Какие экологические преимущества имеет геотермальная электростанция перед ТЭС, работающей на угле Укажите два преимущества

Какие конструктивные особенности у Мутновской ГеоЭС

Недостатков, описанных выше , лишен бинарный цикл. В этом случае геотермальную воду в теплообменниках нагревает относительно низко кипящий теплоноситель. Турбина раскручивается в режиме замкнутого цикла. Результат:

минимизируются выбросы вредных веществ в атмосферу;
более высокий КПД установки;
возможность пользоваться водой температуры ниже 100°С.

Принцип действия родственный бинарному блоку предложили конструкторы Мутновской ГеоЭС (ОАО “Геотерм”). Необходимость такого технического решения диктовалась анализом работы Верхне-Мутновской ГТЭС. На станции большое количество сепарата с температурой равной 150°С (около 1000 т за ч) не использовалось и закачивалось обратно в резервуар.

Рациональное использование избытков тепла позволит получать более 13 МВт электроэнергии без привлечения дополнительных ресурсов для бурения геотермальных скважин и добычи теплоносителей.

В настоящее время энергоустановка МГеоЭС состоит из двух контуров. В первом рабочим телом является геотермальный теплоноситель. Из него в расширитель поступает пар и сепарат. Во втором контуре применяется органическое рабочее тело.

Каковы принципы работы гидротермальной станции

Как тепло внутри земной коры преобразовать в электрическую энергию? В основе процесса лежат достаточно простые действия. Через специальную нагнетающую скважину под землю закачивается вода. Образуется своеобразный подземный бассейн, выполняющий роль теплообменника. Вода в нем нагревается и превращается в пар, который через эксплуатационную скважину подается на лопасти турбины, соединенные с осью генератора. При внешней простоте процесса, на практике возникают эксплуатационные проблемы:

геотермальная вода нуждается в очистке от растворенных газов, которые разрушают трубы и негативно влияют на экологию;
высокая температура кипения воды ведет к потере части энергии с конденсатом.

Поэтому инженеры разрабатываю новые схемы, каждая станция имеет свои конструкционные особенности.

Примечания

↑ Кирилл Дегтярёв. (недоступная ссылка). Русское географическое общество (24 октября 2011). Дата обращения 1 ноября 2012.
, с. 18, 98.
, с. 16—17.
↑
↑
. Хабрахабр (30.04.2018). Дата обращения 3 сентября 2019.
Holm, Alison (May 2010), , Geothermal Energy Association, с. 7, http://www.geo-energy.org/pdf/reports/GEA_International_Market_Report_Final_May_2010.pdf>. Проверено 24 мая 2010.
Л. А. Огуречников. . №11 (31). Альтернативная энергетика и экология (2005). Дата обращения 1 ноября 2012.
. журнал «Энергосвет». Дата обращения 1 ноября 2012.
В. А. Бутузов, Г. В. Томаров, В. Х. Шетов. . журнал «Энергосбережение» (№3 2008). Дата обращения 1 ноября 2012.
ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений»

Геотермальные станции в России

Геотермальная энергетика, наряду с прочими видами «зеленой» энергетики, неукоснительно развивается на территории нашего государства. По расчетам ученых, внутренняя энергия планеты, в тысячи раз превышает количество энергии содержащейся в природных запасах традиционных видах топлива (нефть, газ).

В России успешно работают геотермальные станции, это:

Паужетская ГеоЭC

Расположена около поселка Паужетка на полуострове Камчатка. Ведена в эксплуатацию в 1966 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 12,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 124,0 млн.кВт.часов;
Количество энергоблоков – 2.

Ведутся работы по реконструкции, в результате которой электрическая мощность увеличится до 17,0 МВт.

Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС

Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 1999 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 12,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 63,0 млн.кВт.часов;
Количество энергоблоков – 3.

Мутновская ГеоЭС

Наиболее крупная электрическая станция подобного типа. Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 2003 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 50,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 350,0 млн кВт.часов;
Количество энергоблоков – 2.

