ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

ЯПОНИЯ

На островах Японии имеется много регионов со значительными проявлениями геотермальной активности. На двух из них, Кюсю и Хонсю, работают ГеоТЭС соответственно в Отаке (мощность 13 МВт) и в Мацукаве (мощность 20 МВт). Опыт эксплуатации этих установок показал, что они имеют высокий коэффициент использования мощнос­ти, 96-97%, и не требуют особого ухода На установке в Мацукаве на­блюдается несколько повышенная кислотность, вызывающая коррозию, но в то же время отложение накипи минимально. На установке в Ота­ке кислотность ниже и не существует проблемы борьбы с коррозией; отработанную горячую воду выдерживают в течение часа для осаж­дения кремнезема.

Расположение геотермальных месторождений. Перечень основных геотермальных месторождений Японии приведен в табл. 1.5. Хотя

Таблица 1.5

Основные геотермальные месторождения ЯЛонии [43]

Известно о наличии в Японии около 1300 термальных источников и фумарол, здесь перечислены только те из них, на которых проводит­ся или предполагается проводить освоение геотермальных ресурсов.

Геотермальные месторождения на редкость благоприятно распре­делены на островах Хоккайдо, Хонсю и Кюсю. Остров Сикоку явля­ется единственным из четырех основных японских островов, на ко­тором имеются лишь термальные источники. Причем большая часть этих источников расположена вдоль вулканических зон четвертично­го периода и их энергия связана с проявлениями вулканической ак­тивности.

Геология. Япония расположена в тихоокеанской орогенной зоне горообразований на границе между континентом и Тихим океаном. В третичный период на большей части японского архипелага произо­шло интенсивное образование тектонических разломов. За этим по­следовал период вулканических извержений, в результате которых лавы и туфы заполнили большой геосинклинальный бассейн. Эти туфы представляют собой характерную разновидность с зелеными пятнами и называются "зелеными туфами", асам геосинклинальный бассейн - областью "зеленых туфов".

Над туфами лежит мощный слой морских отложений. Позднее произошли интрузии гранитов в толщу "зеленых туфов" с образова­нием дополнительных разломов. К концу третичного периода бо'льшая

Часть областей "зеленых туфов" приподнялась. Во время четвертичного периода произошло более глубокое растрескивание и обра­зовались новые вулканы. В этот период действовало около 265 вулка­нов, из которых 50 являются действующими и поныне. Они вытяну­лись двумя цепочками: восточная - от острова Хоккайдо через се­веро-восточную Японию и западная — от острова Кюсю через остро­ва Рюкю к острову Тайвань.

Геотермальные месторождения получают тепло от вулканов чет­вертичного периода. Большая часть этих месторождений связана с вулканическими зонами. Термальные источники обычно поднимаются от фундамента, состоящего из "зеленых туфов", хотя некоторые из них встречаются в областях палеозойских и мезозойских формаций и гранитов.

Особенности производства К настоящему времени освоены два геотермальных месторождения Японии: в Мацукаве на северо-восто - ке острова Хонсю, и в Отаке на севере центральной части острова Кюсю действуют ГеоТЭС.

ГеоТЭС в Отаке работает с августа 1967 г., имеет мощность 11 МВт и потребляет 110 т/ч пара. Вначале было пробурено 5 продук­тивных скважин, но через три года одна из них была закупорена от­ложениями углекислого кальция.

Освоение месторождения в Отаке было начато в 1950 г. фирмой "Кюсю электрик пауэр". За период 1963-1966 гг. было пробурено 5 продуктивных скважин, а в августе 1967 г. ГеоТЭС дала ток. Сейчас здесь имеется 9 продуктивных скважин и 3 скважины для закачки.

Породы основания этого геотермального месторождения состо­ят из двупироксенового андезита, из двупироксеновой андезитовой лавы, содержащей роговую обманку, и сопутствующей туфовой брек­чии. Это основание перекрыто вулканическим комплексом Кидзю, в основном состоящим из андезита с роговой обманкой.

Геофизическая разведка месторождения была проведена с ис­пользованием магнитных, электрических и гравитационных методов. Результаты разведки показали, что площадь, приблизительно равная 1,5 х 3 км2, подверглась гидротермальному воздействию на глубину до 800-1000 м.

Месторождение в Отаке дает пароводяную смесь с весовым со­держанием пара 25% при средней глубине скважин ~450 м. Скважины бурятся с помощью турбобуров и обычно имеют обсадку на глубину ДО<~ 250 м при ее диаметре 220 мм. Пар отделяется во вращающемся

Сепараторе, расположенном на устье скважины. Затем пар по трубам поступает в бак, проходит через турбину, вакуумный эжектор (для удаления неконденсирующихся газов), барометрический конденсатор и охлаждается в трех вентиляторных градирнях.

