Геотермальные электростанции

 

 

 

 

 

Введение…………………………………………………………………….

1. Геотермальные электростанции или что такое геотермальная

энергия?....................................................................................................

2. Геотермальные электростанции -  способы использования

геотермальной энергии ………………………………………………..

3. Геотермальные электростанции - принципы работы ……………….
1. Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару……...
2. Геотермальные электростанции на парогидротермах………............
3. Геотермальные электростанции с бинарным циклом

производства электроэнергии ………………………………………...

4. Будущее геотермального электричества……………………………...
4. Достоинства и недостатки …………………………………………….

Заключение ………………………………………………...........................

Список литературы ……………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

4

 

7

8

8

9

 

9

9

11

13

14 

ВВЕДЕНИЕ

 

В поисках альтернативных источников энергии люди пришли к  возможности использования геотермальных  запасов земли. Ученые давно выяснили, что с продвижением в глубь планеты температура увеличивается. Так появилась идея использовать тепло земли в качестве источника энергии.

Увеличение температуры  происходит за счет радиоактивного распада  химических элементов, содержащихся в  недрах земли. Разогретые до высоких  температур породы нагревают воду, имеющуюся в земной коре.

Вода, нагретая выше 20°C, называется геотермальной. Температура геотермальных  вод, поступающих на поверхность  земли, может достигать 300°C, а температура  пара доходить до 600°C.

Геотермальные воды с наиболее высокой температурой и пар используют для получения электроэнергии. Энергия, полученная таким способом, дешевле, чем энергия тепловых, атомных  и гидроэлектростанций. Наличие  больших запасов геотермальной  энергии в земной коре дает надежду  на то, что у этой отрасли энергетики большое будущее.

Таким образом, тема реферата имеет большую актуальность в  наши дни, так как дальнейшее развитие этой отрасли энергетики обеспечит экономический рост страны, даст возможность отказаться от использования не возобновляемых источников энергии и улучшить экологическую обстановку.

 

1. Геотермальные электростанции или

что такое  геотермальная энергия?

 

Геотермальная электростанция – это особый тип электростанции, которая преобразует внутреннее тепло Земли в электрическую  энергию.

В настоящее время, геотермальная  энергия является наименее используемой во всем мире. Однако ожидается, что  подобное положение  вещей в самом скором времени изменится. Нарастающий дефицит органических видов топлива, постоянное увеличение стоимости нефти, и, как следствие, продуктов её переработки, заставляют современный мир обращать все большее внимание на альтернативные источники энергии. В настоящее время геотермальная энергия уже используется в ряде стран, в том числе и в Белоруссии.

Геотермальная энергия –  это самый большой энергетический запас на планете, которым располагает  человечество. А наряду с её экологической  безопасностью, разработка и строительство  геотермальных электростанций становится все более актуальным.

Схема работы геотермальной  электростанции достаточно проста. Вода, через специально пробуренные отверстия, закачивается глубоко под землю, в те слои земной коры, которые естественным образом довольно сильно нагреты. Просачиваясь в трещины и полости горячего гранита, вода нагревается, вплоть до образования  водяного пара, и по другой, параллельной скважине поднимается обратно.

После этого горячая вода поступает непосредственно на электростанцию, в так называемый теплообменник, и её энергия преобразуется в электрическую. Это происходит посредством турбины и генератора, как и во многих других типах электростанций.

В другом варианте геотермальной  электростанции, используются природные  гидротермальные ресурсы, т.е. вода, нагретая до высокой температуры  в результате естественных природных  процессов. Однако область использование подобных ресурсов значительно ограничена наличием особых геологических районов. В России, например, такими являются Камчатка или район Кавказских минеральных вод. В этом случае в теплообменник поступает уже нагретая вода, выкачанная из земных недр. В другом случае – вода в результате высокого геологического давления, поднимается самостоятельно, через специально пробуренные отверстия.

Это, так скажем, общий  принцип работы геотермальной электростанции, который подходит для всех их типов.

Что же такое геотермальная  энергия?

Геотермальная энергия –  это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла  можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 °С каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 °С. Скорость остывания Земля примерно равна 300-350 °С в миллиард лет. Земля содержит 42 х 1012 Вт тепла, из которых 2% содержится в коре и 98% - в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое находится слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

Чем глубже скважина, тем  выше температура, но в некоторых  местах геотермальная температура  поднимается быстрее. Такие места  обычно находятся в зонах повышенной сейсмической активности, где сталкиваются или разрываются тектонические  плиты. Именно поэтому наиболее перспективные  геотермальные ресурсы находятся  в зонах вулканической активности. Чем выше геотермический градиент, тем дешевле обходится добыча тепла, за счет уменьшения расходов на бурение и качание. В наиболее благоприятных случаях, градиент может быть настолько высок, что поверхностные воды нагреваются до нужной температуры. Примером таких случаев служат гейзеры и горячие источники.

