Возобновляемые источники энергии

4
5
6
8
8
9
12
10
Из водопровода
16
15
14
13
11
1
2
3
7
Рис. 1.10. Комплексная геотермальная система теплоснабжения с пиковой котельной:
1
— геотермальная скважина; 
2
— бак-аккумулятор термальной воды; 
3
— насосная стан-
ция; 
4
— тепличный комбинат; 
5
— насосная станция обратной закачки; 
6
— нагнетатель-
ная скважина; 
7
— сетевой теплообменник горячего водоснабжения; 
8
— сетевые насосы;
9
— подпиточный насос; 
10
— водоразборный кран; 
11
— бак-аккумулятор водопроводной
воды; 
12
— регулятор подпитки; 
13
— пиковая котельная; 
14
— задвижка; 
15
— регулиру-
ющая задвижка; 
16
— регулятор
4
5
6
8
8
9
12
10
Из водопровода
16
15
14
13
11
1
2
3
7
Рис. 1.11. Комплексная геотермальная система теплоснабжения с теплонасосной уста-
новкой:
1
— геотермальная скважина; 
2
— бак-аккумулятор термальной воды; 
3
— насосная стан-
ция; 
4
— тепличный комбинат; 
5
— насосная станция обратной закачки; 
6
— нагнетатель-
ная скважина; 
7
— сетевой теплообменник горячего водоснабжения; 
8
— сетевые насосы;
9
— подпиточный насос; 
10
— водоразборный кран; 
11
— бак-аккумулятор водопроводной
воды; 
12
— регулятор подпитки; 
13
— теплонасосная установка; 
14
— задвижка; 
15
—
регулирующая задвижка; 
16
— регулятор

---

80
теплиц и закрытыми системами горячего водоснабжения зданий [41].
Наличие транзитного участка распределительных двухтрубных сетей
связано с необходимостью расположения центрального геотермаль-
ного теплового пункта на термоводозаборе, ввиду обратной закачки
отработанного теплоносителя. Системы различаются лишь видом
пикового источника теплоты. На рис. 1.10 таким источником служит
пиковая котельная, работающая на органическом топливе и располо-
женная в населенном пункте вблизи потребителя горячего водоснаб-
жения. В схеме на рис. 1.11 эту функцию выполняет теплонасосная
установка, расположенная на термоводозаборе.
Возможны и другие схемные решения комплексных систем.
Например, создание закрытой системы с однотрубной сетью горя-
чего водоснабжения при наличии вблизи термоводозабора источника
питьевой воды.
При расчетной температуре наружного воздуха система с пико-
вой котельной работает следующим образом. Термальная вода темпе-
ратурой 
t
т
и расходом 
, равным расчетному дебиту термоводоза-
бора, поступает через сборную емкость (предназначенную для
гидравлической развязки между скважинами и системой теплоснаб-
жения) непосредственно в систему отопления теплицы (расчетная
тепловая мощность системы — 
Q
′
). На выходе из системы отопления
геотермальный теплоноситель, охлажденный до температуры ,
подается на сетевой водоподогреватель, где охлаждается дополни-
тельно и с температурой 
поступает на сброс или обратную
закачку. В сети горячего водоснабжения циркулирует теплоноситель,
пригодный для питья. При температуре 
t
вод
и расходе 
G
г.в
, он нагре-
вается в сетевом подогревателе до температуры 
и подается в зда-
ния на водоразбор. Подпитка по мере водоразбора осуществляется из
водопровода.
Аналогичным образом работает и система, изображенная на
рис. 1.11, с той лишь разницей, что догрев геотермальной воды до
необходимой температуры осуществляется в конденсаторах теплона-
сосной установки, утилизирующей тепло сбрасываемой геотермаль-
ной воды, проходящей через ее испарители.
Учитывая регулирование отопительной нагрузки тепличного ком-
бината по температуре наружного воздуха, в годовом цикле работы
комплексных систем можно выделить три режима эксплуатации в
зависимости от коэффициента отпуска тепла на отопление теплиц 
ϕ
:
t
н
′
G
т
′
t
0
′
t
сбр
′
t
г.в
′

