2.5 Використання геотремальних джерел енергії

Аналіз можливих областей застосування в економіці України технологій, що використовують нетрадиційні джерела енергії, показує, що в Україні найбільш перспективною областю їх впровадження є системи життєзабезпечення будівель. При цьому вельми ефективним напрямом впровадження даних технологій в практику вітчизняного будівництва є широке застосування теплонаносних систем теплопостачання (ТСТ), що використовують як повсюдне доступне джерело низько потенційного тепла ґрунту поверхневих шарів землі.

При використанні тепла землі можна виділити два види теплової енергії – високопотенційну і низькопотенційну. Джерелом високопотенційної теплової енергії є гідротермальні ресурси – термальні води, нагріті в результаті геологічних процесів до високої температури, що дозволяє їх використовувати для теплопостачання будівель. Проте використання високопотенційного тепла землі обмежене районами з певними геологічними параметрами. У Росії це, наприклад, Камчатка, район Кавказьких мінеральних вод; у Європі джерела високопотенційного тепла є в Угорщині, Ісландії і Франції.

Україна має ресурси геотермальної енергії, загальний потенціал яких в програмі державної підтримки розвитку нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії та малої гідро- та теплоенергетики оцінюється величиною 438 МВт.год за рік. Геотермальні ресурси України - це передусім термальні води і тепло нагрітих сухих гірських порід. Крім цього, до перспективних для використання в промислових масштабах можна віднести ресурси нагрітих підземних вод, які виводяться з нафтою та газом діючими свердловинами нафтогазових родовищ.

На відміну від «прямого» використання високопотенційного тепла (гідротермальні ресурси), використання низько потенційного тепла землі за допомогою теплових насосів можливо практично повсюдно. В даний час це один з напрямів використання нетрадиційних поновлюваних джерел енергії, що найдинамічніше розвиваються.

Низькопотенційне тепло землі може використовуватися в різних типах будівель і споруд багатьма способами: для опалювання, гарячого водопостачання, кондиціонування (охолоджування) повітря, обігріву доріжок в зимову пору року, для запобігання обмерзанню, підігріву полів на відкритих стадіонах і тому подібне.

Кліматичні характеристики країн Центральної і Північної Європи, які разом з США і Канадою є головними районами використання нізкопотенциального тепла землі, визначають головним чином потребу в опаленні; охолоджування повітря навіть в літній період потрібне відносно рідко. Тому, на відміну від США, теплові насоси в європейських країнах працюють в основному в режимі опалення. У США теплові насоси частіше використовуються в системах повітряного опалення, суміщеного з вентиляцією, що дозволяє як підігрівати, так і охолоджувати зовнішнє повітря. У європейських країнах теплові насоси зазвичай застосовуються в системах водяного опалення. Оскільки ефективність теплових насосів збільшується при зменшенні різниці температур випарника і конденсатора, часто для опалювання будівель використовуються системи підлогового опалення, в яких циркулює теплоносій низької температури (35–40 °C).

Більшість теплових насосів в Європі, призначених для використання нізкопотенциального тепла землі, обладнана компресорами з електричним приводом.

За останні десять років кількість систем, що використовують для теплопостачання і будівель низькопотенційне тепло землі за допомогою теплових насосів, значно збільшилася. Найбільше число таких систем використовується в США. Велике число таких систем функціонують в Канаді і країнах центральної і Північної Європи: Австрії, Німеччині, Швеції і Швейцарії. Швейцарія лідирує по величині використання низько потенційної теплової енергії землі на душу населення. У Росії, нашого сусіда, за останні десять років побудовані лише одиничні об'єкти.

Табл.2.5.1 Світовий рівень використання низько потенційної теплової енергії з допомогою теплових насосів

Розвинуті країни світу використовують тепло геотермальних ресурсів не тільки на виробництво електроенергії, а безпосередньо у вигляді тепла: 42% для обігріву ван і басейнів; 23% для опалення; 12% для геотермальних теплових насосів; 9% для обігріву теплиць;

Очікується, що до 2011 року встановлена електрична потужність перевищить 14000 МВт. Однак навіть за умови застосування новітніх технологій у цій галузі кількість енергії, виробленої за рахунок геотермальних ресурсів в 2007 році, становила менше ніж 0,25% від світового потенціалу цього виду енергії, придатного для використання.

