4.1. Разновидности геотермальных электростанций и особенности их применения в децентрализованных системах электроснабжения

Технология преобразования геотермальной энергии в электро­энергию зависит в основном от параметров теплоносителя. Высокопо­тенциальные геотермальные воды, обеспечивающие поступление в гео-

термальную электростанцию (ГеоЭС) пара высокого давления, позво­ляют направлять такой теплоноситель непосредственно на лопатки тур­бин. В этом случае генераторная часть ГеоТЭС принципиально не отли­чается от традиционной тепловой электростанции, использующей угле­водородное топливо.

Механические примеси и газы, содержащиеся в геотермальной воде или паре, очищаются с помощью сепараторов и фильтров. При значительном количестве примесей, которые часто бывают агрессив­ными, применяется двухконтурная система с теплообменником. Вто­ричный контур содержит воду, прошедшую химводоочистку и деариро - вание. Примером подобной ГеоЭС может служить Мутновская геотер­мальная электростанция, расположенная в 140 км от г. Петропавловск - Камчатский у подножья действующего вулкана Мутновский. До начала строительства Мутновской ГеоЭС, там же, ранее была введена в экс­плуатацию Верхнее-Мутновская станция мощностью 12 МВт. Кроме того, в 1967 г. на юге Камчатской области была построена Паужетская ГеоЭС мощностью 11 МВт, которая продолжает работать и в настоящее время.

Первый блок Мутновской ГеоЭС мощностью 25 МВт введен в эксплуатацию в 2001 году. Через год, с пуском второго энергоблока, мощность станции возросла до 50 МВт. Вторая очередь Мутновской ГеоЭС вводится в эксплуатацию в 2007-2009 годах и увеличивает мощ­ность станции на 100 МВт. Третья очередь мощностью более 100 МВт планируется на 2012 год. Мутновская ГеоЭС на протяжении ряда лет демонстрирует устойчивую работу и производит дешевую электроэнер­гию, себестоимость которой составляет около 1,5 цента/кВтчас. В це­лом, Мутновская ГеоЭС во многом превосходит по своим техническим характеристикам зарубежные аналоги:

- экологическая чистота, которая достигается исключением пря­мого контакта геотермального теплоносителя с окружающей средой с последующей закачкой его обратно в земные пласты;

- проблема защиты оборудования станции от коррозии и солеот­ложений в значительной степени решена с помощью применения спе­циальной технологии присадок пленкообразующих аминов;

- блочно-модульный принцип поставки оборудования, что позво­лило существенно сократить сроки строительства станции.

Уже сегодня геотермальная энергетика обеспечивает более 25 % потребности в электроэнергии Камчатки, что позволяет ослабить зави­симость полуострова от поставок дорогостоящего топлива.

Следует отметить, что ГеоЭС с высокопотенциальным теплоноси­телем могут сооружаться только вблизи соответствующих месторожде - ний геотермальных вод. Таких месторождений не много, соответствен­но и электростанции рассмотренного типа - объекты достаточно уни­кальные.

Гораздо большей доступностью и распространенностью обладают геотермальные воды с более низкими внутрипластовыми температура­ми. Как уже отмечалось выше, громадными запасами геотермальных вод с температурами до 100о С обладает Западная Сибирь.

Технологии получения электроэнергии из низкопотенциальной тепловой энергии геотермальных вод основаны на двух принципах энергопреобразования: использования веществ с низкими температура­ми кипения и гидропаровых турбин типа Сегнерова колеса.

Идея производства электроэнергии в турбогенераторах с помо­щью веществ с низкими температурами кипения принадлежит совет­ским ученым, которые в 1965-1967 гг. создали первую в мире геотер­мальную бинарную электростанцию на Камчатке - Паратунскую ГеоЭС. Фреон, превращенный в пар теплом горячей воды, направлялся в турбо­генератор, вырабатывающий электрическую энергию.

Сегодня эта технология активно используется. Построено около тысячи энергоблоков мощностью от нескольких кВт до 130 МВт в де­сятках стран мира.

Гидропаровые турбинные установки (ГПТ) используют прямую подачу горячей воды в сопла турбины без предварительного разделения ее на пар и воду в сепараторах. Гидропаровая турбина работает на пото­ке, вскипающем в процессе адиабатического расширения. Основная ра­бота в процессе преобразования тепловой энергии геотермальных вод в кинетическую энергию рабочего потока и механическую турбины осу­ществляется жидкой фазой, что принципиально отличает гидропаровую турбину от паровой. В ГПТ используются сопла Лаваля с парогенери­рующими решетками, создающими мелкодисперсный паро-водяной по­ток на лопатках турбины.

Подобные энергоустановки обладают коэффициентом полезного действия до 25...30 % при частотах вращения выходного вала до не­скольких тысяч оборотов в минуту.

В Санкт-Петербургском техническом университете предложена простая и универсальная модель реактивной турбины в виде Сегнерова колеса (рис. 58). В напорной части турбины происходит увеличение дав­ления горячей воды, а в сопле Лаваля - ускорение горячей воды в су­жающейся части сопла и расширение пароводяной смеси в расширяю­щейся части сопла. Таким образом, в Сегнеровом колесе происходит ускорение потока горячей воды, её испарение и расширение пароводя-

ной смеси без изменения направления движения потока. Подобные тур­бины имеют ряд принципиальных преимуществ [66-68]:

- минимальное число подвижных деталей, что обеспечивает про­стоту технического обслуживания;

- высокая эффективность осесимметричных сопел как источника реактивного усилия на колесе;

- отсутствие рабочих лопаток, что снижает проблемы обтекания и эрозии при прохождении пароводяной смеси;

- принципиально новые возможности регулирования мощности турбины.

Ориентировочная стоимость оборудования для гидропаровых турбин мощностью 100...150 кВт составляет 600...750 $/кВт [19].

По данным разработчиков оборудования: ЗАО НПВП «Турбокон» г. Калуга и Института теплофизики СО РАН г. Новосибирск гидропаро­вые турбины могут эффективно использовать геотермальную воду с температурой 80.. .150° С.

Примером использования низкопотенциальных геотермальных вод для производства электрической и тепловой энергии является эс­кизный проект строительства на территории Томской области 12 гео­термальных электростанций общей мощностью 12 МВт. Проект был инициирован Региональным центром энергосбережения Томской облас­ти в 2002 году, прошел экспертизу в Министерстве Природы и Энерге­тики Российской Федерации и получил поддержку United Nations Indu­strial Development Organizatin (UNIDO) и Global Environment Facility (GEF).

Основной целью проекта является обеспечение сельскохозяйст­венных потребителей Томской области электроэнергией и теплом путем использования огромных запасов геотермальных вод, залегающих прак­тически по всей территории Томской области на глубинах 2-4 км. Про­ведённые исследования энергетического потенциала геотермальных вод области позволили оценить его величину в 500-1000 МВт.

Особенностью проекта является отсутствие привязки расположе­ния ГеоЭС к конкретному геотермальному месторождению. Обширные территории, обладающие геотермальной энергией, позволяют учиты­вать расположение населённых пунктов-потребителей электрической и тепловой энергии, наличие законсервированных разведочных скважин и другие местные особенности.

В частности, одним из перспективных населённых пунктов Том­ской области является п. Трубачево, Бакчарского района. В непосредст­венной близости от посёлка имеется законсервированная скважина, со­держащая геотермальную воду с параметрами:

- глубина залегания геотермальных вод 2500 м;

- внутрипластовая температура 105оС;

- статическое давление + 2,5 кГ/см2;

- минерализация 5.. .10 г/л;

- концентрация взвешенных частиц > 30 мГ/л.

Предварительные расчета показали, что опытный образец ГеоЭС,

основанный на использовании гидропаровой турбины типа Сегнерова колеса, мощностью 30 кВт будет потреблять порядка 20 м /час воды температурой 100оС.

Стоимость производимой электроэнергии ожидается на уровне стоимости энергии от дизельных электростанций.

Общая стоимость реализации всего проекта оценивается в преде­лах 50 млн. долларов США.