Гідроенергетика, сонячна енергія, енергія вітру - конструктивні рішення

 

 

 

3. Схема  використання геотермальної енергії.

3.1.Загальна  характеристика геотермальної енергії

Вираз «геотермальна енергетика»  буквально означає, що це енергія  тепла Землі («гео» – земля, «термальна»  – теплова). Основним джерелом цієї енергії слугує постійний потік  теплоти з розжарених надр, направлений  до поверхні Землі. Земна кора отримує  теплоту в результаті тертя ядра, радіоактивного розпаду елементів (подібно торію і урану), хімічних реакцій. Постійні часу цих процесів настільки великі відносно часу існування  Землі, що неможливо оцінити, збільшується чи зменшується їїтемпература.   Запаси геотермальної енергії величезні. Геотермальна енергія в ряді країн (Угорщина, Ісландія, Італія, Мексика, Нова Зеландія, Росія, США, Японія) широко використовується для теплопостачання, вироблення електроенергії. Так, в Ісландії за рахунок геотермальної енергії забезпечується 26,5% вироблення електроенергії.

Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах Земної кори, за оцінкою  МРЕК-ХІ досягає 137 трлн. т у.п., що в 10 разів перевищує геологічні ресурси  усіх видів палива разом узятих.

З усіх видів геотермальної  енергії мають найкращі економічні показники гідрогеотермальні ресурси  – термальні води, пароводяні суміші і природна пара.

Гідрогеотермальні ресурси, які використовуються на сьогодні практично, складають лише 1% від загального теплового запасу надр. Досвід показав, що перспективними в цьому відношенні варто вважати райони, в яких зростання  температури з глибиною відбувається досить інтенсивно, колекторські властивості  гірських порід дозволяють одержувати з тріщин значні кількості нагрітої води чи пари, а склад мінеральної  частини термальних вод не створює  додаткових труднощів по боротьбі із солевідкладеннями і кородуванням устаткування.

Аналіз економічної доцільності  широкого використання термальних вод  показує, що їх варто застосовувати  для опалення і гарячого водопостачання комунально-побутових, сільськогосподарських  і промислових підприємств, для  технологічних цілей, добування  цінних хімічних компонентів і ін. Гідрогеотермальні ресурси, придатні для одержання електроенергії, становлять 4% від загальних прогнозних запасів, тому їхнє використання в майбутньому варто пов’язувати з теплопостачанням і теплофікацією місцевих об’єктів.

Геотермальна енергія  з успіхом використовується в Росії, Грузії, Ісландії, США.

Середній потік геотермальної  енергії через земну поверхність  становить приблизно 0,06 Вт/м² при  температурному градієнті меншому  ніж 30 градусів С/км. Однак є райони зі збільшеними градієнтами температури, де потоки складають приблизно 10-20 Вт/м², що дозволяє реалізовувати геотермальні станції (ГеоТЕС) тепловою потужністю 100 МВт/км² та тривалістю експлуатації до 20 років.

Якість геотермальної  енергії невелика і краще її використовувати  для опалення будівель та попереднього підігріву робочих тіл звичайних  високотемпературних установок. Також  використовують це тепло для ферм по розведенню риби та для теплиць. Якщо тепло з надр виходить при  температурі більше 150 °C, то можна говорити про виробництво електроенергії. Побудовано ГеоТЕС на Філіппінах потужністю більше 900 тис.кВт.

Масштаб використання геотермальної  енергії визначають декілька факторів: капітальні витрати на спорудження  свердловин, ціна яких зростає зі збільшен-ням  глибини. Оптимальна глибина свердловин 5 км. Геотермальні води використовують двома способами: фонтанним (теплоносій викидається в навколишнє середовище) та циркуляційним (теплоносій закачується назад в продуктивну товщу). Перший спосіб дешевше, але екологічно небезпечний, другий дорожчий, але забезпечує збереження навколишнього середовища.

До категорії гідротермальних  конвективних систем відносяться підземні басейни пари чи гарячої води, які  виходять на поверхню з землі, утворюючи гейзери, фумароли, озера багнюки тощо. Їх використовують для виробництва електроенергії за допомогою методу, що ґрунтується на використанні пари, яка утворюється при випаровуванні гарячої води на поверхні.

