3. Двухконтурные ГеоТэс на низкокипящих рабочих телах

Областью применения двухконтурных энергоустановок на низко- кипящих рабочих веществах является использование тепла термальных вод с температурой 100.200 °C, а также отсепарированной воды на ме­сторождениях парогидротерм.

Потенциальные запасы термальных вод с такими температурами сосредоточены, в основном, на Северном Кавказе в водоносных пластах на глубине 2,5.5 км и могут обеспечить создание ГеоТЭС общей мощ­ностью в несколько миллионов киловатт. По экономическим показате­лям в настоящее время такие станции приближаются к станциям на ор­ганическом топливе (стоимость электроэнергии в зависимости от глу­бины скважин и температуры воды может составлять 3.5 центов за кВт-ч). Уже в ближайшие годы по мере роста потребления электроэнер­гии и повышения стоимости топлива ГеоТЭС на Северном Кавказе мо­гут составить конкуренцию строительству новых традиционных элек­тростанций.

Создание комбинированных ГеоТЭС на пароводяных месторож­дениях с использованием тепла отсепарированной воды уже сейчас мо­жет увеличить выработку электроэнергии примерно на 20 % при том же количестве скважин и тем самым улучшить экономические показатели.

Наша страна является пионером в создании энергоустановок на низкокипящих рабочих телах (РТ). Первая в мире опытная ГеоТЭС мощностью 600 кВт на хладоне R-12 была построена на Паратунском месторождении термальных вод на Камчатке еще в 1967 г. К сожале­нию, в то время эти работы не получили должной оценки из-за деше­визны топлива.

Повторно к вопросу использования двухконтурных энергоустано­вок Министерство энергетики обратилось в 1989 г. для опытной Став­ропольской ГеоТЭС на Северном Кавказе на базе термальной воды с температурой 165 °C, добываемой с глубины 4,2 км. Проект «Экологи­чески чистая двухконтурная ГеоТЭС в Ставропольском крае» с 1989 г. включен в ГНТП «Экологически чистая энергетика» при совместном финансировании РАО «ЕЭС России» и Министерства науки и техниче­ской политики РФ.

В ЭНИНе разработана концепция и технологическая схема гео­термальной энергоустановки (рис. 8.19), обеспечивающая добычу тер­мальной воды, эффективное преобразование ее тепла в электроэнергию по двухконтурной тепловой схеме, закачку отработанной воды и про­дуктов промывки теплообменного оборудования в пласт.

Коллективом организаций под руководством ЭНИНа и при актив­ном участии АО «Ставропольэнерго» выполнен комплекс полевых ис­следований на Каясулинском геотермальном полигоне, включая:

• разработку и испытания технологии интенсификации дебита подъемных и приемистости нагнетательных скважин. В результате пер­воначальный дебит термальной воды из одной скважины 800 т/ч увели­чен до 6000 т/ч, что обеспечивает электрическую мощность 3 МВт;

• испытания модельных образцов теплообменного оборудования (парогенератора и воздушного конденсатора);

• разработку и натурные испытания метода промывки теплооб­менного оборудования с целью удаления солеотложений и последую­щей закачки продуктов промывки в пласт.

4

5

б

т

т

<

7

€>

9^S

7777,////////

Рис. 8.19. Принципиальная схема двухконтурной ГеоТЭС на хладоне 142в:

1 - скважина; 2 - подогреватель; 3 - испаритель; 4 - турбина; 5 - генератор;

6 - воздухоохлождаемый конденсатор; 7 - конденсатно-питательный насос;

8 - нагнетательный насос

В ОАО «Кировский завод» разработан проект и техническая до­кументация для изготовления двухконтурного энергетического модуля мощностью 1,5 МВт на фреоне Я-142в. Энергомодуль будет полностью изготавливаться в заводских условиях, доставляться железнодорожным транспортом и автотранспортом на месторождение в собранном виде и потребует лишь минимальных строительно-монтажных работ для под­ключения к местной энергосистеме или к автономному потребителю. Разработанный энергомодуль при незначительных изменениях может использовать в качестве рабочего тела также изобутан. ПО «Сумской насосный завод» разработал проект и техническую документацию на изготовление блочной насосной установки для закачки отработанной воды в пласт. Уже налажено производство специально разработанного взрывобезопасного бесщеточного генератора мощностью 1,6 МВт на 3000 об/мин в объединении ЛМЗ.

