Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» Кафедра: «Электроснабжение промышленных предприятий и сельского хозяйства» . Реферат по дисциплине «Электрические станции и подстанции» на тему «Геотермальная электростанция» Выполнил: Студент 3 курса, группы Б-630-1 Филатов В.О. Проверил: Доцент, к/н, каф. ЭСПП СХ Зонхоев Г.Б. Улан-Удэ 2023 г СОДЕРЖАНИЕ Введение .................................................................................................................. 3 Глава 1. Общие сведения о ГеоТЭС. История развития ............................... 5 1.1. Общие сведения о ГеоТЭС .......................................................................... 5 1.2. История развития ГеоТЭС ........................................................................... 7 Глава 2. Принцип действия. Достоинства и недостатки ГеоТЭС ............. 10 2.1. Принцип действия ГеоТЭС. Основные виды........................................... 10 2.2. Достоинства и недостатки ГеоТЭС ........................................................... 13 Глава 3. Мировая геотермальная электроэнергетика. Выработка геотермальной энергии в России ..................................................................... 15 3.1. Мировая геотермальная электроэнергетика............................................. 15 3.2. Геотермальные электростанции России ................................................... 15 Заключение ........................................................................................................... 17 Список источников и литературы................................................................... 19 2 Введение Энерговооруженность общества - основа его научно-технического прогресса, база развития производственных сил. Её соответствие общественным потребностям - важнейший фактор экономического роста. Развивающееся мировое хозяйство требует постоянного наращивания энерговооруженности производства. Она должна быть надежна и с расчетом на отдаленную перспективу. Энергетический кризис 1973-1974 годов в капиталистических странах продемонстрировал, что этого трудно достичь, основываясь лишь на традиционных источниках энергии (нефти, угле, газе). Необходимо не только изменить структуру их потребления, но и шире внедрять нетрадиционные, возобновляемые источники энергии (НВИЭ). К ним относят солнечную, геотермальную, ветровую энергию, а также энергию биомассы и мирового океана. Сюда же, относят и атомную энергию, но на нынешнем этапе ее развития это представляется крайне расплывчато. В отличие от ископаемых топлив, нетрадиционные виды энергии не ограничены геологически накопленными запасами. Это означает, что их использование и потребление не ведет к необратимому исчерпанию ресурсов. Основной фактор при оценке целесообразности использования НВИЭ стоимость производимой энергии в сравнении со стоимостью энергии, получаемой обычными методами. Особое значение приобретают нетрадиционные источники для удовлетворения локальных потребителей энергии. Из приведенных выше альтернативных источников энергии, одним из самых распространенных, развитым в технологическом плане, востребованным и, что важно, дешевым, является геотермальная энергия. Благодаря этим качествам, уже с начала XX века она получила широкое распространение даже относительно других альтернативных источников энергии, что дает право надеяться, что она займет достойное место в развитии 3 альтернативной энергетики нынешнего, а возможно и последующих столетий. 4 Глава 1. Общие сведения о ГеоТЭС. История развития 1.1. Общие сведения о ГеоТЭС Рис. 1.1. Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли, образующаяся за счет расщепления радионуклидов в результате физико-химических процессов в земных недрах. Источники геотермальной энергии по классификации Международного энергетического агентства делятся на 5 типов: - месторождения геотермального сухого пара - сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки; тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников; - источники влажного пара (смеси горячей воды и пара) - встречаются чаще, но при их освоении приходится решать вопросы предотвращения коррозии оборудования ГеоТЭС и загрязнения окружающей среды (удаление конденсата из-за высокой степени его засоленности); - месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду) - представляют собой, так называемые геотермальные резервуары, 5 которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой; - сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более) - их запасы энергии наиболее велики; - магма, представляющая собой нагретые до 1300°С расплавленные горные породы. Тепло возникает там, прежде всего, за счет распада природных радиоактивных элементов, таких как уран и калий. Рис 