Іншим методом виробництва  електроенергії на базі високо- та середньотемпературних  геотермальних вод є використаня  процесу із застосуванням двоконтурного (бінарного) циклу. В цьому процесі  вода, отримана з басейну, використовується для нагрівання теплоносія другого  контуру (фреону чи ізобутану), котрий має меншу температуру кипіння. Установки, що використовують фреон як теплоносій другого контуру, зараз підготовлені для діапазону температур 75—150°С і при одиничній потужності 10—100 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     3.2. Схема геотермального теплопостачання з використанням агресивних геотермальних вод

 

1 – підземний колектор;

2 – приймальна свердловина; 

3 – газошламовідокремлювач;

4 – нагнітальна помпа; 

5 – нагнітальна свердловина;

6 – теплообмінник системи  опалення;

7 – помпа системи опалення;

8 – теплообмінник роботи  системи гарячого водопостачання;

9 – опалювальна система;

10 – система гарячого  водопостачання;

11 – джерело води гарячого  водопостачання;

12 – система утилізації  газів і шламів • парогідротермальні  системи – родовища пари і  самовиливної пароводяної суміші;

• петрогеотермальні зони або теплота сухих гірничих порід;

• магма (нагріті до 1300°С розплавлені гірничі породи).

Серед родовищ глибинної  теплоти Землі існують термоаномальні зони родовищ теплоти, які мають  підвищений геотермальний градієнт в насичених водою проникаючих  гірничих породах резервуарах на відносно невеликих глибинах і гейзери, які виходять на поверхню.

Геотермальні води класифікують за температурою, кислотністю, рівнем мінералізації, жорсткістю. Таким чином, проявленням геотермальної теплоти, що має практичне значення, є запаси гарячої води і пари в педземних 

Основними показниками придатності  геотермальних джерел для використання є їх природна температура, згідно з  якою вони підрозділяються на низькотермальні  води з температурою 40–70°С, середньотермальні  з температурою 70–100°С, високотермальні  води і пара з температурою 100–150°С, парогідротерми і флюїди з температурою вище 150°С.

Придатність термальних вод  для тієї або іншої сфери використання ілюструється табл. 2.5.

Геотермальні електростанції (геоТЕС) мають мають ряд особливостей:

• постійний залишок енергоресурсів, що забезпечує використання повної встановленої потужності обладнання геоТЕС;

• достатньо простий рівень автоматиза ції;

• наслідки можливих аварій обмежують

• питомі капіталовкладення  і собівартість електричної енергії  в основному можуть бути нижчими, ніж на електростанціях, які використовують інші відновлювальні джерела енергії.

ГеоТЕС можна розділити  на три основні типи:

• станції, які працюють на родовищах сухої пари;

• станції з пароутворювачем, які працюють на родовищах гарячої  води під тиском;

• станції з бінарним циклом, в яких геотермальна теплота  передається вторинній рідині (наприклад  фреону або ізобутану) і відбувається класичний цикл Ренкіна.

Найбільший ефект має  місце при комбінованих схемах використання геотермальних джерел як теплоносія для підігрівання води і вироблення електроенергії на теплових електростанціях, що забезпечує значну економію органічного  палива і збільшує к.к.д. перетворення низькопотенційної енергії. Такі комбіновані схеми дозволяють використовувати для вироблення електроенергії теплоносії з початковими температурами вище 70–80°С.

Сьогодні 58 країн використовують тепло своїх геотермальних ресурсів не тільки для виробництва електроенергії, а й безпосередньо у вигляді  тепла: для обігрівання ванн і  басейнів – 4%; для опалення – 23%; для  теплових помп – 12%; для обігрівання  теплиць – 9%; для підігріву води в рибних господарствах – 6%; в  промисловості – 5%; для сушіння  сільгосппродуктів, таяння снігу і  кондиціювання – 1%; для інших  цілей – 2%.

 

 

 

    3.3.Переваги і недоліки геотермальної енергії

Переваги:

1. Геотермальну енергію отримують від джерел тепла з великими температурами.
2. Вона має декілька особливостей:
• температура теплоносія значно менша за температуру при спалюванні палива;
• найкращий спосіб використання геотермальної енергії — комбінований (видобуток електроенергії та обігрів).