Стоимость изготовления и испытаний опытного образца энерго­модуля оценивается в 2 млн долл., сейчас ведется поиск источников финансирования. Ожидается, что заводская стоимость при серийном из­готовлении энергомодулей будет снижена примерно до 800 долл./кВт.

Наряду с энергомодулем на индивидуальном рабочем теле в ЭНИНе по заказу РАО «ЕЭС России» разрабатывается перспективная геотермальная модульная энергоустановка на смесевом водоаммиачном рабочем теле (рис. 8.20).

Главным преимуществом такой энергоустановки является воз­можность ее эффективного использования во всем интервале темпера­тур энергетических термальных вод и пароводяной смеси - от 90 до 220 °C.

Рис. 8.20. Тепловая схема водоаммиачной энергоустановки:

1 - парогенератор; 2 - турбина; 3 - конденсатор; 4 - эжектор;

5 - питательный насос; 6 - экономайзерная часть регенератора;

7 - испарительная часть регенератора

Энергоустановки на индивидуальных рабочих телах (РТ) проекти­руются на определенную температуру греющей воды, ее изменение бо­лее чем на 10.20 °С приводит к значительному снижению кпд и эко­номических показателей. Путем изменения концентрации компонентов смесевого рабочего тела можно обеспечить хорошие показатели энерго-

установки без изменения ее конструкции во всем указанном интервале температур греющего источника.

На рис. 8.21 приведено сопоставление удельной выработки элек­троэнергии на килограмм термальной воды для двухконтурных энерго­установок, использующих в качестве рабочего тела водоаммиачную смесь, воду и аммиак, в зависимости от температуры термальной воды.

Прежде всего, водоаммиачное рабочее тело превосходит по эф­фективности индивидуальные РТ. При этом мощность на валу водоам­миачной турбины при изменении температуры термальной воды в ука­занном интервале меняется в пределах 15 %, а мощность пароводяной и аммиачной турбин - в 4 раза. Кроме того, пароводяная турбина по срав­нению с водоаммиачной при этих температурах греющей воды имеет значительно большие массогабаритные показатели и работает в вакуум­ной области.

							L		2
						::
				:v				__1_

е,кдж/кг

60

50 40 30 20 10 0

tg

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Рис. 8.21. Зависимость максимальной выработки электроэнергии от температуры термальной воды:

1 - водоаммиачная смесь; 2 - вода; 3 - аммиак

Благодаря лучшим, чем у углеводородов и фреонов, характеристи­кам теплопередачи удается также заметно снизить удельную металло­емкость и стоимость парогенератора и конденсатора энергоустановки на водоаммиачной смеси по сравнению с энергомодулем на индивидуаль­ных РТ. Если максимальная мощность транспортабельного энергомоду­ля на индивидуальных РТ не превышает 2 МВт, то на водоаммиачном РТ она может быть увеличена до 10 МВт. Следует отметить также ши-

рокие возможности использования таких энергоустановок для утилиза­ции сбросного тепла в промышленности.

К настоящему времени в ЭНИНе с участием ОАО «Кировэнерго- маш» разработана методика и выполнен расчет турбины, теплообменно­го оборудования и питательного насоса, подтверждающий возможность создания высокоэффективной унифицированной водоаммиачной энер­гоустановки на интервал температур греющего источника 90.220 °С. Технический проект энергомодуля мощностью 5 МВт на водоаммиач­ном РТ выполнен в 1996 г.

Создание такого энергомодуля в рамках международного сотруд­ничества может иметь большую перспективу. Водоаммиачные модуль­ные энергоустановки могут стать дешевым универсальным оборудова­нием для всех геотермальных месторождений - как парогидротермаль­ных, так и водяных. Отсутствие такого оборудования при широком раз­нообразии температур геотермальных источников является серьезным препятствием для освоения геотермальных ресурсов во многих странах.