ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пооблемы. связанные с использованием геотермальной энергии из "Энергия " Геотермальная теплота обязана своим происхождением горячей магме, которая проникает из недр Земли и подходит близко к поверхности. Источники глубинной теплоты расположены во многих частях земного шара (рис. 6.9) как правило, геотермальные месторождения размещаются вблизи границ литосферных плит и районов геологической активности. [c.133] Магма нагревает вышележащую пористую породу за счет конвекции. Пористая (водоносная) порода перекрыта сверху плотной, водонепроницаемой породой, которая плохо проводит теплоту и совершенно не пропускает воду. Часть поверхностных вод способна проникать в пористую породу через трещины. Аналогичным образом нагретая вода может вытесняться вверх через другие трещины. По мере того как горячая вода приближается к дневной поверхности, ее давление падает и вода превращается в пар. Начальная температура воды и ее давление в ряде случаев достаточно высоки, и тогда вся горячая вода превращается в пар это — месторождение сухого пара. Однако в большинстве районов мира извлекаемые геотермальные флюиды представляют собой смесь пара и горячей воды (в сущности, горячий рассол, так как геотермальные флюиды содержат большое количество растворенных химических веществ). На рис. 6.11 показана продуктивная паровая скважина на геотермальном месторождении Сьерро-Прието (Мексика). Пар поступает по трубам на электростанцию. [c.134] Пример 6.1. Определите электроэнергетический потенциал указанны. шести районов. [c.134] Сделаем ряд допущений наибольший возможный коэффициент извлечения теплоты — 20% преобразование теплоты в электрическую энергию осуществляется с КПД = 20% теплота извлекается равномерно в течение 20 лет. [c.134] Энергетический потенциал указанных шести районов представляет собою значительную величину, однако пока еще не совсем ясно, насколько реалистичны даже умеренные оценки возможного их освоения, приводимые в примере 6.3. По целому ряду причин, которые будут рассмотрены ниже, ни одно из упомянутых условий не может быть легко выполнено. [c.134] Геотермальные системы аномально высокого давления в настоящее время активно изучаются, однако пх освоение в промышленном масштабе еще не началось. Для систем подобного типа характерно то, что горячая вода заперта в обширных, глубоко залегающих осадочных бассейнах температура воды обычно не достигает и 200 °С, однако давление внутри. [c.134] Такие геотермальные энергоресурсы, как горячие, сухие, скальные породы, представляют собой мощные непроницаемые формации, нагретые за счет магматических тел, теплопередачи из внутренних зон Земли либо радиоактивного распада в земной коре. Потенциально эти ресурсы очень велики. Если принять значение геотермального градиента равным 22°С на 1 км глубины, окажется, что на территории континентальной части США земная кора толщиной 10 км содержит в общей сложности Дж теплоты, доступной для использования. Температура скальных пород не везде достаточно высока, чтобы можно было вырабатывать электроэнергию. Но даже если предположить, что только 0,2 % всей этой энергии доступно для извлечения, полученное количество теплоты оказалось бы эквивалентным энергосодержанию всего угля, еще оставшегося на территории США. [c.136] Геотермальные ресурсы этого типа в настоящее время не используются, однако ввиду их громадного потенциала проводятся многочисленные исследования. Проблема состоит в том, чтобы извлекать теплоту при нужной температуре. Скальные породы плохо проводят теплоту, поэтому при нагнетании воды стенки ква-жины вскоре остывают. В результате установившаяся температура воды будет слишком низкой. Чтобы исправить положение, необходимо увеличить площадь поверхности контакта между водой и нагретыми скальными породами. [c.136] Один из способов, которому уделяется большое внимание в последнее время, известен под названием гидравлического разрыва пласта. Этот способ, часто применяемый нефтяниками, зарекомендовал себя как надежный и относительно недорогой. Он состоит в том, что холодная вода нагнетается