения станции, что является явным эко­номическим преимуществом. Недостатком этого метода являются до­полнительные капитальные затраты на усиление конструкций элек­тростанции и дополнительные потери тепла, связанные с транспорти­ровкой пара на относительно большие расстояния. Например, с по­мощью взрыва можно было бы создать поле, способное производить тепло в течение 1D лет, и построить сейсмостойкую электростанцию. По истечении 10 лет с помощью нового взрыва можно бцло бы ввести в действие новое поле на достаточно удаленном расстоянии, чтобы повреждения действующей электростанции были минимальными. Вто­рое поле придется соединить с электростанцией проходящим по по­верхности длинным сейсмостойкий трубопроводом. Еще через 10 лет с помощью нового взрыва можно бцло бы создать третье поле не­далеко от второго, которое можно соединить с сейсмостойким трубо­проводом при помощи обычного, неусиленного участка трубопровода.

В соответствии с третьим вариантом электростанция перемеща­ется каждый раз на период взрыва. После завершения взрывных ра­бот производство энергии возобновляется: электростанция возвраща­ется на прежнее место, паропровод и линия электропередачи восста­навливаются. Хотя данный метод кажется достаточно простым, на практике для его реализации требуется перемещение больших блоков оборудования. Для решения этой задачи можно воспользоваться, на­пример, железнодорожными вагонами, буксировщиками, вертолетами или тягачами. Чтобы эти технические средства могли быть использо­ваны, электростанция должна состоять из компактных модулей. Мож­но использовать также баржу и водный путь. В этом случае электро­станция полностью монтируется на барже в канале, проведенном от поля, где должно производиться дробление породы, до некоторого достаточно удаленного места, в котором безопасность станции гаран­тирована. Во время проведения ядерных взрывов электростанция бу­дет выводиться в это место. При подходящем рельефе местности, этот метод, вероятно, окажется экономически самым выгодным.