3. Методы и способы использования геотермального тепла

Геотермальную энергию получают от источников тепла с высоки­ми температурами, она обладает некоторыми особенностями. Одна из них заключается в том, что температура теплоносителя существенно ниже температуры при сжигании топлива. Несмотря на то, что суммар­ные запасы геотермальной энергии велики, ее термодинамическое каче­ство низко.

С геотермальными источниками всегда связывают попытки выра­ботки электроэнергии как наиболее ценного продукта, в то время как наилучший способ утилизации тепловой энергии - использование ком­бинированного режима (и выработка электроэнергии и обогрев). Элек­троэнергия может быть подана в энергосистему и через нее передана потребителям наряду с электроэнергией, вырабатываемой другими ис­точниками. Однако, использование геотермальной энергии в виде тепла не менее важно.

Выработка электроэнергии будет представлять интерес, если теп­лоноситель имеет температуру более 300 °С, и не будет, если последняя ниже 150 °С.

Тепло затруднительно передавать на расстояние более 30 км, по­этому необходимо его использовать вблизи места добычи. В зонах хо­лодного климата обогрев жилищ и промышленных зданий создает ощу­тимую потребность в тепле, если плотность населения составляет более 300 человек на км². Таким образом, тепловая станция мощностью 100 МВт может обслуживать жилой район площадью примерно 20x20 км. Подобная геотермальная система давно используется в Ис­ландии и в Новой Зеландии. Другие крупные потребители тепла - теп­лицы, фермы для разведения рыб, установки для сушки пищевых про­дуктов и для реализации других технологий.

Масштаб использования геотермальной энергии определяют неко­торые факторы. Доминантой стоимости оказываются капитальные за­траты на сооружение скважин, стоимость которых экспоненциально увеличивается с ростом их глубины. Так как температура увеличивается с глубиной, а выработка энергии увеличивается с ростом температуры, в большинстве случаев ограничиваются оптимальной глубиной скважины примерно 5 км.

Общее количество тепла, извлекаемого из геотермальной скважи­ны, можно увеличить за счет повторной закачки отработанной и час­тично охлажденной воды. Это удобный способ избавиться от сбросовых вод, которые могут быть сильно минерализованными и являются опас­ными загрязнителями среды.

1. Использование геотермального тепла в системах теплоснабжения

Для отопления и горячего водоснабжения жилых и производст­венных зданий необходима температура воды не ниже 50.60 °С. Наи­более рациональное использование термальных вод может быть достиг­нуто при последовательной их эксплуатации: первоначально в отопле­нии, а затем в горячем водоснабжении. Но это представляет некоторые трудности, так как потребность в горячей воде по времени года относи­тельно постоянна, тогда как отопление является сезонным, оно зависит от климатических условий района, температуры наружного воздуха, времени года и суток.

В настоящее время разработаны различные схемы использования термальных вод для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.

Наиболее успешно реализованные проекты имеют скважины, про­буренные непосредственно в естественные подземные коллекторы гео­термальных районов (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема размещения гидротермальных станций в гипертермальном районе: 1 - естественный гейзер; 2 - энергетическая станция; 3 - глубокая скважина (5 км); 4 - пароводяной источник; 5 - мантия;

6 - горячие скальные породы

Этот метод используется в Гейзерах (Калифорния) и в Уайракее (Новая Зеландия), где в скважинах существует значительное давление. Подобные методы используются для извлечения энергии из водоносных слоев в высокотермальных районах, где природного напора достаточно, чтобы обойтись без насосных систем.

Последние разработки направлены на извлечение тепла из сухих горных пород, так как они могут обеспечить большую производитель­ность, чем водные источники. Группа специалистов разработала методы дробления скал гидроразрывом с помощью холодной воды, нагнетаемой под давлением в скважину (рис. 8.6). После предварительного дробле­ния пород вода нагнетается через питающую скважину, фильтруется через скальные породы на глубине около 5 км при температуре 250 °С, теплая вода возвращается на поверхность через приемную скважину. Две такие скважины могут обеспечить энергией установку мощностью порядка гигаватта.

Рис. 8.6. Схема извлечения тепла из сухих горных пород

Современные технологии использования в энергетических целях тепла подземных источников предусматривают производство тепловой энергии на геотермальных тепловых станциях (ГТС).

Геотермальные тепловые станции предназначены для обеспечения централизованного теплоснабжения потребителей, расположенных вблизи геотермальных месторождений. Принцип построение ГТС дос­таточно прост и основные проблемы связаны с высоким содержанием солей в термальных водах, что требует выполнения теплообменников из высоко коррозионно-стойких материалов.

Характеристики ряда станций приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Технические характеристики геотермальных тепловых станций

Характеристики	Тип станции
	ГТС-350П	ГТС-350В	ГТС-700П	ГТС-700В
Тепловая мощность, МВт	6	6	20	20
Вид теплоносителя	Пар	Вода	Пар	Вода
Температура сетевой воды на выходе, °С	92	95	92	95

Оборудование для ГТС выпускается серийно, в том числе и на российских предприятиях.