Возобновляемые источники энергии

1
10
6
7
9
3
Изобутановый цикл
Насыщенный пар
Подземный контур
Дебит 278 кг/с
60 
°
С
125 
°
С
167 
°
С
66 
°
С
2
11
Рис. 1.30. Схема ГеоЭС с двойным циклом (США):
1
— паровая турбина; 
2
— турбина на низкокипящем агенте (изобутан); 
3
— генераторы;
4
,
5
— испаритель и нагреватель первичного цикла; 
6
, 
7
— испаритель и теплообменник-
нагреватель вторичного цикла; 
8
, 
9
— циркуляционные насосы первичного и вторичного
циклов; 
10
, 
11
— воздушные системы охлаждения 

---

124
изобутана при температуре 125 °С направляются в турбину мощно-
стью 22,3 МВт для выработки электроэнергии.
Схемы ГеоЭС с двойным циклом перспективны для реализации на
Мутновском геотермальном месторождении на Камчатке, что позво-
лит наиболее эффективно использовать тепловой потенциал геотер-
мального пара. В настоящее время разработан технический проект
энергоблока № 4 Верхе-Мутновской ГеоЭС с комбинированным цик-
лом мощностью 6,5 МВт [25].
Контрольные вопросы
1.Перечислите основные источники тепла в недрах Земли.
2. Опишите основные термические свойства горных пород.
3. Что влияет на теплопроводность горной породы?
4. От чего зависит температуропроводность горной породы?
5. Перечислите виды теплопередачи в горной породе.
6. Перечислите виды геотермальных ресурсов.
7. Что такое условное топливо?
8. В чем заключается оценка гидрогеотермальных ресурсов?
9. Какие методы используют при оценке запасов месторождений теплоэнерге-
тических вод?
10. Как определяется теплоэнергетический потенциал геотермальной скважины?
11. Перечислите категории эксплуатационных запасов термальных вод.
12. Какие факторы влияют на дебит геотермальной скважины?
13. Опишите типы вод по условиям их образования.
14. Перечислите термальные воды по условиям их залегания.
15. Опишите гидродинамические зоны пластовых вод.
16. Приведите классификацию теплоэнергетических вод.
17. На какие типы подразделяют месторождения теплоэнергетических вод?
18. Опишите физические свойства воды.
19. Какие ионы характеризуют химический состав подземных вод?
20. Опишите классификацию подземных вод по степени их минерализации.
21. Опишите классификацию подземных вод по химическому составу.
22. Какие факторы влияют на формирование химического состава подземных
вод?
23. Перечислите типы термальных вод по газовому составу.
24. Опишите вертикальную гидрогеотермическую зональность Предкавказского
артезианского бассейна.
25. Перечислите характерные особенности термальных вод Западно-Сибирского
артезианского бассейна.
26. Каковы особенности формирования парогидротерм Камчатки?
27. Перечислите области использования геотермального тепла.

---

28. От каких факторов зависит эффективность использования геотермальных
вод?
29. Что такое коэффициент эффективности использования термоводозабора?
30. От чего зависит выбор схемы геотермального теплоснабжения?
31. Расскажите о преимуществах комплексных геотермальных систем тепло-
снабжения.
32. Опишите мероприятия, снижающие солеотложение и коррозию в системах
геотермального теплоснабжения.
33. Перечислите типы теплообменников. Запишите уравнение теплового баланса
теплообменника.
34. Перечислите преимущества горизонтальных скважин.
35. Каковы преимущества и недостатки геотермальных циркуляционных сис-
тем?
36. Опишите технологию извлечения петрогеотермальной энергии.
37. Расскажите об опыте использования геотермальных ресурсов для выработки
электроэнергии.
38. От чего зависит тепловая схема ГеоЭС?
39. Перечислите преимущества и недостатки бинарной ГеоЭС.
40. Опишите схему ГеоЭС с двойным циклом.

