Материал к уроку
Как это устроено: Геотермальные электростанции
Геотермальные электростанции. Более 30 государств уже приняли или уже рассматривают стандарты, в соответствии с которыми часть потребляемой коммунальными предприятиями электрической энергии должна браться из возобновляемых источников. В списки таких источников, как правило, включаются геотермальные электростанции (ГеоЭС), использующие горячие подземные воды или пар. Предприятия, как правило, не хотят связываться с ГеоЭС из-за их высокой первоначальной стоимости, что обусловлено необходимостью бурения исследовательских скважин на этапе проектирования и создания подземных хранилищ для горячей воды, расположенных гораздо ближе к поверхности, чем природные горячие подземные воды. Зато уже построенные геотермальные электростанции не требуют никакого топлива и почти не загрязняют окружающую среду. Стоимость этих станций с расчётом на длительный период эксплуатации не выше стоимости угольных ТЭС, самых дешёвых из традиционных. В настоящее время разработано несколько типов ГеоЭС, которые уже реализованы и давно действуют. Самыми распространёнными являются так называемые станции прямого действия (flash plants), но в будущем, по-видимому, будут строиться станции бинарного действия (binary plants), в которых горячая вода подземных источников испаряется и конденсируется в воду более низкой температуры. Некоторые беспокоятся по поводу постепенного обеднения источников из-за непременных потерь воды при её превращении в пар и последующем охлаждении. Однако этого вряд ли стоит опасаться, т. к. запасы воды будут непрерывно пополняться – ведь она быстро просачивается сквозь недра. При двухступенчатом же процессе практически вся извлечённая из недр вода возвращается в резервуар. В будущем, скорее всего, коммунальные предприятия будут использовать горячую воду, просто нагреваемую горячей породой, а индивидуальные потребители – брать её из скважин прямо во дворах. На глубине 3 м температура круглый год составляет 10–15 °С . Наполненные жидкостью трубы, проложенные на этой глубине, можно подсоединить к тепловому насосу в доме и обеспечить охлаждение летом и обогрев зимой. Когда вы начнёте строить новый дом, подумайте об этом: установка теплового насоса, конечно, обойдётся вам дороже, чем установка обычной отопительной системы, зато вам не надо будет думать о топливе, если не считать ничтожного количества электроэнергии. За 4–5 лет все расходы окупятся и вы начнёте экономить, на зависть соседям.
• ГеоЭС будущего. Холодная вода под давлением нагнетается в сухие трещины, где вызывает гидравлический разрыв пласта, просачивается в трещины и нагревается. Горячая вода закачивается по трубам на ГеоЭС.
• Геотермальные электростанции используют тепловую энергию недр. Как правило, сейчас в большинстве случаев используется прямой производственный цикл, но в будущем, скорее всего будет превалировать бинарный. Пар высокого давления вращает турбины. Неиспарившаяся вода возвращается в подземный резервуар.
• Здания можно обогревать, непосредственно прокачивая горячую воду или пар по трубам системы отопления.
• Жилые дома. Тепловой насос прокачивает жидкость по трубам, расположенным неглубоко под землёй. Температура на глубине 3 м поддерживается круглый год равной 10–15 °С. Летом жидкость будет холоднее окружающей дом среды, и тепло будет отводиться, а зимой – наоборот, относительно более тёплая жидкость будет обогревать помещение.
• Прямой производственный цикл. Перегретая вода из недр под действием естественного высокого давления поступает в сепаратор, где поддерживается более низкое давление. Под действием перепада давления часть жидкости мгновенно превращается в пар. Остальная вода поступает во второй резервуар с таким же низким давлением, как и в первом, где она тоже мгновенно вскипает.
• Бинарный производственный цикл. Перегретая вода из недр поступает в теплообменник, где нагревает низкокипящую жидкость (например, изобутан), циркулирующую в в замкнутой петле трубопровода. В результате получается пар высокого давления.
Знаете ли вы, что?..
- МНОГО, НО НЕДОСТАТОЧНО. Геотермальные станции работают в 24 странах. Их общая мощность достигает 8900 МВт, что составляет всего 0,36% от общемировой мощности. Наибольший вклад вносят США – 2850 Мвт (из них 2490 МВт – в Калифорнии). В период с 2000 г. вырабатываемая геотермальными станциями мощность была утроена во Франции, Кении и России.
- НАДЁЖНО. В 72 милях к северу от Сан-Франциско расположен крупнейший в мире геотермальный комплекс «Гейзеры». Здесь, начиная с 1960 г., действует 21 станция общей мощностью 750 МВт. В городе Санта-Роза сточные воды теперь закачиваются под землю, пополняя естественные запасы воды.
- НЕ ВСЁ ЧИСТО. В некоторых подземных водах содержится много растворённых газов, например углекислый газ и сероводород, а также металлы, например цинк. Эти примеси выводят из строя установки и аппараты станции. В станциях с бинарным производственным циклом подземные воды не вступают в контакт с машинами. Все примеси выводятся обратно в подземный резервуар.
Scientific American, 2007, September, p. 108–109.
Сокр. пер. с англ. Н.Д.Козловой