Геотермальная энергетика, как альтернативный источник энергии на Камчатке

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...3

1. Общая характеристика геотермальной энергетики:

1.1 Путь геотермальной энергетики в мире………………………….

2.   Способы получения электроэнергии на геотермальных электрос-танциях…
3. Воздействие геотермальной энергетики на окружающую среду………
2. Мутновская геотермальная электростанция на Камчатке:
1.   Предприятие, осуществляющее работу Мутновской ГеоЭС…………….10

2.2  Характеристика  объекта Мутновской ГеоЭС…………………………….12

2.3  Источники загрязнения окружающей среды.……………………………...13

 2.4 Охрана воздушного бассейна Мутновской ГеоЭС Камчатки…………….16

 2.5 Проблемы возникшие при использовании  геотермальных ресурсов Мутновского  месторождения……………………………………………………..

3. Оценка эффективности системы управления охраной окружающей среды в ОАО «Геотерм»……………………………………………………………………23

Заключение…………………………………………………………………………….28

Список  используемой литературы…………………………………………………...29

Приложение  А…………………………………………………………………………31

Приложение  Б…………………………………………………………………………34

Приложение  В…………………………………………………………………………36

Приложение  Г…………………………………………………………………………38

Приложение  Д…………………………………………………………………………39

Приложение  Е…………………………………………………………………………40 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     Энергетика  является основой современной народнохозяйственной системы, но она же ¾ и главный загрязнитель, более того ¾ разрушитель окружающей среды. Добыча, транспортировка, использование в нынешних масштабах нефти. Природного газа, угля неизбежно связаны с колоссальным по объему, глубине (как в прямом, так и в переносном смысле) и масштабом последствий негативным воздействием на окружающую среду. Не утихают споры относительно принципиальной приемлемости  экологического риска, связанного с атомной энергетикой. Проекты гидроэнергетического строительства практически неизбежно встречают те или иные возражения, основанные на экологической аргументации. Даже отстаиваемые большинством экологов направления развития энергетики на базе возобновляемых источников критикуются другими экологами как связанные с теми или иными негативными воздействиями на окружающую среду (ветровые энергоустановки вредят птицам, «загрязняют горизонт» и т.п., производство и утилизации отслуживших свой срок солнечных батарей экологически) [1].

     Тепло Земли – крупнейший возобновляемый источник энергии на планете, который  существенно отличается от других альтернативных вариантов теплопоставок. Его можно использовать в разных климатических условиях и в разные времена года (интенсивность энергопотока не зависит от солнечной активности). Коэффициент использования геотермальных электростанций, как правило, превышает 90%. Цена электроэнергии, даваемой этими электростанциями, ниже, чем электричества, полученного с использованием других возобновляемых источников энергии. Геотермальная энергетика (ГеоЭ) несмотря на свою молодость (у нее всего 100-летняя история) быстро развивается во всем мире.

     Перспективы использования энергии тепла Земли поистине безграничны, поскольку под поверхностью нашей планеты, являющейся, образно говоря, гигантским естественным энергетическим котлом, сосредоточены огромнейшие резервы тепла и энергии, основными источниками которых являются происходящие в земной коре и мантии радиоактивные превращения, вызываемые распадом радиоактивных изотопов. Энергия этих источников столь велика, что она ежегодно на несколько сантиметров сдвигает литосферные пласты Земли, вызывает дрейф материков, землетрясения и извержения вулканов.

     Проблема энергетики затрагивает и Камчатский край, как территорию, являющуюся не только активным потребителем энергии, но и край, обладающий большим потенциалом энергетических ресурсов для развития альтернативной энергетики. Проблематичность реализации данного потенциала заключается в том, что энергетика Камчатского края с момента своего создания основана на использования исключительно привозного топлива (уголь, мазут, дизельное топливо), в результате чего здесь  сложились самые высокие тарифы на энергоресурсы (обусловленные транспортными расходами), которые не могут обеспечить достаточной конкурентоспособности любой производимой на территории Камчатки продукции за пределами полуострова [2].

     Объектом  исследования выступает геотермальная  энергетика в целом, как альтернативный источник  энергии. Предметом же выступает непосредственно Мутновская геотермальная станция Камчатского края.