2.6 Утилізація і виробництво

Геотермальна енергія являє собою екологічно чисте й постійно відновлюване джерело енергії. Воно істотно відрізняється від інших альтернативних джерел тим, що його можна використовувати у різних кліматичних умовах і в різні пори року. Коефіцієнт використання геотермальних електростанцій, як правило, перевищує 90%. Ціна електроенергії, яку виробляють такі електростанції, нижча, ніж на електрику, вироблену з використанням інших відновлюваних джерел енергії. Якщо розглянути сумарний внесок у виробництво електроенергії геотермальної, вітрової й сонячної енергії, а також енергії припливів і відпливів, то виявиться, що 1998 році геотермальні станції охоплювали 42% встановлених потужностей і 70% від загальної кількості електроенергії, виробленої із цих чотирьох джерел.

Геотермальне тепло можна перетворити на електричну енергію або ж використати безпосередньо у вигляді тепла. Залежно від параметрів геотермальних ресурсів, електроенергія виробляється в традиційних парових турбінах, в які надходить геотермальна рідина, що має температуру не менше ніж 1500С, або ж в установках з бінарним циклом. Існують два основних типи парових турбін – з протитиском і конденсаційні. Перші простіші і дешевші. Однак питоме споживання пари на 1 кВт * год виробленої енергії майже вдвічі більше, ніж у конденсаційних турбінах при однаковому тиску на вході. Зате турбіни з протитиском швидко монтуються, період запуску в експлуатацію не перевищує 13-14 місяців. Як правило, такі турбіни мають невелику потужність (2,5-5 МВт). Турбіни конденсаційного типу забезпечуються великою кількістю додаткового обладнання. Вони набагато складніші й значно більшого розміру. Щоб їх запустити, потрібно вдвічі більше часу. Однак питоме споживання пари в них майже вдвічі менше, ніж у турбінах з протитиском. Зазвичай використовуються конденсаційні установки потужністю 55-60 МВт. Однак уже є приклади запуску турбін потужністю понад 100 МВт.

Значний прогрес досягнуто в технології, що використовує бінарний цикл. У цьому випадку може використовуватися вода, що має температуру 80-900С. подібні установки успішно працюють у багатьох країнах світу.

2.7 Екологічні аспекти

Широко відомо, що виробництво або трансформація енергії прямо або опосередковано впливає на довкілля. Це означає, що отримати ідеально чисту енергію в принципі неможливо. Однак геотермальна енергія, порівняно з іншими видами, є найчистішою. Кількість СО2, що виділяється при виробництві одного кіловата електроенергії з високотемпературних геотермальних джерел становить від 13 до 380 грамів. Водночас, при спаленні природного газу емісія СО2 дорівнює 450 г/кВт*год, нафти – 906 г/кВт*год і вугілля – 1042 г/кВт * год. Згідно останніх досліджень, викиди СО2 на геотермальних електростанціях становили в середньому 65 г/кВт*год виробленої електроенергії. Дослідження охоплювало більшу частину електростанцій сумарною встановленою потужністю 5032 МВт.

Нагріта геотермальна рідина може містити різні гази, головним чином азот і сірководень, а також у невеликих кількостях ртуть, радон і бор. Кількість цих газів залежить від хімічного складу геологічних родовищ. Однак хімічні сполуки, що містяться у геотермальному потоці, не викидаються в повітря, а повертаються назад углиб землі за допомогою спеціальних свердловин.

2.8 Геотермальна енергія. Стан і перспективи розвитку

На Україні є значні запаси термальних вод. Ці запаси вже сьогодні рентабельно використовувати не тільки для теплопостачання різноманітних споживачів, а й для виробництва електроенергії. Існуючі ціни на енергоносії і перспективи їх зростання, роблять економічно вигідними будівництво геотермальних електростанцій практично у всіх регіонах України найближчим часом.

Геотермальна енергія є одним із перспективних відтворюваних джерел енергії. Її давно і широко застосовують Ісландія, США, Нова Зеландія, Угорщина і багато інших країн.