Океанская ГеоЭС

Расположена в Сахалинской области. Введена в эксплуатацию в 2007 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 2,5 МВт;
Количество энергомодулей – 2.

Менделеевская ГеоТЭС

Расположена на острове Кунашир. Введена в эксплуатацию в 2000 году.

Технические характеристики:

Электрическая мощность – 3,6 МВт;
Тепловая мощность – 17 Гкал/час;
Количество энергомодулей – 2.

В настоящее время ведется модернизация станции, после которой мощность составит 7,4 МВт.

В чем основные преимущества и недостатки геотермальной энергетики

Такой способ получения энергии обладает рядом очевидных достоинств.

ГеоЭС не нуждаются в топливе, запасы которого ограничены.
Все расходы на эксплуатацию сводятся к расходам на регламентированные работы по плановой замене комплектующих деталей.
Не требуют дополнительной энергии для технологических нужд. Дополнительное оборудование заитывается от добываемых ресурсов.
Возможно попутно производить опреснение морской воды (Если станция расположена на морском побережье)
Условно считаются экологически чистыми. Потому что основная я масса недостатков привязана к вопросам экологичности объектов.

Внимательно посмотрев на фотографии Мутновской гидротермальной станции, вы будете удивлены. Никакой грязи и копоти, аккуратные чистенькие корпуса с клубами белого пара. Но не все так чудесно. Есть у геотермальных электростанций свои недостатки.

При расположении вблизи населенных пунктов жителей беспокоит производимый предприятием шум.
Постройка самой станции обходится дорого. А это сказывается на стоимости конечного продукта.
Сложно заранее предугадать, что пойдет из скважины на глубоких слоях: минеральная вода (не обязательно целебная), нефть или токсичный газ. А это уже вопросы безопасности населения. Конечно, здорово, если геологи наткнутся при бурении на пласт полезных ископаемых. Но это открытие может полностью поменять образ жизни населения. Поэтому местные власти неохотно дают разрешения даже на проведение изыскательских работ.
Возникают трудности с выбором места для будущей ГеоЭС. Ведь если источник тепла потеряет со временем свой энергетический потенциал, деньги будут потрачены впустую. Кроме того в районе станции возможны провалы грунта.

В России

Мутновская ГеоЭС

В СССР первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность — 12 МВт.

На Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт (на 2004 год).

10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию первая очередь Мутновской ГеоЭС, установленная мощность на 2007 год — 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт, выработка в 2007 году — 360,687 млн кВт·ч. Станция полностью автоматизирована.

2002 год — введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс «Менделеевская ГеоТЭС» мощностью 3,6 МВт в составе энергомодуля «Туман-2А» и станционной инфраструктуры.

2007 год — ввод в эксплуатацию Океанской ГеоТЭС, расположенной у подножия вулкана Баранского на острове Итуруп в Сахалинской области, мощностью 2,5 МВт. Название этой электростанции связано с непосредственной близостью к Тихому океану. В 2013 г. на станции произошла авария, в 2015 г. станция была окончательно закрыта.

Название ГеоЭС	Установленная мощность на конец 2010 года, МВт	Выработка в 2010 году, млн кВт•ч	Год ввода первого блока	Год ввода последнего блока	Собственник	Место расположения
Мутновская	50,0	360,7 (2007 год)	2003	2003	ОАО «Геотерм»	Камчатский край
Паужетская	12,0	42,544	1966	2006	ОАО «Геотерм»	Камчатский край
Верхне-Мутновская	12,0	63,01 (2006 год)	1999	2000	ОАО «Геотерм»	Камчатский край
Менделеевская	3,6	?	2002	2007	ЗАО «Энергия Южно-Курильская»	о. Кунашир
Сумма	77,6	>466,3

Что такое геотермальная энергия

По мнению ученых-геофизиков, температура ядра Земли составляет от 3 000 до 6 000°С. Предполагают, что в подошве земной коры на глубине 10-15 км значение температуры падает до отметки в 600-800°С, в океанах всего лишь 150-200°С. Но и этих температур достаточно для выполнения работы. Главными источниками разогрева недр являются уран, торий и радиоактивный калий. О мощи внутренней энергии свидетельствуют землетрясения, извержения сотен вулканов, гейзеры.