     Цель  дипломной работы – изучение геотермальной энергетики и ее влияния на окружающую среду. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать геотермальную энергетику в целом;
2. Изучить работу Мутновской геотермальной станции и особенности ее воздействия на окружающую среду;
3. Проанализировать систему охраны окружающей среды разработанную в ОАО «Геотерм»

      Для написания курсовой работы была использована литература в основном монографического содержания, а также статьи периодических  изданий.  
 
 

1. Общая характеристика геотермальной энергетики

1.1 Способы получения электроэнергии на геотермальных электростанциях

     В последнее время все большее  распространение получают станции, использующие энергию солнца, горячих  подземных вод (геотермальные), энергию  морских приливов и отливов.

     Электростанции, работающие на подземном тепле, называются геотермальными. Геотермальные электростанции (ГеоЭС) используют в качестве источника энергии естественные парогидротермы, залегающие на глубине до 5 км. Тепловая энергия вулканических источников используется в 62 странах, суммарная мощность станций составляет 19,3 тыс. МВт.

     В России большими геотермальными ресурсами  обладают Камчатка, Курилы, Чукотка, Приморье, Западная Сибирь, Кавказ. В мире это  Исландия, США, Мексика, Новая Зеландия, Филлипины, Япония, Индонезия, Италия. Геотермальные ресурсы распределены неравномерно, и основная их часть сосредоточена в районе Тихого океана. Человечество в ожидании кризиса традиционной углеводородной энергетики все больше задумывается о развитии возобновляемых источников. За последние 4 года рост использования геотермальной энергии для производства электричества и прямого теплового потребления составил 4 % в год.

     Для регионов с вулканической деятельностью  геотермальные источники – источник дешевой и часто беспредельной энергии. Но температура газа на рабочих лопатках турбин в этом цикле не достигает даже 200 ^оС. Турбины для геотермальных станций делают в Калуге. Выбор Калужского турбинного завода связан с тем, что главная его специализация – турбины для подводных лодок, где температура газа на рабочих лопатках тоже относительно невысока. По этой причине в мире совсем немного стран, которые обладают технологиями, позволяющими строить турбины для геотермальных электростанций [3].

     Россия  может на своих геотермальных  источниках создать сеть локальных, надежных, дешевых и экологически чистых тепло- и электростанций. Развитию геотермальных станций препятствует то, что горячие подземные источники расположены в труднодоступных районах со сложными климатическими условиями.

     Источники геотермальной энергии по классификации Международного энергетического агентства делятся на 5 типов [3]:

1. Месторождения геотермального сухого пара. Они сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки. Тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников.
2. Источники влажного пара (смеси горячей воды и пара). Они встречаются чаще. При их освоении приходится решать вопросы предотвращения коррозии оборудования ГеоТЭС и загрязнения окружающей среды (удаление конденсата из-за высокой степени его засоленности).
3. Месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду). Они представляют собой так называемые геотермальные резервуары, которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой.
4. Сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более). Их запасы энергии наиболее велики. Весь вопрос в том, как научиться эффективно и экономично извлекать это тепло из недр Земли.
5. Магма, представляющая собой нагретые до 1300 °С расплавленные горные породы.

     Геотермальная энергия в основном низкопотенциальна, т. е. температура воды или пара, выходящих  из скважин, невысока. А это существенно  сказывается на эффективности применения такой энергии. Для производства электроэнергии экономически целесообразна температура теплоносителя не ниже 150 ^оС, в этом случае он направляется непосредственно в турбину. Основные параметры ГеоЭС: номинальная мощность – 50 МВт, расход пара – 320 т/ч, температура сепарата в системе реинжекции – 175 ^оС и 145 ^оС, давление пара в конденсаторе – 0,05 бар, доля неконденсирующихся газов в паре – менее 1,5 %.