---

81
•
в летний период (
ϕ
= 0) термоводозабор имеет постоянный
дебит геотермальной воды, обеспечивающий тепловую нагрузку
горячего водоснабжения;
•
с наступлением отопительного периода до включения пикового
догрева (
ϕ
< 
ϕ
в
) дебит термоводозабора регулируется в зависимости
от нагрузки отопления и полностью обеспечивает геотермальным
теплом потребности отопления и горячего водоснабжения;
•
при низких температурах наружного воздуха (
ϕ
в
≤
ϕ
≤
1) дебит
термоводозабора постоянен, равен расчетному и обеспечивает пол-
ностью потребность в отоплении теплиц, в то время как на нужды
горячего водоснабжения тепла не хватает. Эта нехватка геотермаль-
ного тепла компенсируется пиковым догревом. Регулирование произ-
водится изменением тепловой мощности пикового источника тепла.
Установленная тепловая мощность пикового источника тепла 
определяется по формуле
,
(1.39)
где 
с
— удельная теплоемкость геотермального теплоносителя,
Дж/(кг
æ
°С); 
G
г.в
— среднесуточный расход питьевой воды в системе
горячего водоснабжения, кг/с; 
— расчетная начальная темпера-
тура водопроводной воды в системе горячего водоснабжения после
пикового догрева с учетом остывания во время транспортировки до
потребителя, °С; 
— расчетная температура водопро-
водной воды системы горячего водоснабжения после сетевого тепло-
обменника, °С; — расчетная температура обратной воды системы
отопления теплицы; 
= 5
÷
10 °С — разность температур теплоно-
сителей на «горячем» конце противоточного теплообменника.
Значение коэффициента отпуска тепла 
ϕ
в
, соответствующее вклю-
чению (выключению) пикового догрева, следует вычислять по фор-
муле
;
(1.40)
,
(1.41)
где 
ε
— ориентировочный коэффициент эффективности теплообмен-
ного аппарата системы горячего водоснабжения в расчетном режиме;
Q
п
′
Q
п
′
cG
г.в
t
г.в
′
t
р.г.в
–
(
)
=
t
г.в
′
t
р.г.в
t
0
′
δ
t
′
–
=
t
0
′
δ
t
′
ϕ
в
1
Q
п
′
ε
c G
г.в
t
т
t
0
′
–
(
)
---------------------------------------
–
=
ε
t
р.г.в
t
вод
–
t
0
′
t
вод
–
----------------------------
=

---

82
t
вод
— расчетная температура водопроводной воды, поступающей в сис-
тему горячего водоснабжения; 
t
т
— температура термальной воды.
Температура наружного воздуха 
t
н.в
, соответствующая 
ϕ
в
, опреде-
ляется
,
(1.42)
где 
t
в
— температура внутреннего воздуха теплицы; — расчетная
для отопления теплиц температура наружного воздуха.
График регулирования тепловой мощности пикового источника
тепла следует строить, пользуясь зависимостью
,
(1.43)
где 
Q
п
— текущая тепловая мощность пикового источника теплоты,
Вт; 
ϕ
— текущий коэффициент отпуска тепла.
График общего расхода геотермального теплоносителя в режиме
регулирования дебита термоводозабора следует строить по неявной
формуле
ϕ
= 
= , (1.44)
где 
G
т
— текущий расход термальной воды, кг/с; 
К
— коэффициент
теплопередачи в расчетном режиме, Вт/(м
2
æ
°С); 
F
— площадь
поверхности нагрева теплообменного аппарата системы горячего
водоснабжения, м
2
.
Подставляя в (1.44) значения текущего расхода 
получаем
соответствующие значения 
ϕ
≤
ϕ
в
. Затем, отложив по оси абсцисс
вычисленные значения 
ϕ
, а по ординат — принятые значения 
G
т
,
получим искомый график. При этом расход теплоносителя в летнем
режиме (при 
ϕ
= 0) определяется графически. Произведение 
KF
характеризует конструктивные особенности и размеры теплообмен-
ного аппарата. Его ориентировочное значение можно вычислить по
формулам
, при 
,
(1.45)
t
н.в
t
н
′
Q
п
′
t
в
t
н
′
–
(
)
ε
c G
г.в
t
т
t
0
′
–
(
)
---------------------------------------
+
=
t
н
′
Q
п
Q
п
′
ε
cG
г.в
1
ϕ
–
(
)
t
т
t
0
′
–
(
)
–
=
G
т
t
т
t
г.в
′
–
(
)
exp
KF
c
-------- 1
G
т
------
1
G
г.в
---------
–
⎝
⎠
⎜
⎟
⎛
⎞
⎩
⎭
⎨
⎬
⎧
⎫
G
г
t
т
t
вод
–
(
)
G
г.в
t
г.в
′
t
вод
–
(
)
–
[
]
–
1 exp
KF
c
-------- 1
G
т
------
1
G
г.в
---------
–
⎝
⎠
⎜
⎟
⎛
⎞
⎩
⎭
⎨
⎬
⎧
⎫
G
т
′
t
т
t
0
′
–
(
)
–
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
G
т
G
т
≤ ′
KF
cG
г.в
θ
1
–
-------------
ln
1
ε
–
1
εθ
–
----------------
=
θ
G
г.в
/
G
т
′
1
≠
=