Геотермальной называют энергию тепла, которое выделяют внутренние зоны Земли на поверхность. Использовать её возможно в районах сейсмической и вулканической активности. Там, где тепло земли поднимается вверх в виде горячей воды и пара, вырываясь наружу фонтанирующими источниками (гейзерами). Эффективно используют геотермальную энергию в таких странах: Венгрия, Исландия, Италия, Мексика, Новая Зеландия, Россия, Сальвадор, США, Филиппины, Япония. Геотермальные источники классифицируют на выделяющие

сухой горячий пар,
влажный горячий пар,
горячую воду.

По мнению специалистов, с 1993 по 2000 год выработка электричества при помощи геотермальной энергии выросла в мире более чем в два раза. В западной части США за счет горячих вод из недр Земли обогревают почти 200 домов и ферм. В Исландии почти 80% жилого фонда согревается благодаря воде, добытой в геотермальных скважин вблизи городка Рейкьявик.

Достоинства и недостатки

Достоинства

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Коэффициент использования установленной мощности ГеоТЭС может достигать 80%, что недостижимо для любой другой альтернативной энергетики.

Экономическая обоснованность скважин

Для того, чтобы преобразовать тепловую энергию в электрическую с помощью какой-нибудь тепловой машины (например, паровой турбины), необходимо, чтобы температура геотермальных вод была достаточно велика, иначе КПД тепловой машины будет слишком низким (например, при температуре воды 40°C и температуре окружающей среды 20°C КПД идеальной тепловой машины составит всего 6%, а КПД реальных машин ещё ниже, кроме того, часть энергии будет потрачена на собственные нужды станции — например, на работу насосов, которые выкачивают теплоноситель из скважины и закачивают отработанный теплоноситель обратно). Для генерации электроэнергии целесообразно использовать геотермальную воду температурой от 150°C и выше. Даже для отопления и горячего водоснабжения требуется температура не ниже 50°C. Однако, температура Земли растет с глубиной довольно медленно, обычно геотермический градиент составляет всего 30°C на 1 км, т.е. даже для горячего водоснабжения потребуется скважина глубиной более километра, а для генерации электроэнергии — несколько километров. Бурение таких глубоких скважин обходится дорого, кроме того, на перекачку теплоносителя по ним тоже требуется затратить энергию, поэтому использование геотермальной энергии далеко не везде целесообразно. Практически все крупные ГеоЭС расположены в местах повышенного вулканизма — Камчатка, Исландия, Филиппины, Кения, в Калифорнии и т.д, где геотермический градиент гораздо выше, а геотермальные воды находятся близко к поверхности.

Экология теплоносителя

Одна из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт, на что требуется расход энергии. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия) , неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Закачка отработанной воды необходима еще и для того, чтобы давление в водоносном пласте не упало, что приведет к уменьшению выработки геотермальной станции или её полной неработоспособности.

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

Провоцирование землетрясений

Пхоханское землетрясение 2017 года

Экономическая обоснованность бурения и инфраструктуры скважин заставляет выбирать места с большим геотермическим градиентом. Такие места обычно находятся в сейсмически активных зонах. Кроме того, при постройке ГЦС-станции проводится гидравлическое стимулирование пород, позволяющее за счёт дополнительных трещин увеличить теплообмен теплоносителя с породами. Однако, по результатам исследования пхоханского землетрясения 2017 года (кор., англ.), оказалось, что даже регулирования с помощью измерений с дополнительных сейсмографических станций не достаточно для исключения индуцированных землетрясений. Спровоцированое эксплуатацией геотермальной станции, пхоханское землетрясение произошло 15 ноября 2017 года, магнитуда составила 5,4 единицы, пострадали 135 человек и 1700 остались без крова.

