ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ ГОРЯЧИХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

Ресурсы геотермальной энергии в Соединенных Штатах весьма велики. Геотермальная энергия заключена в относительно неглубоко залегающих месторождениях перегретого пара, горячих растворов и горячих сухих пород. В работе [1] предлагается способ производства электроэнергии путем преобразования энергии горячих геотермальных растворов, в частности растворов, содержащихся в геотермальных источниках вблизи озера Солтон-Си в Калифорнии. Результаты этой работы представлены в настоящем разделе.

В горячих растворах заключена преобладающая часть потенциаль­но доступных ресурсов геотермальной энергии. Хотя месторождения перегретого пара, такие, как Долина Больших Гейзеров в Калифорнии, относятся к более предпочтительным источникам геотермальной энер­гии, чем месторождения горячих растворов, такие источники состав­ляют по оценкам лишь одну двадцатую от их общего числа. С другой стороны, хотя огромное количество энергии заключено в горячих сухих породах, мощность, которую можно из них извлечь, ограничена низкой теплопроводностью пород, а технологии извлечения и преобра­зования энергии таких источников в настоящее время не существует.

Основу предлагаемого способа извлечения энергии из горячих растворов составляет метод полного потока. Согласно оценкам, этот метод экономически конкурентоспособен со всеми другими способа­ми получения электроэнергии. Предполагается, что таким способом из горячих растворов, содержащихся в геотермальных источниках Калифорнии, можно извлечь мощность, эквивалентную 100 тыс. МВт электрической мощности. Для сравнения укажем, что мощность элек­тростанций Соединенных Штатов в настоящее время составляет -340 тыс. МВт.

Предлагались разные способы использования энергии горячих растворов. Один из них состоит в том, что пароводяную смесь про­пускают через центробежный сеператор, где жидкая фаза отделяется, а пар затем используется в стандартной реактивной паровой турбине. Такая схема использована в Уайракей (Новая Зеландия) и на электро­станции в Серро-Прието (Мексика). Содержание содей в этих источни­ках составляет -1/10 от их концентрации в растворах месторождений Солтон-Си, и ясно, что высокая концентрация солей в месторождени­ях Солтон-Си препятствует применению такой схемы.

Второй способ использования горячих растворов — это схема с вторичным теплоносителем, в которой горячий раствор перекачива­ется под давлением, чтобы предотвратить его вскипание в теплооб­меннике, где его тепловая энергия передается какой-либо рабочей жидкости, не вызывающей коррозии, например изобутану. Затем эта жидкость используется в системе турбогенератора с циклом Ренкина для производства электроэнергии.

Учитывая коррозионные свойства геотермальных растворов, лег­ко понять* что обеспечение надежной работы подземного насоса и теплообменника, требуемых в такой схеме, является сложной пробле­мой, практически ограничивающей использование данного метода.

Для осуществления третьего способа по расчетам потребуются капитальные вложения порядка 200 долл/кВт, а стоимость произведен­ной мощности составит 0,32 цент/кВт. Это дешевле, чем для двух предыдущих способов. Предлагаемый способ состоит в том, что гео­термальный раствор перекачивают на поверхность, как это сейчас делается в Уайракей и Серро-Прието, а затем весь поток жидкости направляют в сопло, чтобы понизить давление и увеличить скорость.

Кинетическую энергию полного потока жидкости можно затем использовать для производства электроэнергии в некорродирующей активной турбине, выполненной по аналогии с типичными гидроэлектри­ческими устройствами. По расчетам при использовании такой схемы будет производиться в 1,6 раза больше электроэнергии для данной геотермальной скважины, чем при использовании схемы с центробеж­ным сепаратором или схемы с вторичным теплоносителем. Так как число механических устройств на поверхности невелико, капитальные затраты уменьшаются, даже несмотря на необходимость защиты от растворов, обладающих коррозионными свойствами.

Все три схемы представлены на фиг. 6. L Отметим, что в схеме с сепаратором (фиг. 6.1,а) и в схеме с вторичным теплоносителем (фиг. 6.1,5) геотермальный раствор сбрасывается из системы при бо­лее высокой температуре, чем температура на выходе из турбины

А - схема с сепаратором; б - схема с вторичным теплоносителем; в — схе­ма полного теплового потока. 1 — центробежный сепаратор; 2— турбогенера­тор; 3 - теплообменник; 4 - глубинный насос; б - активная радиальная

Турбина.

И температура горячих сбросных вод. Поэтому при сопостайимых к. п.д. турбин во всех схемах схема полного потока (фиг. 6.1,в) всег­да имеет более высокий общий к. п.д.