---

126
Г л а в а в т о р а я
ТЕПЛОНАСОСНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
2.1. Тепловые насосы
Для утилизации низкопотенциальной энергии используются теп-
ловые насосы (ТН). Известно, что тепловым насосом является всякая
холодильная машина, предназначенная для передачи тепла от низко-
температурного источника к среде с более высокой температурой.
При этом тепловой насос работает в диапазоне более высоких рабо-
чих температур, чем холодильная машина.
Из всех нетрадиционных методов производства тепловой энергии
наибольшее развитие получила выработка тепла при помощи ТН. В
настоящее время в ряде развитых стран (США, Дании, Германии,
Франции, Швеции, Швейцарии, Японии и др.) ТН заменяют тради-
ционные аппараты передачи тепла, основанные на прямом сжигании
органического топлива. Согласно прогнозам Мирового энергетиче-
ского совета (МИРЭС) к 2020 г. 75 % теплоснабжения в развитых
странах будет осуществляться с помощью ТН. В настоящее время в
мире работает около 30 млн ТН различной мощности — от несколь-
ких киловатт до сотен мегаватт [8].
Теплонасосные установки (ТНУ), осуществляют обратный термо-
динамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, получают
низкопотенциальную тепловую энергию либо из окружающей среды,
либо из иных источников, и затрачивают некоторое количество меха-
нической или электрической энергии для передачи потребителю
тепла при температуре, необходимой для теплоснабжения. Эффек-
тивность ТНУ тем выше, чем меньше разность между температурой,
необходимой для теплоснабжения и температурой источника низкопо-
тенциального тепла. При благоприятных условиях применение ТНУ
позволяет расходовать в 1,2—2,3 раза меньше первичной энергии, чем
при прямом сжигании топлива. Применение ТНУ — это и сбережение
невозобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды,
в том числе и за счет сокращения выбросов СО
2
в атмосферу.
Наибольшее применение ТНУ получили для теплоснабжения,
горячего водоснабжения жилых, административных и производ-
ственных зданий, а также для обеспечения тепловой энергией техно-
логических процессов (сушки, дистилляции, тепловой обработки),

---

127
тепло- и холодоснабжения сельскохозяйственных объектов (молочно-
товарных ферм, фруктохранилищ, зернохранилищ и т.п.). Теплона-
сосные установки работают в диапазоне температур от 5 °С (атмо-
сферный воздух) до 70 °С (высокотемпературные промышленные
сбросы и геотермальные источники) и способны обеспечить нагрев
среды в интервале температур от 27 °С (вода для плавательных бас-
сейнов) до 110 °С.
Применение ТНУ позволяет перейти, в частности, к децентрали-
зованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоя-
щих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее
потребителя. Внедрение таких экономичных и экологически чистых
технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь
строящихся районах городов и населенных пунктах. При этом можно
полностью исключить применение электрокотельных, которые потреб-
ляют в 3—4 раза больше электроэнергии чем ТНУ. Еще одно преиму-
щество ТНУ — универсальность по уровню мощности, изменяю-
щейся от долей до десятков тысяч киловатт. Применение ТНУ весьма
перспективно в комбинированных системах в сочетании с другими
технологиями использования возобновляемых источников энергии
(солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизиро-
вать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких
экономических показателей. Указанные преимущества ТНУ позволят
в будущем отказаться от прямого сжигания органического топлива
для обеспечения теплоснабжения.
Для распространения ТНУ в России требуется государственное
стимулирование, как производителя этой техники, так и ее пользователя.
В настоящее время Россия располагает необходимым научным,
инженерным и промышленным потенциалом для освоения и произ-
водства современных тепловых насосов всех типов.
В качестве источника низкопотенциального тепла в ТНУ могут
быть использованы:
•
промышленные и очищенные бытовые сточные воды;
•
вода различных технологических циклов;
•
тепло грунтовых, артезианских и термальных вод;
•
тепло наружного воздуха;
•
воды поверхностных источников (рек, озер, морей) и систем
водо- и теплоснабжения;
•
тепло дымовых газов и любых сбросных тепловых потоков;
•
низкопотенциальное тепло грунта.
Теплонасосная установка состоит из теплового насоса и системы,
обеспечивающей подвод тепла от низкопотенциального источника,
подачу нагретой в ТН среды потребителю и ее возврат к ТН. В ТНУ
могут входить несколько ТН.

---

128
На рис. 2.1 представлена принципиальная схема парокомпресси-
онного теплового насоса. Режиму работы такого насоса на 
t
, 
s
-диа-
грамме (рис. 2.2) соответствует термодинамический цикл 6-1-1
1
-2
1
-
2-3-6. Жидкий рабочий агент имеет параметры 
t
0
и 
p
0
. Рабочий агент
поступает в испаритель, где происходит его испарение (процесс 6-1)
и перегрев (процесс 1-1
1
) за счет съема тепла (
Q
инп
) с низкопотенци-
ального источника. Образующийся перегретый пар сжимается комп-
рессором до давления 
p
к
, которому соответствует более высокая тем-
пература насыщения 
t
к
(процесс 1
1
-2
1
), и поступает в конденсатор,
где отдает нагреваемой среде (воде системы теплоснабжения) теп-
лоту (
Q
тп
) перегрева и конденсации (процесс 2
1
-3). После охлажде-