Как строилась Мутновская ГеоЭС

А как возможности геотермальной энергии используются в России? Ещё в шестидесятые годы прошлого века основная проблема СССР состояла не в недостатке ресурсов, а в трудности доставки энергии через огромные территории. Советские ученые предлагали смелые и неожиданные проекты: поворот на юг северных рек, использование энергии морских приливов и действующих вулканов.

Первым удачным решением по использованию альтернативной энергии стало строительство на Камчатке Паужетской геотермальной станции. Ее мощности хватило для обслуживания ближних поселков: Озерновский, Шумный, Паужетка и рыбоконсервных заводов в округе. Источниками энергии выступили вулканы Камбальный и Кошелев.

Дальше – больше. В 1987 году выходит Постановление ЦК КПСС “О комплексном развитии Дальневосточного экономического района”. В документе проговаривается значимость геотермальных ресурсов Камчатки. Принимается решение о строительстве и вводе в строй к 1997 году Мутновской ГеоТЭС, мощностью 50 000 кВт. Предполагается увеличение мощности станции к 1998 году до 200 000 кВт.

Планам сбыться не удалось. Советский Союз распался. Для реализации проекта по строительству геотермальной станции на Камчатке в 1994 году создается ОАО “Геотерм”. Первую очередь Мутновской ГеоЭС ввели в строй только в 2001 году. После запуска второго блока в 2002 году станция вышла на рабочую мощность 50 МВт. К настоящему времени введены в эксплуатацию три очереди энергоблоков, пять турбин, что позволяет станции стабильно функционировать и вырабатывать дешевую электроэнергию.

Всего на территории МГеоЭС -1 пробурено около 90 скважин. Для поддержания мощности в 2008 году введена в строй рабочая скважина Гео-1. Вместе с Верхне-Мутновской ГТЭС станции снабжают электроэнергией более третьей части Камчатского края.

Недостатки

затопление
пахотных земель
строительство
ведется только там, где есть большие
запасы энергии воды
на
горных реках опасны из-за высокой
сейсмичности районов
сокращенные
и нерегулируемые попуски воды из
водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их
отсутствия), приводят к перестройке
уникальных пойменных экосистем по
всему руслу рек, как следствие, загрязнение
рек, сокращение трофических цепей,
снижение численности рыб, элиминация
беспозвоночных водных животных,
повышение агрессивности компонентов
гнуса (мошки) из-за недоедания на
личиночных стадиях, исчезновение мест
гнездования многих видов перелетных
птиц, недостаточное увлажнение пойменной
почвы, негативные растительные сукцессии
(обеднение фитомассы), сокращение потока
биогенных веществ в океаны.

Солнечная
электростанция —
инженерное сооружение, служащее
преобразованию солнечной радиации в
электрическую энергию. Способы
преобразования солнечной радиации
различны и зависят от конструкции
электростанции

Где находится Мутновская геотермальная станция

Мутновская сопка — это сложный вулканический массив. Его высота 2323 м над уровнем моря. На склонах находятся разнообразные формы современной газогидротермальной деятельности. Здесь, у подножия вулкана, в 116 км от города Петропавловска-Камчатского располагается Мутновская ГеоЭС. По данным геологической разведки здесь находится богатое геотермальное месторождение, запасы его оцениваются примерно в 300 МВт.

В каком режиме функционирует

Высокий уровень автоматизации позволяет эксплуатировать оборудование минимальному количеству персонала. В центре управления ведется круглосуточное наблюдение за приборами, которые точно указывают количество и качество воды, пара и энергии на выходе.

Сотрудники работают вахтовым методом. Смена продолжается 15 дней. Дорога к станции лежит через Мутновский перевал, иногда даже в июле занесенный снегом, поэтому случаются задержки персонала на пару дней в пути.