1.2. ГеоТЭС Olkaria IV в Кении Однако тепло Земли очень "рассеянно", и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть такой энергии. Из них пригодные для использования геотермальные ресурсы составляют всего 1% общей теплоемкости верхней 10-километровой толщи земной коры, или 137 трлн. т. у. т (тонн условного топлива). Но и это 6 количество геотермальной энергии может обеспечить нужды человечества на долгое время. Области повышенной сейсмической активности, вокруг краев континентальных плит являются наилучшими местами для строительства геотермальных электростанций, потому что кора в таких зонах намного тоньше. Именно поэтому наиболее перспективные геотермальные ресурсы находятся в зонах вулканической активности. К сожалению, человечество еще не научилось использовать энергию вулканов в мирных целях. А вот рассматриваемые далее скрытые, на первый взгляд незаметные, проявления энергии земных недр, уже давно эффективно используются людьми для получения тепловой, а в течение последних почти 100 лет и электрической энергии. При непосредственном использовании, высокотемпературное тепло, нагревающее геотермальную воду до значений температур, не превышающими 100°С, как правило, используется для нужд теплоснабжения, горячего водоснабжения и других подобных целей. Практика прямого использования тепла широко распространена на границах тектонических плит, например в Исландии, Японии, и Дальнем Востоке. Примером такого источника тепла служат гейзеры. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. При значениях температур геотермальных вод превышающих 140 - 150°С, когда вода вблизи от поверхности земли нагревается до температуры кипения, в результате чего в виде водяного пара вырывается на поверхность, экономически, наиболее выгодно использовать геотермальную энергию для выработки электричества. 1.2. История развития ГеоТЭС 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, 7 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. Рис. 1.3. Пьеро Конти и его геотермальный генератор Позже, в 1911 году, была построена первая в мире геотермальная электростанция в том же населённом пункте, она работает до сих пор. В 1920х годах экспериментальные генераторы были построены в Беппу (Япония) и калифорнийских гейзерах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года. 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. 8 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. 9 Глава 2. Принцип действия. Достоинства и недостатки ГеоТЭС 2.1. Принцип действия ГеоТЭС. Основные виды 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 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 использования подобных ресурсов значительно ограничена наличием особых геологических районов. 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. 10 Рис. 2.1. Принцип действия ГеоТЭС По своему техническому устройству, геотермальные электростанции подразделяются на несколько видов: геотермальные электростанции на парогидротермах — это электростанции, в которых используется уже нагретая природой вода; двухконтурная геотермальная электростанция на водяном паре. В таких электростанциях имеется специальный двухконтурный парогенератор, позволяющий генерировать "добавочный" пар. Иными словами на "горячей" стороне парогенератора используется геотермальный пар, а на "холодной" его стороне генерируется вторичный пар, полученный из подведенной воды; двухконтурная геотермальная электростанция на низкокипящих рабочих веществах. Область применения таких электростанций - использование очень горячих (до 200 градусов) термальных вод, а также использование дополнительно воды на месторождениях парогидротерм, о которых было сказано выше. 11 В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием геотермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара; непрямая с использованием водяного пара; смешанная схема производства (бинарный цикл). 12 2.2. Достоинства и недостатки ГеоТЭС Бесспорно, что ГеоТЭС – это перспективный источник добычи электроэнергии, однако, как и любой другой вид производства электроэнергии, он имеет свои ключевые достоинства и недостатки. К достоинствам ГеоТЭС относится: Запасы ресурсов для электростанций такого рода являются восстанавливаемыми. Они фактически неисчерпаемы при условии правильной работы станции. Это подразумевает закачивание небольшого количества воды в нагнетательную скважину за короткий промежуток времени; Функционирование станции не зависит от наличия внешних источников топлива; Во время работы установки не происходит вредных или токсичных выбросов; Геотермальные электростанции абсолютно безопасны для окружающей среды. При их использовании не возникают даже парниковые газы. Таким образом, они не влияют на увеличение парникового