Недоліки:

1. низька термодинамічна якість;
2. необхідність використання тепла біля місця видобування;
3. вартість спорудження свердловин виростає зі збільшенням глибини.

Це джерело характеризується різноплановим впливом на природне середовище. Так в атмосферу надходить  додаткова кількість розчинених підземних водах сполук сірки, бору, мишяка, аміаку, ртуті; викидається  водяна пара, збільшуючи вологість; супроводжується  акустичним ефектом; опускання земної поверхні; засолення земель.

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

Отже,енергозбереження діяльність(організаційна,наукова,практична,інформаційна),яка  спрямована на раціональне використання та економне витрачання первинної та перетвореної енергії і природніх  енергетичних ресурсів в національному  господарстві і яка реалізується з використанням технічних,економічних  та правових методів.

З вищесказаного можна  зробити наступні висновки:

1)Однією з причин втрат є активний опір обмоток. При протіканні струму через трансформатор, він нагрівається і віддає тепло оточенню. При високій частоті опір збільшується завдяки скін-ефекту та ефекту близькості, які зменшують площу перерізу провідника, через який протікає струм.

Ще одна причина втрат — перемагнічування осердя завдяки гістерезису. Ці втрати для конкретної речовини осердя пропорційні частоті й залежать від пікового потоку магнітного поля через осердя.

Інша причина втрат — струми Фуко. Змінне магнітне поле в осерді породжує змінне вихрове електричне поле, яке викликає додаткові вихрові струми, що теж призводять до нагрівання. Для зменшення струмів Фуко осердя виготовляють із тонких пластинок, оскільки втрати, пов'язані зі струмами Фуко, обернено квадратично залежать від товщини матеріалу.

2)Різноманітність конструктивних рішень МГЕС дає можливість оптимізувати реалізацію гідроенергетичного потенціалу рівнинних річок. З огляду на наявність розгалуженої гідрографічної мережі, в Кіровоградській області доцільним є впровадження МГЕ. Перед початком ведення робіт в даному напрямку необхідно визначити пріоритетні шляхи розвитку галузі. Безумовно, відновлення непрацюючих на даний час МГЕС є важливою справою, яка потребує уваги, але більш перспективним (з економічної точки зору та у зв’язку з наявністю природних ресурсів) є впровадження таких конструкційних рішень МГЕС, які б максимально відповідали наявному гідроенергетичному потенціалу. Серед великого різноманіття конструкцій МГЕС оптимальними в умовах Кіровоградщини є застосування міні-ГЕС, а особливо мікро-ГЕС. Враховуючи переваги останніх, є можливим використання енергії малих річок без відчутного впливу на навколишнє середовище, але для цього першочергово необхідно здійснити детальне вивчення гідрографічних та гідрологічних особливостей річкової мережі даного регіону.

3)ГеоТЕС можна розділити на три основні типи:

• станції, які працюють на родовищах сухої пари;

• станції з пароутворювачем, які працюють на родовищах гарячої  води під тиском;

• станції з бінарним циклом, в яких геотермальна теплота  передається вторинній рідині (наприклад  фреону або ізобутану) і відбувається класичний цикл Ренкіна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Використана література

1. Закон України «Про  енергозбереження». Відомості Верховної  Ради України, 1994, № 30, ст.283.

2. Базові енергоустановки  і технології виробництва енергії  з врахуванням екологічних аспектів. Частина I. Енергогенеруючі установки  на органічному паливі. Навчальний  посібник. – Харків: ХДАМГ, 2001. –  219 с. 

3. Базові енергоустановки  і технології виробництва енергії  з врахуванням екологічних аспектів. Частина II. Атомні енергетичні  установки. Навчальний посібник. – Харків: ХДАМГ, 2001. – 103 с. 

4. Базові енергоустановки  і технології виробництва енергії  з врахуванням екологічних аспектів. Частина III. Альтернативна енергетика. Навчальний посібник. – Харків: ХДАМГ, 2001. – 116 с. 

5. Бакалін Ю.І. Енергозбереження  та енергетичний менеджмент. Харків: ХІУ, 2002. – 200 с.