На рисунке 13.1 представлена упрощенная схема геотермальной электростанции. Вода закачивается насосом вглубь земной коры через нагнетательную скважину. Скважина должна быть достаточ­но глубокой, чтобы достичь пород земной коры, разогретых выше температуры кипения воды. Вода просачивается сквозь породу, на­гревается и поднимается на поверхность через расположенную рядом эксплуатационную скважину. Из нее горячая вода поступает в ис­паритель, где частично превращается в пар. Неиспарившаяся вода из испарителя снова закачивается насосом вглубь земной коры.

Пар из испарителя приводит в движение паровую турбину, вра­щающую вал электрогенератора. Пройдя турбину, пар охлаждается в конденсаторе, снова превращаясь в жидкость, которая вновь зака­чивается вглубь Земли насосом вместе с не выпаренной в испарителе водой. Воду из конденсатора также можно использовать для питья и ирригации, так как она, по сути, является дистиллированной. Кон­денсатор нужно регулярно промывать и очищать от накапливающе­гося минерального осадка. Если вода, поступающая из эксплуатаци­онной скважины, сильно минерализирована, промывать конденсатор нужно чаще.

В некоторых районах породы земной коры настолько раскалены, что вода испаряется уже в эксплуатационной скважине, на пути к поверхности. Этот пар можно сразу использовать в паровой турбине. Такая система не нуждается в испарителе и называется паротер - малъной.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ БИНАРНОГО ЦИКЛА

В геотермальных электростанциях бинарного цикла вода за­качивается вглубь Земли и поднимается к ее поверхности горячей, так же как и в обычных геотермальных электростанциях. Однако

292 она поступает не в испаритель, а в теплообменник, где больший-

ство ее тепловой энергии передается другой жидкости, называемой бинарной. Иногда в качестве бинарной жидкости используется вода, но чаще в этом качестве применяется легкоиспаряющаяся жидкость, напоминающая хладагент. Она легко превращается в пар при темпе­ратуре ниже точки кипения воды. Этот процесс происходит в специ­альном низкотемпературном котле.

1 Вода

' Бинарная жидкость ' Испаренная бинарная жидкость ■ Электричество 1 Крутящий момент

Пар под давлением подается на паровую турбину, пройдя кото­рую он снова охлаждается в конденсаторе, превращается в жидкость и поступает обратно в котел.

Бинарная жидкость циркулирует в замкнутой системе и не всту­пает в контакт с термальной водой, которую закачивают вглубь зем-

ной коры. В этой системе остается меньше минеральных осадков, чем при работе паротермальных электростанций, поскольку вода, прошедшая через разогретые породы земной коры, не достигает точ­ки кипения.

Кроме того, электростанции бинарного цикла не производят вы­бросов в атмосферу. Такие электростанции способны эффективно функционировать даже в условиях, когда породы земной коры не­достаточно раскалены для работы обычных геотермальных или па­ротермальных электростанций. На рисунке 13.2 представлена упро­щенная функциональная схема работы геотермальной электростан­ции бинарного типа.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

• Запасы геотермальной энергии велики, хотя и не бесконечны. Ее можно считать возобновляемым источником энергии — во всяком случае, при условии, что в нагнетательную скважину не закачивается слишком много воды за слишком короткое время.

• Геотермальная электростанция для работы не требует поставок топлива из внешних источников.

• Работа геотермальных электростанций не сопровождается вред­ными или токсичными выбросами (см., однако, третий недоста­ток геотермальных электростанций ниже).

• Помимо необходимого для первого старта насоса (или насосов) внешнего источника энергии, геотермальным электростанциям для дальнейшей работы внешняя энергия (топливо) не нуж­на. С началом работы геотермальной электростанции ее насосы можно запитывать электричеством, которое вырабатывается на самой станции.

• Эксплуатация геотермальной электростанции не требует допол­нительных расходов, кроме расходов на профилактическое тех­обслуживание или ремонт.

• Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не требуют значительного землеотвода.

• Обычная геотермальная электростанция, расположенная на бе­регу моря или океана, может применяться и для опреснения воды, которую затем можно использовать для питья или ирри­гации. Опреснение происходит естественным путем в результа­те дистилляции — разогрева воды и охлаждения водяного пара в процессе работы электростанции.

НЕДОСТАТКИ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

• Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и со­гласие жителей на ее возведение может быть проблематичным.

• Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре. Кроме того, причиной ее остановки может стать плохой выбор места или чрезмерная закачка воды в породу через на­гнетательную скважину.

• Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах зем­ной коры. Избавиться от них достаточно сложно. Правда, в не­которых случаях их можно сифонировать (собрать) и перерабо­тать в горючее (нефть-сырец или природный газ, например).

Задача 13.1

Можно ли построить небольшую геотермальную электростанцию, способную обеспечить электричеством дом или небольшой поселок?

Решение 13.1

Это можно осуществить в районах, где не нужно бурить глубокие дорогие скважины. Наиболее показательным примером является, по­жалуй, Исландия, которая, по сути, находится на вершине гигант­ского вулкана. На территории США среди таких районов можно назвать территории вокруг Йеллоустоуна, Термополиса и Саратоги в штате Вайоминг и вокруг города Хот Спрингс в Южной Дакоте[56].