эффекта и глобального потепления; 13 Станция может функционировать в автономном режиме за счет электричества, получаемого от ее установок. Внешний источник энергии применяется лишь при первом запуске насоса; Использование природного теплоносителя для выработки электрической энергии позволяет снизить ее себестоимость практически до нуля; Геотермальная электростанция для нормального режима работы не нуждается в дополнительных вложениях. Незначительных расходов требуют только обслуживание техники и работы по ремонту; Электрические станции, работающие на геотермальной энергии, не нуждаются в обширных площадях для санитарных зон. К недостаткам ГеоТЭС относятся: Разработка, проектирование и строительство подобных станций требуют значительных вложений на начальном этапе; Часто возникают затруднения с выбором подходящего места для строительства электростанции; Горючие и токсичные газы, содержащиеся в земной коре, способны попадать на поверхность через рабочую скважину. Некоторые современные установки собирают эти выбросы и перерабатывают их в топливо, такое, как нефть-сырец или природный газ. Как правило, такие электростанции геотермальных источников непосредственно связаны с на возводят поверхность. тектоническими в местах выхода Эти разломами источники планеты. Принимая во внимание трудность прогнозирования сейсмической активности, легко сделать вывод, что подобные районы — далеко не самое благоприятное место для строительства и последующей эксплуатации энергоустановки. 14 Глава 3. Мировая геотермальная электроэнергетика. Выработка геотермальной энергии в России 3.1. Мировая геотермальная электроэнергетика По состоянию на 2022 год все ГеоЭС в мире выработали почти 95100 ГВт⋅ч при установленной мощности около 15951 МВт. Данные показатели значительно уступают большинству электростанций на других сравнительно молодое возобновляемых источниках энергии. Рис.3.1. Выработка мировой геотермальной энергии 3.2. Геотермальные электростанции России Геотермальная энергетика в России – направление. Первая Паужетская ГеоЭС была введена в эксплуатацию на Камчатке в августе 1966 года. На сегодняшний день Россия располагает четырьмя ГеоЭС – тремя на Камчатке и одной на Курильских островах. Это Мутновская, Верхне-Мутновская, Паужетская и Менделеевская ГеоЭС. В 2021 году суммарная мощность выработанной ими энергии составила 74 МВт. Помимо этого, геотермальная энергия широко используется для отопления жилых домов и горячего водоснабжения. 15 Рис. 3.2. Геотермальные ресурсы России 16 Заключение Тепло Земли очень "рассеянно", и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть такой энергии. Из них пригодные для использования геотермальные ресурсы составляют всего 1% общей теплоемкости верхней 10-километровой толщи земной коры, или 137 трлн. тонн условного топлива. Но и это количество геотермальной энергии может обеспечить нужды человечества на долгое время. Области повышенной сейсмической активности, вокруг краев континентальных плит являются наилучшими местами для строительства геотермальных электростанций, потому что кора в таких зонах намного тоньше. Именно поэтому наиболее перспективные геотермальные ресурсы находятся в зонах вулканической активности. В структуре мирового производства электроэнергии, возобновляемые источники энергии в 2000 году обеспечили 19 % общемирового производства электроэнергии. При этом, несмотря на значительные темпы развития, геотермальная, солнечная и ветровая энергия составляла в 2000 году менее 3 % от общего объема использования энергии, получаемой от возобновляемых источников. Однако в настоящее время геотермальная электроэнергетика развивается ускоренными темпами, не в последнюю очередь из-за галопирующего увеличения стоимости нефти и газа. Этому развитию во многом способствуют принятые во многих странах мира правительственные программы, поддерживающие это направление развития геотермальной энергетики. Следует также электроэнергетики, отметить, невозможно что, на полностью данном заменить этапе такие развития базовые источники выработки энергии, как нефть, газ, уголь и т.д., однако за счет 17 использования альтернативной энергетики, можно сократить выбросы вредных веществ в атмосферу и обеспечить более чистое будущее для последующих поколений. 18 Список источников и литературы 1. Алхасов, А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии [Текст] / А.Б. Алхасов - М.: "Физматлит", 2008. - 376 с. 2. Максимов, И.Г. Альтернативные источники энергии [Текст] / И.Г. Максимов - М.: "Эко-Тренд", 2005. - 387 с. . 3. Попов, М.С. Геотермальная энергетика в России [Текст] / М.С. Попов - М.: "Энергоатомиздат", 1988. - 294 с. . 4. Феофанов, Ю.А. Геотермальные электростанции [Текст] / Ю.А. Феофанов М.: "Эко-Тренд", 2005. - 217 с. . 19