      Существуют  различные классификации термальных вод [3]:

1. Температуре: слаботермальные до 40 °C; термальные 40-60 °C; высокотермальные 60-100 °C ; перегретые более 100 °C.
2. Минерализации (сухой остаток): ультрапресные до 0,1 г/л; пресны 0,1-1,0 г/л; слабосолоноватые 1,0-3,0 г/л; сильносолоноватые 3,0-10,0 г/л; соленые 10,0-35,0 г/л; рассольные более 35,0 г/л 
3. Общей жесткости: очень мягкие до 1,2 мг-экв/л; мягкие 1,2-2,8 мг-экв/л  средние 2,8-5,7 мг-экв/л; жесткие 5,7-11,7 мг-экв/л; очень жесткие; более 11,7 мг-экв/л 
4. Кислотности, рН: сильнокислые до 3,5; кислые 3,5-5,5; слабокислые 5,5-6,8; нейтральные 6,8-7,2; слабощелочные 7,2-8,5; щелочные более 8,5; 
5. Газовому составу: сероводородные ; сероводородно-углекислые; углекис-лые; азотно-углекислые; метановые; азотно-метановые; азотные;  
6. Газонасыщенности: слабая до 100 мг/л; средняя 100-1000 мг/л; высокая более 1000 мг/л;

      Масштабы использования термальных вод для теплоснабжения более велики, чем для производства электроэнергии, однако и они не играют значительной роли в энергетике. Как и на электростанциях, здесь используют тепло лишь термальных вод, а не окружающих пластов Земли. Единичные мощности установок невелики. Они ограничены запасами термальной воды и наличием мест для ее сбора.

      Опыт, накопленный различными странами (в  том числе и Россией), относится  в основном к использованию природного пара и термальных вод, которые остаются пока наиболее реальной базой геотермальной энергетики. Однако ее крупномасштабное развитие в будущем возможно лишь при освоении петрогеотермальных ресурсов, т. е. тепловой энергии горячих горных пород, температура которых на глубине 3. . .5 км обычно превышает 100 °С. 

      Геотермальное тепло можно утилизировать либо "непосредственно", либо преобразовывать  его в электричество (посредством  ГеоЭС), если температура теплоносителя  достигает более 150 °С.

      Геотермальная электростанция (ГеоЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников.

      В настоящее время существует три  схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных  ресурсов:

• прямая с использованием сухого пара, паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном пару. Пар поступает непосредственно в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке и хранении топлива). Это старейшие геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.
• непрямая с использованием водяного пара Для производства электричества на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.
• смешанная схема производства (бинарный цикл). Большинство геотермальных районов содержат воду умеренных температур (ниже 200 0С). На электростанциях с бинарным циклом производства эта вода используется для получения энергии. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

     Тип преобразования зависит от состояния  среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

      Сегодня уже в 80 стран мира в той или  иной степени используется геотермальное  тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла уровня строительства теплиц, бассейнов, использования в лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются примерно в 25 странах. Потенциал геотермальной энергетики в мире рассмотрен на рисунке. Сегодня ГеоТЭС производят около 54613 ГВт/ч в год. Современные объемы электроэнергии, получаемой благодаря этой технологии, достаточны для удовлетворения потребностей в электроэнергии 60 млн. человек, т. е. 1% населения планеты. Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 75900 ГВт / ч. 

      Россия  не входит даже в первую десятку  производителей электрической и  тепловой энергии из геотермальных  источников, и это несмотря на то, что запасы геотермальной энергии в России огромны и, по оценкам экспертов, в 10-15 раз превышают запасы органического топлива в стране. Одновременно, основные геотермальные источники в России расположены экономически невыгодно: Камчатка, Сахалин и Курильские острова отличаются слабой инфраструктурой, высокой сейсмичностью, малонаселенностью, сложным рельефом местности.

      С экономической точки зрения в  нашей стране наиболее интересными  являются геотермальные ресурсы  Краснодарского и Ставропольского  краев, Калининградской области, где  имеются запасы горячей воды с температурой до 1200Со. Запасы геотермального тепла имеются и на Чукотке, часть из них уже открыта и может активно использоваться для энергообеспечения близлежащих городов и поселков. На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой в резервуаре от 70 до 1800Со, которые находятся на глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения и горячего водоснабжения в сельском хозяйстве, промышленности и в быту. Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве и, конечно, для теплоснабжения городов и поселков.

