От Камчатки до Кавказа
В России развитие геотермальной энергетики имеет достаточно давнюю историю, и по ряду позиций мы находимся в числе мировых лидеров, хотя в общем энергобалансе огромной страны доля геотермальной энергии пока ничтожно мала. Пионерами и центрами развития геотермальной энергетики в России стали два региона — Камчатка и Северный Кавказ, причём если в первом случае речь идёт прежде всего об электроэнергетике, то во втором — об использовании тепловой энергии термальной воды. На Северном Кавказе — в Краснодарском крае, Чечне, Дагестане — тепло термальных вод для энергетических целей использовалось ещё до Великой Отечественной войны. В 1980–1990-е годы развитие геотермальной энергетики в регионе по понятным причинам застопорилось и пока из состояния стагнации не вышло. Тем не менее геотермальное водоснабжение на Северном Кавказе обеспечивает теплом около 500 тыс. человек, а, например, город Лабинск в Краснодарском крае с населением 60 тыс. человек полностью отапливается за счёт геотермальных вод. На Камчатке история геотермальной энергетики связана, прежде всего, со строительством ГеоЭС. Первые из них, до сих пор работающие Паужетская и Паратунская станции, были построены ещё в 1965–1967 годах, при этом Паратунская ГеоЭС мощностью 600 кВт стала первой станцией в мире с бинарным циклом. Это была разработка советских учёных С. С. Кутателадзе и А. М. Розенфельда из Института теплофизики СО РАН, получивших в 1965 году авторское свидетельство на извлечение электроэнергии из воды с температурой от 70°C. Эта технология впоследствии стала прототипом для более 400 бинарных ГеоЭС в мире. Мощность Паужетской ГеоЭС, введённой в эксплуатацию в 1966 году, изначально составляла 5 МВт и впоследствии была наращена до 12 МВт. В настоящее время на станции идёт строительство бинарного блока, который увеличит её мощность ещё на 2,5 МВт. Развитие геотермальной энергетики в СССР и России тормозилось доступностью традиционных энергоносителей — нефти, газа, угля, но никогда не прекращалось. Крупнейшие на данный момент объекты геотермальной энергетики — Верхне-Мутновская ГеоЭС с суммарной мощностью энергоблоков 12 МВт, введённая в эксплуатацию в 1999 году, и Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт (2002 год). Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоЭС — уникальные объекты не только для России, но и в мировом масштабе. Станции расположены у подножия вулкана Мутновский, на высоте 800 метров над уровнем моря, и работают в экстремальных климатических условиях, где 9–10 месяцев в году зима. Оборудование Мутновских ГеоЭС, на данный момент одно из самых современных в мире, полностью создано на отечественных предприятиях энергетического машиностроения. В настоящее время доля Мутновских станций в общей структуре энергопотребления Центрально-Камчатского энергетического узла составляет 40%. В ближайшие годы планируется увеличение мощности.
Отдельно следует сказать о российских петротермальных разработках. Крупных ПЦС у нас пока нет, однако есть передовые технологии бурения на большую глубину (порядка 10 км), которые также не имеют аналогов в мире. Их дальнейшее развитие позволит кардинально снизить затраты на создание петротермальных систем. Разработчики данных технологий и проектов — Н. А. Гнатусь, М. Д. Хуторской (Геологический институт РАН), А. С. Некрасов (Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН) и специалисты Калужского турбинного завода. Сейчас проект петротермальной циркуляционной системы в России находится на экспериментальной стадии. Перспективы у геотермальной энергетики в России есть, хотя и сравнительно отдалённые: на данный момент достаточно велик потенциал и сильны позиции традиционной энергетики. В то же время в ряде отдалённых районов страны использование геотермальной энергии экономически выгодно и востребовано уже сейчас. Это территории с высоким геоэнергетическим потенциалом (Чукотка, Камчатка, Курилы — российская часть Тихоокеанского «огненного пояса Земли», горы Южной Сибири и Кавказ) и одновременно удалённые и отрезанные от централизованного энергоснабжения. Вероятно, в ближайшие десятилетия геотермальная энергетика в нашей стране будет развиваться именно в таких регионах. Кирилл Дегтярев, научный сотрудник, МГУ им. М. В. Ломоносова «Наука и жизнь» №9, №10 2013 задачапосвящена тепловому потенциалу геотермальной энергии, сосредоточенной в естественных водоносных горизонтах на глубине z, км, от земной поверхности. Толщина водоносного слоя h, км, меньше глубины его залегания. Слой имеет пористую структуру – скальные породы имеют поры, заполненные водой (пористость оценивается коэффициентом α). Средняя плотность твердых пород земной коры ρгр = 2700 кг/м3, а коэффициент теплопроводности λгр = 2 Вт/(м·К). Изменение температуры грунта по направлению к земной поверхности характеризуется температурным градиентом (dT/dz), измеряемым в °С/км или К/км . В полутермальныхрайонах температурный градиент равен 40–80 °С/км (например, Северный Кавказ). Здесь целесообразно использовать тепло недр для отопления, в теплицах, в бальнеологии. В гипертермальныхрайонах (вблизи границ платформ земной коры) градиент более 80 °С/км. Здесь целесообразно строить ГеоТЭС. При известном температурном градиенте можно определить распределение температуры водоносного пласта Tг=To+(dT/dz)·z, (3.1) где Тo – температура на поверхности Земли, К (°С) (принимается средняя – 10 °С). В расчетной практике характеристики геотермальной энергетики обычно относят к 1 км2 поверхности F. Теплоемкость пласта спл, Дж/К, можно определить по уравнению спл=[α·ρв·св+(1–α)·ρгр·сгр]·h·F, (3.2) где ρв и св – соответственно плотность и изобарная удельная теплоемкость воды; ρгр и сгр – плотность и удельная теплоемкость грунта (пород пласта). Если задать минимально допустимую температуру, при которой можно использовать тепловую энергию пласта Т1 (К), то можно оценить его тепловой потенциал к началу эксплуатации, Дж, E0=спл·(T2–T1). (3.3) Возможное время использования пласта τ0, лет, в случае отвода тепловой энергии путем закачки в него воды с объемным расходом V, м3/с, можно определить по уравнению τ0=спл/(V·ρв·св). (3.4) Считают, что тепловой потенциал пласта во время его разработки изменяется по экспоненциальному закону E= E0·exp(–τ/τ0), (3.5) где τ – число лет с начала эксплуатации; еxp – основание натуральных логарифмов. Тепловая мощность геотермального пласта в момент времени τ (лет с начала разработки) в Вт (МВт) (dE/dτ)τ = – E0/τ0·exp(τ/τ0). (3.6)
Задача №3 Определить начальную температуру t2 и количество геотермальной энергии Еo (Дж) водоносного пласта толщиной h=0,8 км при глубине залегания z=3,5 км, если заданы характеристики породы пласта: плотность ргр = 2700 кг/ м3 ; пористость а = 5 %; удельная теплоемкость Сгр =840 Дж/(кг· К). Температурный градиент (dT/dz) =65 °С /км Среднюю температуру поверхности to принять равной 10 °С. Удельная теплоемкость воды Св = 4200 Дж/(кг · К); плотность воды ρ= 1·103 кг/м3 . Расчет произвести по отношению к площади поверхности F = 1 км2. Минимально допустимую температуру пласта принять равной t1 =40 ° С. Определить также постоянную времени извлечения тепловой энергии τo(лет) при закачивании воды в пласт и расходе ее V =0,1 м3/(с·км2). Какова будет тепловая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dτ)τ=0 и через 10 лет (dE/dτ)τ=10 ?
Дано: h=0,8 км z=3,5 км ргр = 2700 кг/ м3 λгр =2 Вт/(м·К) а = 5 % Сгр =840 Дж/(кг· К) (dT/dz) =65 °С /км to=10 °С Св = 4200 Дж/(кг · К) ρ= 1·103 кг/м3 F = 1 км2 t1 =40 ° С V =0,1 м3/(с·км2) 1.) τ=0 лет 2.) τ=10 лет
Найти: t2, Еo, τo
МВт МВт Ответ: начальная температура t2 = 237,5 °С, тепловой потенциал к началу эксплуатации Еo=3,7· 10 17 Дж, возможное время использования пласта τ0=143 года; тепловая мощность, извлекаемая первоначально МВт, через 10 лет 76 МВт.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (531)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |