Геотермальная энергия. 5

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологии важнейших  отраслей промышленности

РЕФЕРАТ

      по дисциплине: Основы энергосбережения

      на тему: Геотермальная энергия

Студентка

ФМ, 1-й курс, ДКУ                                                              Т.С. Корнеевец

Проверила

ассистент                                                                               С.В. Некраха

МИНСК 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1 Технологии  и технологически ограничения  геотермальной энергетики 3

2 Особенности  развития геотермальной энергетики  в Беларуси 6

3 Воздействие  геотермальной энергетики на  окружающую среду 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 9

библиографический список 10

ВВЕДЕНИЕ

Геотермальная энергия—это энергия  внутренних областей Земли. Извержение вулканов наглядно свидетельствует  об огромном жаре внутри планеты. Ученые оценивают температуру ядра Земли в тысячи градусов Цельсия. Эта температура постепенно снижается от горячего внутреннего ядра, где, как полагают, металлы и породы могут существовать только в расплавленном состоянии до поверхности Земли.

Геотермальные ресурсы огромны. Истоки их освоения уходят еще в глубокую древность. Тепло Земли уже сейчас вносит вклад в современную энергетику, но он не соответствует ни экономической  и экологической эффективности, ни ресурсам, пригодным для освоения имеющимися техническими средствами. Остается надеяться, что повсеместное введение новой интенсивной циркуляционной технологии для производства геотермальной  энергии приведет к более широкому ее использованию.

Геотермальная энергия может быть использована двумя основными способами  — для выработки электроэнергии и для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятии. Для какой из этих целей она будет использоваться зависит от формы, в которой она поступает в наше распоряжение. Иногда вода вырывается из-под земли в виде чистого "сухого пара", т. е. пара без примеси водяных капелек. Этот сухой пар может быть непосредственно использован для вращения турбины и выработки электроэнергии. Конденсационную воду можно возвращать в землю и при ее достаточно хорошем качестве — сбрасывать в ближний водоем.

В других местах, где имеется смесь  воды с паром (влажный пар), этот пар  отделяют и затем используют для  вращения турбин; капли воды повредили  бы турбину. Наконец, в большинстве  месторождений есть только горячая  вода, и энергию здесь можно  вырабатывать, пользуясь этой водой  для перевода изобутана в парообразное состояние, с тем, чтобы этот изобутановый «пар» вращал турбины. Такой процесс называют системой с бинарным циклом. Горячей водой можно непосредственно обогревать жилища, общественные здания и предприятия (централизованное теплоснабжение).

1 Технологии и технологически ограничения геотермальной энергетики

Источник геотермальной энергии  – это внутренняя теплота нашей  планеты. Там так горячо, что плавятся камни и вытекает жидкая магма. От высокой температуры нагреваются  грунтовые воды. Они пробиваются  к поверхности земли как тепловые источники и гейзеры. Выходящую  горячую воду и пар можно использовать для выработки электроэнергии или  использовать их по прямому назначению. Также имеет смысл закачивать холодную воду внутрь пород и получать нагретую для выработки электричества. Области, которые хорошо развили  геотермические системы, расположены  в геологически активных зонах. У них есть непрерывный, сконцентрированный тепловой поток, выходящий на поверхность. Например, в Исландии геотермическая энергия, вызванная постоянным движением геологических пластин вкупе с вулканической природой острова, используется, чтобы нагреть 95 % всех домов.

К сожалению, гейзеры нельзя назвать  полностью возобновляемыми источниками. Со временем они теряют свою силу. Чтобы  сохранить их на более длительное время, нужно извлекать пар не спеша. Геотермальная энергетика –получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин. Экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры. В отличие от глубинных термальных вод, используемых по технологии геотермальных циркуляционных систем и расположенных по территории Беларуси неравномерно, приповерхностные геотермальные ресурсы рассредоточены практически повсеместно (малоэффективны по ресурсам лишь районы с вечномерзлыми грунтами), в том числе по регионам, не имеющим местных источников ископаемого топлива.                  
         Извлечение геотермальной энергии приповерхностного грунта с помощью мелких скважин (из-за небольшой глубины залегания) не требует значительных    капиталовложений, обеспечивая, тем не менее, путем нетрадиционного недропользования, широчайший    спектр     объектов с малым и средним теплопотреблением.           
Технологии геотермальной энергетики.              
         Геотермальная энергетика – получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин. Экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры - в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага). В широких масштабах используется в США, Мексике и на Филиппинах. Доля в энергетике Филиппин -19%, Мексики - 4%, США (с учетом использования «напрямую» для отопления) - около 1%. Суммарная энергия всех ГеоТЭС США превышает 2 ГВт.  
Развитие геотермальной энергетики по технологии использования глубинных геотермальных вод сдерживается ограниченностью числа районов, где она экономически эффективна. Кроме того, экологическую опасность представляют сильно засоленные воды, которые получаются после конденсирования горячего пара.

В отличие от глубинных термальных вод, используемых по технологии геотермальных  циркуляционных систем, приповерхностные геотермальные ресурсы рассредоточены практически повсеместно (малоэффективны по ресурсам лишь районы с вечномерзлыми грунтами), в том числе по регионам, не имеющим местных источников ископаемого топлива. Извлечение геотермальной энергии приповерхностного грунта с помощью мелких скважин (из-за небольшой глубины залегания) не требует значительных капиталовложений, обеспечивая, тем не менее, путем нетрадиционного недропользования, широчайший спектр объектов с малым и средним теплопотреблением.

Другим, возможно, перспективным направлением геотермальной энергетики является извлечение энергии, заключенной в  твердых горячих породах на глубине 4-6 км (составляет 99% от общих ресурсов подземной тепловой энергии). На этой глубине массивы с температурой 300-400 °С можно встретить лишь вблизи промежуточных очагов некоторых вулканов, но горячие породы с температурой 100-150 °С распространены на этих глубинах почти повсеместно. Для эффективной работы циркуляционных систем необходимо иметь в зоне отбора тепла достаточно развитую теплообменную поверхность. Такой поверхностью обладает нередко встречающиеся на указанных выше глубинах пористые пласты и зоны естественной трещиностойкости, проницаемость которых позволяет организовать принудительную фильтрацию теплоносителя с эффективным извлечением энергии горных пород, а также искусственного создания обширной теплообменной поверхности в слабопроницаемых пористых массивах методом гидроразрыва. Недостаток технологии – высокая стоимость сооружения скважин. Вопросы развития геотермальной энергетики широко освещаются в литературе, СМИ, на конференциях, конгрессах и т.д. 

Прогноз эффективности:

• обеспечение тепло- и электроснабжения как целых регионов, так и отдельных потребителей;
• отсутствуют выбросы вредных веществ; повышение энергобезопасности страны.

Технологические ограничения:

• месторождения глубинных термальных вод расположенных по территории России неравномерно; - запасы большинства геотермальных месторождений имеют низкие и средние температуры, что не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями;
• высокая минерализация геотермальных вод, а, следовательно, снижение срока службы скважин и оборудования;
• для использования приповерхностных геотермальных ресурсов характерно фактическое отсутствие методического и нормативного обеспечения проектирования и строительства этих систем в почвенно-климатических условиях России, а также характерны повышенные единовременные капитальные вложения при сравнительно низких эксплуатационных издержках;
• для технологии с использованием глубинного тепла земли – высокая стоимость строительства скважин (от 70 до 90% основных производственных фондов).

Влияние на другие процессы: 

• снижение потребления углеводородного ископаемого топлива;
• снижение общих выбросов парниковых газов и других вредных выбросов в окружающую среду;
• повышение энергетической безопасности страны.

Предполагаемые способы  внедрения:

• коммерческое финансирование.           

Дополнительно необходимо определить соответствующие государственные приоритеты и объективные стимулы для развития данных технологий.

2 Особенности развития геотермальной энергетики в Беларуси

В республике уже накоплен некоторый опыт применения тепловых насосов для использования энергии  Земли в народнохозяйственных целях. Ведены в действие целый ряд геотермальных установок, использующих даже относительно холодные подземные воды. Например, под Минском возле деревни Новый Двор с помощью теплового насоса отапливается здание. Еще в 1997 году была выполнена установка геотермальной воды для теплоснабжения насосной станции Вицковщина в Минском районе, а затем и на других насосных станциях. Есть ряд других положительных примеров такого рода.

Использование относительно холодных подземных источников (с  температурой не более 10 °С) требует  установки тепловых насосов с  электрическим приводом компрессоров. Потребляя 1 кВт электрической мощности, такое устройство дает на выходе 3-4 кВт мощности в виде тепловой энергии.  

Конечно, выгоднее использовать высокотемпературные подземные  воды. Но они в Беларуси залегают, как правило, на значительной глубине. Если пробурить скважину на 100 мет  ров, то в среднем получим температуру  воды 10 "С, если более 400 м, то 20 °С. Под  Речицей зафиксированы скважины с температурой геотермальных вод  около 100 °С и более. Но в таких случаях речь идет о глубинах порядка 4 000 м„ стоимость же 1 метра скважины — 600 долларов США. По сегодняшним меркам — дорого (1 км скважины — это 600 тысяч долларов). Но, тем не менее, многие страны успешно работают в этом направлении.