Для работников в двадцати минутах ходьбы построено комфортное общежитие. Есть комната отдыха, тренажерный зал, библиотека, сауна, бассейн. Интересные факты о Мутновской ГеоЭС

Чем привлекательны окрестности Мутновской сопки

Камчатка – это туристический рай, места малохоженные и безумно красивые. Окрестности Мутновского вулкана пользуются особенной популярностью среди туристов. Путешественников сюда привлекают удобное расположение в 120 км от Петропавловска-Камчатского и дорога, в окружении живописных сопок и жерл вулканов, густых лесов и быстрых рек. С нескольких смотровых площадок открываются отличные виды на Вилючинскую сопку, высота которой 2175 метров.

Здесь повсюду снуют местные суслики, торбаганы, лисы, а на склонах сопок частенько заметны очертания бурых медведей. Встречаются мишки и по берегам рек, лакомятся рыбой!

История

В 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора пара из естественных геотермальных источников.
В 20-м веке спрос на электроэнергию привёл к появлению проектов создания электростанций, использующих внутреннее тепло Земли.
Человеком, который провёл испытания первого геотермального генератора, был Пьеро Джинори Конти. Это произошло 4 июля 1904 года в итальянском городе Лардерелло. Генератор смог успешно зажечь четыре электрических лампочки. Позже, в 1911 году, была построена первая в мире геотермальная электростанция в том же населённом пункте, она работает до сих пор. В 1920-х годах экспериментальные генераторы были построены в Беппу (Япония) и калифорнийских гейзерах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года.

Пять стран-лидеров по производству геотермальной энергии, 1980–2012 (US EIA)

Рост мощности ГеоЭС по годам

В 1958 году, когда была введена в эксплуатацию электростанция Вайракей, Новая Зеландия стала вторым крупным промышленным производителем геотермальной электроэнергии. Вайракей была первой станцией непрямого типа. В 1960 году «Pacific Gas and Electric» начала эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США на гейзерах в Калифорнии.
Первая геотермальная электростанция бинарного типа была впервые продемонстрирована в 1967 году в Советском Союзе, а затем представлена в США в 1981 году, после энергетического кризиса 1970-х годов и значительных изменений в политике регулирования. Эта технология позволяет использовать гораздо более низкую температуру для производства электроэнергии, чем ранее. В 2006 году в Чина-Хот-Спрингс, штат Аляска, заработала станция бинарного цикла, производящая электричество с рекордно низкой температурой жидкости 57 °C.
До недавнего времени геотермальные электростанции строились исключительно там, где вблизи поверхности имелись высокотемпературные геотермальные источники. Появление электростанций с бинарным циклом и совершенствование технологии бурения и добычи могут способствовать появлению геотермальных электростанций в значительно большем географическом диапазоне. Демонстрационные электростанции находятся в германском городе Ландау-ин-дер-Пфальц и французском городе Сульц-су-Форе, в то время как ранее работы в Базеле, Швейцария, были закрыты после того, как это вызвало землетрясения. Другие демонстрационные проекты находятся в стадии разработки в Австралии, Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах Америки.

Тепловой КПД геотермальных электростанций невысок — около 7–10%, поскольку геотермальные жидкости имеют более низкую температуру, чем пар из котлов. По законам термодинамики эта низкая температура ограничивает эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии при выработке электроэнергии. Отработанное тепло тратится впустую, если только его нельзя использовать непосредственно, например, в теплицах или централизованном отоплении. Эффективность системы не влияет на эксплуатационные расходы, как это было бы для угольной или другой станции ископаемого топлива, но это фактор жизнеспособности станции. Для производства большего количества энергии, чем потребляют насосы, для выработки электроэнергии требуются высокотемпературные геотермальные источники и специализированные тепловые циклы. Поскольку геотермальная энергия постоянна во времени, в отличие, например, от энергии ветра или Солнца, ее коэффициент мощности может быть довольно большим — до 96%.

Понравилось? Оцените статью!