      По  мнению экспертов, в последние годы в России наблюдается поворот к использованию геотермальных источников в энергетической отрасли. Вместе с тем, рассматривая текущее и перспективное производство электроэнергии на основе возобновляемых источников, следует отметить, что геотермальная энергия к началу века от общего количества вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0.15 % и лишь к 2010 г. хотя и увеличится на треть, но не превысит 0.2 % с общей выработкой на уровне 7 ТВт/ч. 

      1.2  Воздействие геотермальной энергетики на окружающую среду

     Применение  геотермальных вод не может рассматриваться  как экологически чистое потому, что  пар часто сопровождается газообразными  выбросами, включая сероводород  и радон - оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая вода извлекается для станций с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера может уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода - дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях [4].

     Неблагоприятные воздействия источников геотермальной  энергии на окружающую среду:

• выбросы вредных газов, особенно сероводорода;
• наличие минерализованных отработанных потоков и сброса их в водоемы;
• солеотложения в скважинах;
• возможность попадания в грунтовые воды отработанных рассолов, которые могут содержать: радиоактивные элементы, нитриды, хлориды и сульфиды некоторых металлов, сероводород, бор, мышьяк;
• изменение давления в пласте может повлиять на уровень грунтовых вод в районе ГеоЭС и отрицательно сказаться на работе артезианских скважин, используемых для водоснабжения;
• ограниченная эффективность фонтанной технологии в связи с малым дебитом самоизлива и редкими зонами термоаномалий с высокотемпературными коллекторами глубиной до 1,5-2 км, в результате чего небольшая выдача энергии не может окупить значительные затраты на более глубокие скважины;
• неполное срабатывание температурного потенциала теплоносителя;
• оседание почвы и возможное проявление сейсмической активности, вследствие извлечения жидкости из недр.

     Основное  воздействие на окружающую среду  геотермальные электростанции оказывают  в период разработки месторождения, строительства трубопроводов и  здания станций, но оно обычно ограничено районом месторождения. Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются оседание почвы и сейсмические эффекты. Оседание возможно всюду, где нижележащие слои перестают поддерживать верхние слои почвы и выражается в снижении дебитов термальных источников и гейзеров и даже полном их исчезновении. Так, при эксплуатации месторождения Вайрокей (США) с 1954 по 1970 гг. поверхность земли просела почти на 4 м, а площадь зоны, на которой произошло оседание грунта, составила около 70 км², продолжая ежегодно увеличиваться.

     На  ГеоЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем отравляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными отходами станций на органическом топливе. Химическое воздействие будут оказывать содержащиеся в теплоносителе химические загрязнения, в первую очередь – бор, мышьяк, диоксид кремния [5].

     Одно  из неблагоприятных проявлений ГеоЭС – загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин. Сброс отработанных термальных вод может вызвать заболачивание отдельных участков почвы в условиях влажного климата, а в засушливых районах – засоление. Опасен прорыв трубопроводов, в результате которого на землю могут поступить большие количества рассолов.

     На  основании вышеизложенного можно  сделать вывод, что ГеоЭС, использующие для производства электрической  энергии и тепла возобновляемые источники энергии, не оказывают  существенного влияния на состояние  окружающей среды в ее изначальном  природном состоянии. По сравнению с аналогичными по своему функциональному назначению объектами, например тепловыми станциями, работающими на жидком углеводородном топливе, ГеоЭС имеют неоспоримые экологические преимущества. 
 
 

2. Мутновская  геотермальная электростанция на Камчатке

2.1 Предприятие, осуществляющее работу Мутновской ГеоЭС

     Открытое  акционерное общество «Геотерм»  является генерирующей компанией, осуществляя эксплуатацию геотермальных станций: производит преобразование тепловой энергии естественно нагретых и перегретых подземных вод в электрическую энергию с последующей ее подачей потребителям [6].

     Промышленных  площадок — три, из них две находятся в Елизовском районе Камчатской области, в 60 км от пос. Термальный (Мутновская ГеоЭС-1 и Верхне-Мутновская ГеоЭС).  Площадка МГеоЭС-1 расположена в пределах участка Дачный Мутновского геотермального месторождения между сопками Скалистой и Длинной. Площадка  ГеоЭС расположена в пределах участка Верхне-Мутновский Мутновского геотермального месторождения у северного подножья Мутновского вулкана на высоте 781-783 м.