Геотермальні води характеризуються багатьма факторами. Зокрема, за температурою вони поділяються на слаботермальні – до 40˚С, термальні – 40 - 60˚С, високо термальні – 60 - 100˚С, перегріті – понад 100˚С. Вони різняться й за мінералізацією, кислотністю, газовим складом, тисом, глибиною залягання.

Найпростішим економічним рішенням є безпосереднє використання геотермальних вод споживачами: не потрібно встановлювати додаткові теплообмінники і економиться водопровідна вода. Але цей спосіб придатний лише тоді, коли вода відповідає стандарту питної.

Найбільш перспективним способом відбору глибинної теплоти є створення підземних циркуляційних систем із повним або частковим поверненням відпрацьованої води в продуктивні пласти. Ці системи запобігають виснаженню запасів геотермальних вод, підтримують гідравлічну рівновагу в підземних пластах, запобігають забрудненню навколишнього середовища в місцях розташування геотермальних об'єктів. Відпрацьована термальна вода закачується назад у підземні горизонти, що зберігає екологічну чистоту регіону і забезпечує стабільність технологічного циклу [16].

Значно покращити ситуацію з теплопостачанням різноманітних споживачів дозволить використання потенціалу навіть слабо термальних (від +30˚С і вище) вод, запаси яких у багатьох регіонах країни значні. Слабо термальні води дають хороші перспективи для використання тепло насосних установок у виробництві, комунальному господарстві, побуті.

По мірі заглиблювання в землю температура ґрунту в середніх широтах на глибині 3 – 5 метрів протягом року становить 10 – 30˚С і вище.

Для розвитку геотермальної енергетики немає потреби створювати нові підприємства енергетичного машинобудування. Обладнання для геотермальних установок та систем можуть виготовляти існуючі заводи.

Показники ефективності геотермальних установок переважають паливні та атомні і при існуючих тарифах на тепло та електроенергію в найближчому часі можуть розвиватися за рахунок самофінансування. Повністю освоєною є технологія геотермального теплопостачання населених пунктів, сільськогосподарських об'єктів та невеликих підприємств [15].

На сьогодні науково-дослідні роботи з геотермальної енергетики виконуються згідно з Державною науково-технічною програмою „Екологічно чиста енергетика України”, яка затверджена постановою КМУ №100 від 17. 01.1996 року. Програма визначає декілька пріоритетних напрямків геотермальної енергетик: створення геотермальних станцій теплопостачання, створення Неотес, створення систем теплопостачання з підземним акумулюванням тепла, створення сушильних установок, створення геотермального теплопостачання теплиць.

2.9 Теплові насоси

2.9.1 Загальна характеристика

У природі, виробництві, сільському господарстві, побуті є значні запаси розсіяної низькотемпературної теплової енергії, яку можна ефективно використати. Для її концентрації застосовують теплові помпи (теплові помпові установки – ТПУ). Це пристрій, який за допомогою механічної або електричної енергії трансформує теплову енергію низького потенціалу в теплову енергію більш високих параметрів.

Сучасні ТПУ по принципу роботи розділяються на компресійні, абсорбційні і термоелектричні [15].

Джерелом низькотемпературної теплоти для ТПУ може бути природна теплота зовнішнього повітря, ґрунту, теплові відходи промислового і сільськогосподарського виробництва, геотермальна енергія. ТПУ економічно і екологічно вигідно використовувати у виробництві і побуті для опалення і гарячого водопостачання при сучасних цінах на енергоносії, не зважаючи на значні капітальні затрати при їх виготовленні. Хоча ТПУ не отримали в нас широкого застосування, із-за значних витрат і складності обладнання, але вони є дуже перспективними, оскільки дозволяють утилізувати практично будь-яку низькотемпературну теплоту. Практика показала, що найбільш ефективними на сьогодні є парокомпресійні тепло помпові установки.

Коефіцієнт корисної дії тепло помпової установки враховує не тільки дроселювання, але і втрати в трубопроводах, в обладнанні при перетворенні первинної енергії в приводному двигуні і передачі її до двигуна. Так, в даному випадку, при використанні електричної енергії для роботи ТПУ визначити ККД її можна з виразу:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5