2.4.3 В пластах содержится вода, имеющая температуру ниже 100°с
Естественно, ее можно использовать для отопления, но сейчас строят ГеоЭС и на таких источниках. При таких температурах термодинамически выгоднее использовать в качестве рабочего тела не воду, а низкокипящую жидкость, например, фреон1, примененный на первой в мире ГеоЭС такого типа — Паратунской (рис. 2.6) мощностью 750 кВт, пущенной в эксплуатацию в 1967 г. Станция расположена примерно в 20 км от города Петропавловск-Камчатский. Греющей средой на ней является вода с температурой 80°С. В теплообменнике 3 рабочее тело (фреон-12) последовательно нагревается, испаряется, а полученный пар перегревается до температуры 65—75°С при давлении 1,4 МПа за счет теплоты горячей воды из скважины. Перегретый пар фреона поступает в турбину 4. Фреоновая турбина отличается от турбины, работающей на водяном паре. Из-за большой плотности фреона она получается более компактной, напоминающей по конструкции турбодетандер, применяющийся в криогенной технике.
Рис. 2.6. Схема Паратунской ГеоЭС: 1 — горячая вода из источника; 2 — сброс охлажденной воды; 3 — теплообменник; 4 — фреоновая турбина; 5 — конденсатор;
6 — насос; 7 —ресивер
В турбине пар расширяется до давления 0,5 МПа, т. е. выше атмосферного, отличие от конденсационных ТЭС на водяном паре. При этом температура пара в конденсаторе равна 15°С. Отличительной особенностью фреоновой ТЭС является наличие ресивера 7. Дело в том, что во всех элементах фреонового цикла давление превышает атмосферное, а он — очень текуч и очень дорог. На время ревизии турбины или теплообменника его собирают в ресивере.
Высокая текучесть фреона предопределяет особенности эксплуатации и обслуживания такой станции. Поскольку Паратунская станция была опытной, ее закрыли в 1974 Опыты показали, что высокая плотность фреонового контура может быть достигнута без применения каких-либо особых материалов и устройств. Станция отработала 2140 ч., в том числе 820 ч. в промышленном режиме с выдачей электроэнергии потребителю. За это время потери фреона составили 2,5% от общей заправки, равной 12000 кг. Они связаны в основном с вскрытием турбины, и в нормальной эксплуатации этих потерь можно избежать, как показывает опыт работы фреоновых холодильников и тепловых насосов.
Такой цикл получил название бинарного, поскольку в нем используется два теплоносителя: греющая вода и хладон. Вместо фреона сейчас используют хладон R-134a. С 2000 г. и особенно в последние годы происходит широкомасштабное внедрение бинарных блоков. К концу 2011 г. общее число построенных электростанций с бинарными блоками в мире превысило 300 (включая энергоблоки, утилизирующие негеотермальную теплоту) с суммарной установленной электрической мощностью около 2 ГВт. В конце 2012 г. должен быть пущен в эксплуатацию бинарный энергоблок мощностью 2,5 МВт на Паужетском термальном месторождении [4].
По этой схеме предполагается построить 4-й блок на Верхне- Мутновской ГеоЭС мощностью 6,5 МВт. Как говорилось выше, на трех блоках этой станции вода с температурой 150—170°С после расширителей закачивается обратно в пласт. Предполагается предварительно использовать ее теплоту для нагрева теплоносителя в бинарном цикле. Поскольку использование фреона-12 запрещено монреальской конвенцией из-за его отрицательного влияния на озоновый слой, в качестве рабочего тела принят изобутан (СН3)2СНСН3. Его преимущество в том, что он (впрочем, как и фреон-12) не замерзает при низких температурах, что важно в условиях Камчатки. В ближайшей перспективе основной прирост мощностей ГеоЭС будет обеспечиваться благодаря широкомасштабному освоению низкотемпературных геотермальных источников с использованием бинарных технологий [4].