---

83
или
, при 
θ
= 1.
(1.46)
График температуры сбрасываемой геотермальной воды 
t
сбр
(
ϕ
),
необходимый для определения количества теплоты, возвращаемой в
водоносный пласт при обратной закачке, следует строить по следую-
щим расчетным зависимостям:
для систем с пиковой котельной в режиме расчетного дебита тер-
моводозабора и работы пикового догрева (при 
ϕ
в
≤
ϕ
≤
1)
;
(1.47)
для тех же систем в режиме регулирования дебита термоводоза-
бора (при 
ϕ
< 
ϕ
в
), а также для систем с теплонасосной установкой во
всем диапазоне изменения 
ϕ
(при 0 
≤
ϕ
≤
1)
;
(1.48)
для любого пикового источника тепла при выключенной системе
отопления теплиц (
ϕ
= 0)
.
(1.49)
Во всех случаях определения 
t
сбр
текущий расход теплоносителя
определяется по графику зависимости (1.44). По приведенным зави-
симостям и климатологическим данным могут быть построены годо-
вые графики потребления тепла тепличным комбинатом, горячим
водоснабжением и выработки тепла устройством пикового догрева.
Это позволит определить, необходимое для технико-экономических
расчетов, годовое количество высвобождаемого органического топ-
лива и затраченной электроэнергии при использовании теплонасос-
ной установки. Аналогичным образом подсчитывается количество
теплоты, поступающей в водовмещающий пласт при эксплуатации
термоводозабора с помощью обратной закачки.
Создание комплексных систем за счет интенсификации отбора
геотермального тепла позволит существенно улучшить технико-эконо-
мические показатели термоводозаборов, получить дополнительный
социальный эффект, сэкономить значительное количество органиче-
ского топлива. Строительство комплексных систем геотермального
теплоснабжения перспективно на большинстве месторождений тер-
мальных вод (Махачкала — Тернаирском, Кизлярском, Ханкальском,
KF
ε
cG
г.в
1
ε
–
-----------------
=
t
сбр
t
т
ϕ
t
т
t
0
′
–
(
)
–
G
г.в
G
т
′
----------
ε
t
т
t
вод
–
ϕ
t
т
t
0
′
–
(
)
–
[
]
–
=
t
сбр
t
т
1
G
т
------
ϕ
G
т
′
t
т
t
0
′
–
(
)
G
г.в
t
г.в
′
t
вод
–
(
)
+
[
]
–
=
t
сбр
t
т
G
г.в
G
т
----------
t
г.в
′
t
вод
–
(
)
–
=