Ряд трудностей, связанных с коррозией, вызываемой содержащим­ся в паре S02, был устранен после установки вакуумного эжектора. Из-за значительного содержания Si02 происходило его отложение в линиях горячей воды. Установка улавливающего бака с перегородка­ми позволила решить и эту проблему. Во время пребйвания жидкости в этом баке в течение часа происходит осаждение Si02. Осадок из нижней части бака через открытый канал удаляется в реку Кюсю. Один раз в год турбину останавливают для осмотра и для удаления Si02 струйной промывкой водой. В настоящее время эту операцию стали проводить раз в два года, так как рабочие характеристики сис­темы, работающей при коэффициенте использования Мощности 96%, оказались хорошими. Перепад давлений на турбинах составляет от 250 на входе до 10 кПа на выходе, при начальной температуре 127°С и расходе пара 110 т/ч. На станции в Отаке принимались меры по борьбе с коррозией путем ввода каустической соды в линию охлаждаю­щей жидкости и выбора соответствующих антикоррозионных материа­лов. С марта 1972 г. в Отаке производится закачка использованных „ вод в недра месторождения, и к 1975 г. через три предназначенных для этого скважины было закачано 8 млн. т воды. При этом отмече­но увеличение расхода пара через продуктивные скважины. Никаких колебаний почвы и землетрясений при этом не возникало. В 1975 г. в Отаке было выработано 69 276 МВт • ч электроэнергии при общем числе часов работы 8231 [44].

Освоение месторождения в Мацукаве проводилось фирмой "Джа - пэн метлз энд кемикэл" и Геологической службой Японии. Первые скважины были пробурены в 1952 г., а интенсивная программа разве­дочных работ стала осуществляться с 1956 г. В 1964—1965 гг. здесь были пробурены четыре продуктивные скважины, а с 1966 г. работа­ет ГеоТЭС мощностью 20 МВт. Породами основания здесь являются палеозойские и кремнистые сланцы. Над ними лежат зеленые туфы и образования песчаника и глинистого сланца формации Ямоцуда тре­тичного периода, а затем дацитовый туф и даццтовая лава также тре­тичного периода. Самые верхние слои являются вулканическими поро­дами четвертичного периода, преимущественно андезитами.

С помощью турбобуров здесь было пробурено четыре продуктив­ные скважины на глубину —'1000 м. Обсадка стандартная при диамет - pax обсадных труб 406 мм до глубины 30 м, 300 мм до глубины 250 м и 220 мм до глубины 500 м. Некоторые скважины дали перегре­тый пар.

Отличительными особенностями турбины являются наличие стел­литовых антикоррозионных покрытий поверхностей на входе пара в двух последних ступенях, специальных лопаток для извлечения вла­ги, а также пазов для удаления конденсата из входных сопел.

В июне 1974 г - введены в эксплуатацию ГеоТЭС в Онума мощ­ностью 10 МВт и в Оникобе мощностью 25 МВт.

Перспективы. В стадии строительства находятся две ГеоТЭС по 50 МВт в Хачобару и Такиноуэ. С вводом их в строй мощность ГеоТЭС Японии составит 170 МВт. Хачобару расположено в несколь­ких километрах южнее Отаке на острове Кюсю. Здесь завершено бу­рение шести скважин. Бурение еще четырех скважин должно было быть закончено в 1977 г. Расход пара составит 500 т/ч, а мощность ГеоТЭС 50 МВт. Станция должна была быть введена в эксплуатацию в 1977 г. [44]. В будущем мощность работающих здесь установок возрастет до 150 МВт и более. Скважины имеют глубину —1000 м и дают пароводяную смесь с содержанием пара 33 вес.%. В Хачобару будет использоваться не только первичный пар, но также и вторич­ный, образующийся при вскипании первичной перегретой воды. Это даст возможность увеличить полезную мощность на 15—20%. Хотя за­траты на сооружение станции увеличатся на 5%, стоимость 1 кВт- ч электроэнергии уменьшится на 10-15%. Понизится на-"11% сброс во­ды, и снизится ее температура. Давление на входе в турбины станет на 30% выше, что даст возможность использовать трубы меньшего размера в системе сбора пара. Давления на входе в турбины: для первичного пара 0,69 МПа, а для вторичного 0,11 МПа. Установка в Хачобару является прототипом более мощной ГеоТЭС (до 200 МВт), сооружение которой намечено на ближайшие годы.

В настоящее время изучается возможность строительства ГеоТЭС на 15 геотермальных месторождениях. Продолжается исследование геотермальных ресурсов 30 наиболее перспективных районов Японии по ранее намеченной программе. Разрабатывается технология бу­рения скважин на глубину 3—4 км для использования термальных вод с температурой ^400° С.

Продолжается освоение нескольких геотермальных месторожде­ний на острове Хоккайдо. Наиболее перспективными из них являются Сикабе, расположенное в вулканической зоне Насу, а также Шова - Шиндзян и вулканическая зона Токачи-Дайзецу.

Наиболее перспективными месторождениями на острове Хонсю являются Оникобе и Ошираке. В Оникобе было пробурено 10 скважин. Одна из них производит 20-30 т/ч перегретого пара с глубины 500 м.

В 1974 г. фирма "Мицубиси метл" должна была ввести в дей­ствие электростанцию на геотермальном паре в префектуре Акита для снабжения завода по электролизу цинка. Это третья ГеоТЭС Япо­нии и первая, предназначенная для производства цветных металлов. В конце 1973 г. здесь проведено испытание трех продуктивных сква­жин, способных обеспечить выработку 6,5 МВт электрической мощнос­ти. Скважины расположены в горах на побережье Японского моря. Пробурена и четвертая скважина. В целом мощность от всех скважин должна обеспечивать около пятой части потребностей завода в энер­гии, составляющих 40 млн. кВт.