в скважину, пока не вступит в контакт с горячей сухой скальной породой в результате порода разрушается и вода проникает в образовавшиеся трещины. Чем больше воды закачивают в трещины, тем сильнее разрушается порода, и зона разрушения может быть довольно обширной. Она имеет форму перевернутой воронки, ширина ее в нижней части может достигать нескольких тысяч футов. По соседству с нагнетательной скважиной бурят до самой зоны разрушения вторую скважину для выхода горячей воды. Достигшая поверхности вода протекает через теплообменник, где вырабатывается пар, а затем ее снова нагнетают в зону разрушения, чтобы она там нагрелась. [c.136] наконец, четвертый потенциальный источник геотермальной энергии — это собственно магма. Согласно предварительным расчетам доступная для извлечения теплота, содержащаяся в магме, составляет около 10 Дж. Однако использование этой теплоты станет возможным еще очень и очень не скоро, ибо на этом пути возникает множество препятствий. Ведутся предварительные теоретические исследования. [c.136] Использование глубинной теплоты Земли сопровождается целым рядом трудностей. Если бы это было не так, можно было бы- гораздо успешнее, чем теперь, освоить геотермальные ресурсы. В основном существуют проблемы экономического характера, о чем будет сказано ниже, но есть немало технических и научных проблем, и их-то следует рассмотреть прежде всего. [c.136] На любом геотермальном месторождении температура флюидов (пара, воды, рассола) обычно гораздо ниже, чем у пара, вырабатываемого в стандартном котле, поэтому необходимо принимать особые меры для более эффективного преобразования энергии. [c.136] Отработанные геотермальные флюиды не только имеют, как правило, низкую температуру, но и содержат довольно много растворенных минеральных веществ. В табл. 6.9 перечислены некоторые основные химические вещества, сбрасываемые в реку вблизи геотермальной электростанции иа месторождении Вайракеи (Новая Зеландия). [c.136] Минеральные вещества, извлекаемые - з рассола. [c.137] В испарителе с мгновенным вскипанием. В таком испарителе минерализованную воду нагне- тают в камеры с пониженным давлением. Часть воды моментально превращается в пар, а минеральные вещества остаются в концентрированном рассоле (рис. 6.13). Рассол можно специально подвергнуть выпариванию и получить минеральные вещества в количестве, пригодном для продажи,. хотя большинство этих солей вряд ли найдет покупателей. [c.137] Ввиду того что цикл Ренкина на водяном паре является весьма неэффективным при низких температурах, были изучены в качестве рабочего тела другие вещества аммиак, изобутан, фторхлорпроизводные насыщенных углеводородов (фреоны). На рис. 6.14 показана типичная паротурбинная установка. Геотермальный флюид нагревает п доводит до кипения рабочее тело (здесь — изобутан). Охлаждающая вода требуется для конденсации рабочего тела перед его повторным нагревом. Геотермальный флюид закачивается обратно под землю благодаря этому не возникает никаких осложнений из-за выпуска газов в атмосферу или загрязнения поверхностных вод геотермальным рассолом. [c.137] Неводные рабочие тела например упомянутые выше вещества, имеют при одной и той же температуре более высокую плотность паров по сравнению с водяным паром и поэтому обеспечивают получение одинаковой мощности при меньших габаритах турбины. Однако подобные системы сложнее, чем системы с циклом мгновенного испарения, и довольно чувствительны к изменениям температуры на выходе турбины. [c.137] Стимулирование сейсмоактивности, вызванное гидравлическим разрывом пласта (или обратным закачиванием рассола), вполне возможно, и к этому надо относиться со всей серьезностью. Давно известно, что нагнетательные скважины — источник слабых подземных ударов. Правда, до сих пор вблизи действующих геотермальных станций или разведочных скважин не случалось ничего подобного. [c.138] Громкий шум возникает из-за того, что на дневной поверхности резко падает давление геотермального флюида. Этот шум перерастает иногда в оглушительный рев. От него страдают люди, живущие поблизости. [c.138] Вернуться к основной статье