---

84
Мостовском). Например, в районе Тернаирского месторождения
эксплуатируется тепличный комбинат площадью 6 га, отапливаемый
в настоящее время теплом от котельной на природном газе. В то же
время скважины месторождения простаивают из-за отсутствия потре-
бителя, а другие скважины эксплуатируются в прерывистом режиме
для отопления пригородного микрорайона, что свидетельствует о
низком уровне использования термальных вод. Строительство комп-
лексной системы с отоплением тепличного комбината и тепло- и
горячим водоснабжением жилого микрорайона позволит резко улуч-
шить экономические показатели месторождения.
1.6.4. Коррозия и солеотложение 
в геотермальных системах
Выбор схемы теплоэнергетического использования термальных
вод производится на основе гидрогеотермических, теплотехниче-
ских, термодинамических и технико-экономических расчетов, с уче-
том химического состава и минерализации гидротерм, большинство
которых склонны к коррозии и отложению солей на поверхностях
контакта. При выборе схемы геотермального теплоснабжения необ-
ходимо установить:
•
можно ли данную термальную воду непосредственно подавать
в систему теплоснабжения;
•
можно ли данную воду подвергать пиковому догреву в котлах
или теплообменниках;
•
какие мероприятия возможны для предотвращения коррозии и
солеотложения.
Коррозионное воздействие геотермальных вод на металл обуслов-
лено многими факторами: минерализацией, газосодержанием (серо-
водород, углекислая кислота, кислород), давлением, температурой
(наибольшая скорость коррозии наблюдается при температуре 60—
90 °С), значением рН и т.п.
Самым опасным коррозионно-агрессивным компонентом в тер-
мальных водах является кислород. Кислород не содержится в геотер-
мальных водах, он может попадать в воду через неплотности сис-
темы, а интенсивность насыщения термальных вод кислородом
зависит от их температуры и минерализации. Поэтому особенно тща-
тельно должна быть обеспечена герметичность систем теплоснабже-
ния, чего можно достичь применением сварных соединений и сведе-
нием до минимума резьбовых соединений и арматуры. В периоды
консервации системы теплоснабжения, во избежание подсоса воз-
духа, все коммуникации и оборудование, соприкасающиеся с геотер-
мальным теплоносителем, необходимо заполнить водой.

---

85
Сероводород увеличивает скорость коррозии до 40 %, максималь-
ная коррозия имеет место при его концентрации в воде 4—5 мг/л.
Коррозия, вызываемая углекислотой, является минимальной по срав-
нению с кислородной и сероводородной. Коррозионное воздействие
на металл оказывают ионы хлора в сочетании с сероводородом и
углекислотой. При попадании в термальную воду кислорода серово-
дородная коррозия интенсифицируется в 2 раза, углекислотная в 1,5
раза, а хлор-ионная в 3—4 раза. Некоторым термальным водам при-
суще содержание в них сульфатредуцирующих бактерий, которые
при попадании в системы теплоснабжения также ускоряют коррозию
до 10—15 раз.
В качестве ингибиторов коррозии в проточных системах приме-
няют различные фосфаты и силикат натрия как в отдельности, так и в
сочетании с другими элементами. Силикат натрия весьма эффекти-
вен как в условиях кислородной, так и сероводородной коррозии.
Эффективным способом борьбы с коррозией от растворенных газов
является дегазация воды специальными устройствами, при которой
удаляются агрессивные компоненты — сероводород и углекислый
газ (рис. 1.12).
Для предотвращения коррозии оборудования и коммуникаций
используют двухконтурные системы геотермального теплоснабже-
ния с промежуточными теплообменниками, в которых геотермаль-
ным теплом подогревается пресная умягченная вода, поступающая в
дальнейшем на потребительские нужды. В таких системах коррозии
подвергается теплообменник и коммуникации первичного контура,
соприкасающиеся с геотермальным теплоносителем. Для предотвра-
щения коррозии в теплообменниках за рубежом (США, Франция и
др.) используют теплообменники с титановыми покрытиями.
В России такие теплообменники не нашли широкого применения
из-за дороговизны титана. Для защиты пластинчатого теплообменника
от коррозии пластины покрывают защитным слоем. Кроме высоких
противокоррозионных свойств защитные покрытия должны обладать
В систему
теплоснабжения