Ниже земной коры находится  слой горячего и расплавленного камня  называемый магмой. Тепло возникает  там, прежде всего, за счет распада природных  радиоактивных элементов, таких  как уран и калий. Энергетический потенциал тепла на глубине 10 000 метров в 50 000 раз больше энергии, чем все  мировые запасы нефти и газа.

Зоны наивысших подземных  температур находятся в регионах с активными и молодыми вулканами. Такие «горячие точки» находятся  на границах тектонических плит или  в местах, где кора настолько тонка, что пропускает тепло магмы. Множество  горячих точек находится в  зоне Тихоокеанского кольца, которое  еще называют «огненное кольцо»  из-за большого количества вулканов.

 

2. Геотермальные электростанции -  способы использования 

геотермальной энергии

 

Существует два основных способа использования геотермальной  энергии: прямое использование тепла  и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования  тепла широко распространенна в высоких широтах на границах тектонических плит, например в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 150 °С).

В Калифорнии, Неваде и некоторых  других местах геотермальная энергия  используется на больших электростанциях, Так, в Калифорнии около 5% электричества  вырабатывается за счет геотермальной  энергии, в Сальвадоре геотермальная  энергия производит около 1/3 электроэнергии. В Айдахо и Исландии геотермальное  тепло используется в различных  сферах, в том числе и для  обогрева жилья. В тысячах домах  геотермальные тепловые насосы используются для получения экологически чистого  и недорогого тепла.

 

3. Геотермальные электростанции - принципы работы

 

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

-   прямая, с использованием сухого пара;

-  непрямая, с использованием водяного пара;

-  смешанная схема производства (бинарный цикл).

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 °С) 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.

 

1. Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

 

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.

 

2. Геотермальные электростанции на парогидротермах

 

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.

 

3. Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии

 

Большинство геотермальных  районов содержат воду умеренных температур (ниже 200 °С). 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.

 

4. Будущее геотермального электричества

 

Резервуары с паром  и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных ресурсов. Земная магма и сухая твердая  порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными производителями геотермальной электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.

Чтобы геотермальное электричество  стало ключевым элементом энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать  методы по уменьшению стоимости его  получения. Департамент Энергетики США работает с представителями  геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт.

 

4. Достоинства и недостатки

 

Главным достоинством геотермальной  энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий  окружающей среды, времени суток  и года.

Существуют следующие  принципиальные возможности использования  тепла земных глубин. Воду или смесь  воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для  горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное  тепло около вулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе  имеются источники подземных  термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и  горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн. м² с температурой воды 70—90 °С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, Казахстане, на Камчатке и в ряде других районов России.

Какие проблемы возникают  при использовании подземных  термальных вод? Главная из них заключается  в необходимости обратной закачки  отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных  токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает  сброс этих вод в природные  водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно  использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Итак, достоинствами геотермальной  энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость  от внешних условий, времени суток  и года, возможность комплексного использования термальных вод для  нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном реферате подробно описано, что такое геотермальные электростанции, принципы их работы, а также способы использования геотермальной энергии. Особое место уделяется достоинствам и недостаткам использования такой энергии.

Геотермальные энергетика, и геотермальные электростанции в том числе, является одним из самых перспективных видов получения  альтернативных источников энергии. К  остальным положительным качествам  геотермальной энергии можно  отнести «круглосуточный» режим  работы, который не зависит от климатических  условий, времени года и прочих подобных факторов. Это полностью экологически чистый источник энергии, а его экономическая  эффективность во много раз превосходит  более традиционные виды получения  электроэнергии.

В заключение можно сделать  вывод, что современный уровень  знаний, а также имеющиеся и находящиеся в стадии разработок технологии дают основание для оптимистических прогнозов: человечеству не грозит тупиковая ситуация ни в отношении исчерпания энергетических ресурсов, ни в плане порождаемых энергетикой экологических проблем, так как есть реальные возможности для перехода на альтернативные источники энергии - неисчерпаемые и экологически чистые.

 

Список литературы

 

Э. Берман, Б. Ф. Маврицкий Геотермальная энергия. Издательство Мир, 1978. 416 стр.

А. Е. Севастопольский Геотермальная энергия: Ресурсы, разработка, использование: Пер. с англ. Издательство Мир, 1975.

А. Г. Баева, В. Н. Москвичёва Геотермальная энергия: проблемы, ресурсы, использование. Библиографический указатель. Издательство СО АН СССР, Институт теплофизики, 1979

В.И. Кормилицын, М.С. Цицкшивили, Ю.И. Яламов «Основы экологии», изд-во – Интерстиль, Москва 1997.

 

Н.А. Воронков «Экология - общая, социальная, прикладная», изд-во – Агар, Москва 1999.

 

В.М. Гарин, И.А. Клёнова, В.И. Колесникова «Экология для технических ВУЗов», изд-во – Феникс, Ростов-на-Дону 2001.