Характерен пример Германии. По данным Геотермического центра Бохума, государство всячески поощряет исследования в области геотермии и практическое использование под земного тепла. Оно, например, дает гарантию, что производители геотермальной энергии 20 лет могут продавать энергию по выгодной цене — 15 евроцентов за киловатт-час. Если кто-то собирается построить дом и использовать тепло земли, он получает финансовую поддержку. В результате отопление жилья геотермальными источниками приобретает все более широкий размах и «прирастает» быстрее, чем другие альтернативные виды энергетики. Так, в Северном Рейне — Вестфалии около 10 процентов новостроек ориентируется на подземное тепло.

Беларусь не должна отставать. Ведь то, что сегодня дорого по сравнению с ценой на невозобновляемые энергоресурсы (нефть, газ и др.), завтра может стать одним из факторов энерге тической самодостаточности и независимости нашей страны. Тем более что недра Беларуси хранят немалые энергетические ресурсы такого рода. Речь может идти, например, о 50 кг услов ного топлива на квадратный метр земной поверхности, а под Речицей и в районе Восточно-первомайской нефтяной площади — даже около 1 000 кг и более.

Развитие технологий извлечения геотермальной энергии, использование  в указанных целях уже пробуренных  и неэксплуатируемых нефтяных скважин, задействование низкотемпературных геотермальных источников — это те направления использования тепла недр Земли, которые могут и должны уже сегодня получать развитие. Нужны также финансово-экономические рычаги поддержки этого вида инноваций.

Белорусские геологи намерены доказать возможность широкого использования геотермальной энергии как альтернативы нефти и газу.

В Швеции ежегодно устанавливают порядка 30 тыс. термальных установок для использования геотермального тепла. В Беларуси таких установок около 15, в основном возле Минска и на западной границе страны.

Термальный насос начинает мощно работать уже при температуре  воды больше 12º С. По информации директора  департамента, на востоке страны температура  подземных вод может достигать 80-90º С, а на западе – 25-30º С. Но на востоке страны есть сложности с добычей геотермальной энергии, т.к. подземные воды находятся на большой глубине.

В настоящее время на базе предприятия “Тепличный комбинат “Берестье” осуществляется пилотный проект по строительству геотермальной станции и использованию геотермальной энергии. Теплая вода в 30º С добывается с глубины 950 м.

Во времена постоянно  растущих цен на нефть и природный  газ, геотермальная энергия является больше, чем просто альтернативой  для домовладельцев. Геотермальная  энергия обеспечивает независимость. Из одного киловатта (кВт) электроэнергии можно получить четыре - пять кВт  тепла. Для обеспечения частного дома тепловой энергией необходима скважина и тепловой насос.

Обоснование и строительство  первых в нашей стране опытных  ГЦС с гидроразрывом горячих пород также базируется на результатах зарубежных исследований. Вместе с тем у нас разрабатываются оригинальные технологические схемы. Ископаемое топливо исчерпаемо, и поэтому уже сейчас нужно не только задумываться о поиске альтернативных источников энергии, но и смело проводить технологические эксперименты по внедрению в нашу жизнь новых нетрадиционных источников, которые, вполне возможно, откроют серьезные перспективы для электроэнергетики будущего. И наряду со многими идеями нельзя отрицать важности использования геотермальной энергии - энергии нашей родной Земли.

3 Воздействие геотермальной энергетики на окружающую среду

Важным аспектом применения геотермальной энергетики является экологическая эффективность. По словам одних ученый,  энергия, которая добывается из тепла земли, ни загрязняет воздух, ни содержит углекислый газ. Ее можно добывать в любых необходимых количествах, кроме того, для добычи не требуется резервуар. Установка для добычи геотермальной энергии не требует постоянного сервиса и отличается низкими эксплуатационными расходами. Ее можно использовать для отопления помещений, подогрева воды, так и для кондиционирования помещений.

По мнению других ученых, 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, вщающий 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 необычно соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода—дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях.   Вода и пар разделяются в циклонах. Вода, находящаяся под высоким давлением, преобразуется в пар и также используется для генерации электричества. Давление пара значительно меньше по сравнению с современными тепловыми электростанциями, и это вынуждает применять крупные турбины с ограниченной генерирующей способностью. Впрочем, следует иметь в виду, что топливо в данном случае бесплатное и результирующая стоимость энергии поэтому низка. Сведений о продолжительности жизни геотермальных источников мало, и поэтому, хотя геотермальная энергия производится при малых затратах, проекты, рассчитанные на долгую перспективу, неизвестны. Этот способ может снабжать только небольшой долей требуемой энергии даже те страны, в которых доступны геотермальные воды, и тоже не свободен от проблемы загрязнения атмосферы.

Основное направление  развития геотермальной энергетики — отбор теплоты не только термальных вод, но и водовмещающих горных пород  путем закачки отработанной воды в пласты, преобразование глубинной  теплоты в электрическую энергию. Такое использование глубинной  теплоты обеспечит экологическую  безопасность.