       Климат района Мутновских ГеоЭС  характеризуется продолжительной  многоснежной зимой и коротким дождливым летом. Снег лежит 8-9 месяцев с  октября по июнь. Высота снежного покрова до 4 м- на открытых участках и до 17 м на пониженных участках.

      Одна  промплощадка — расположена в г. Петропавловск-Камчатский (профилакторий для автомобилей).

     Кроме того, в г. Петропавловске-Камчатском расположено административное здание ОАО «Геотерм», а в 13 км от пос. Термальный в направлении Мутновских ГеоЭС – вахтовый поселок «Надежда». 

     Общая численность сотрудников - 299 человек.

     В состав ОАО «Геотерм» входят следующие  объекты:

     1) Мутновская ГеоЭС-1 (участок Дачный Мутновского месторождения парогидротерм). Установленная мощность — 50 МВт, среднестатистическая выработка электроэнергии 280 млн. кВт×ч.

     Цеха  основного производства: турбинный  цех, цех АСУТП и СДТУ, электрический цех, цех эксплуатации промысла.

     Вспомогательные подразделения на производственных площадках: химическая экспресс-лаборатория, общежития на 55 человек, столовая, медпункт, топливное хозяйство, ремонтная мастерская.

     Для очистки сточных вод используются очистные сооружения хозяйственно-бытовых стоков, очистные сооружения нефтесодержащих стоков.

     Контроль  за качественным составом стоков производится сторонней специализированной лабораторией по договору и химической экспресс-лабораторией МГеоЭС-1.

     2) Верхне-Мутновская ГеоЭС (Верхне-Мутновский участок Мутновского месторождения парогидротерм). Установленная мощность — 12 МВт, среднестатистическая выработка электроэнергии 81 млн. кВт×ч.

     Цеха  основного производства: турбинный  цех, электрический цех.

     Вспомогательные подразделения на производственных площадках: жилые модули на 15 человек, столовая, ремонтная мастерская.

     Для очистки сточных вод используются очистные сооружения хозяйственно-бытовых стоков  (1 о/с).

     3) Административное здание ОАО  «Геотерм».

     Находится в г. Петропавловске-Камчатском по ул. Академика Королева, 60. Административно-управленческий аппарат предприятия состоит из 69 человек.

     Отопление и горячее водоснабжение административного  здания осуществляется от автономной миникотельной,  состоящей из  двух водогрейных бойлеров на жидком  топливе  (1 котел рабочий, 1 котел резервный). Хранение и расход топлива осуществляется с использованием расходной емкости для дизтоплива 0,8 м³ и подземного резервуара емкостью 5 м³.

           Химическая лаборатория  в административном здании осуществляет анализ термальных вод (теплоносителя). 

     4) Профилакторий

     Профилакторий предназначен для технического обслуживания и ремонта автотранспортной техники, обеспечивающей производственные нужды предприятия. Численность персонала — 9 человек.

     Здание  профилактория оборудовано постами  технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, для проведения ремонтных работ имеются металлообрабатывающие станки, электрогазосварка. Склады горюче-смазочных материалов (ГСМ) и заправочные станции на территории профилактория отсутствуют.

     Хозбытовые  стоки сбрасываются в городскую  канализацию без очистки. Производственные стоки от помывки полов профилактория перед сбросом подвергаются механической очистке.

     5) Вахтовый поселок «Надежда»

     Вахтовый  поселок расположен в 13 км южнее  пос. Термальный. Основное назначение поселка -  обеспечение эксплуатации Мутновских ГеоЭС, подъездных дорог к ним, линий электропередач. ОАО «Геотерм» частично использует вахтовый поселок лишь как перевалочную базу для доставки грузов и персонала на ГеоЭС в труднопроходимый для колесного транспорта период.

     В составе вахтового поселка: общежитие, дизельная электростанция, резервуар дизтоплива, складские помещения, скважины холодной и термальной воды, бассейн, теплица, столовая.