Геотермальные источники энергии

1. Курс: Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

УГТУ-УПИ
Кафедра «Атомная энергетика»
Курс: Нетрадиционные и возобновляемые
источники энергии
Тема:
Геотермальные
источники
энергии

2. Типы месторождений глубинного тепла Земли

1. Парогидротермы
2. Гидротермы
3.Термоаномальные зоны
4. Петрогеотермальные зоны

3.

1. Парогидротермы
В настоящее время 1 и 2
Месторождения
пара иисточники
-единственные
самоизливающийся
пароводяной
геотермальной
энергии смеси
Применяются для:
- получения электрической энергии
при t более 150 оС
2.
- получения тепловой энергии
Месторождения
при t= 30-150 оС
самоизливающийся горячей воды
Гидротермы

4.

3.Термоаномальные зоны
Месторождения тепла, имеющие
повышенный температурный градиент
в водонасыщенных проницаемых
горных породах
4. Петрогеотермальные зоны
Или тепло горных сухих пород - зоны,
имеющие на доступных глубинах нагретые
до высоких температур необводненные и
слабопроницаемые горные породы

5. Тепло Земли…

НОСИТЕЛИ ТЕПЛА ЗЕМЛИ
Количество тепловой
энергии, сосредоточенПодземные воды
ной только в верхнем
пятикилометровом слое
земной коры, во много
ПОДЗЕМНЫЕ
ГЕЙЗЕРЫ
раз превышает
ОЗЕРА
потенциальную энергию
Обнаруж при
всех существующих
ГОРЯЧИЕ бурении скважин
запасов нефти, газа,
на поиски
КЛЮЧИ
угля, торфа, горючих
нефти и газа
сланцев.

6. Термальные воды

Определение:
Подземные воды с
повышенной температурой
называются термальными.
На больших глубинах они имеют глобальное
распространение, но в областях молодого и
современного вулканизма, а также в горноскладчатых областях уровень их залегания ближе к
поверхности, чем на платформах.

7. Сферы использования термальных вод

Тем-ра воды, °С
Сфера использования.
37-50
Бальнеология
50-70
Мелкомасштабная теплофикация, горячее
водоснабжение
70-120
Крупномасштабная теплофикация (города
и крупные с/х объекты)
120-170
«Малая» электроэнергетика с
применением низкокипящих жидкостей
(фреон, изобутан)
170-220
«Средняя» электроэнергетика с
использованием пароводяной смеси
>220
«Большая» электроэнергетика на
природном сухом паре.

8.

Общие сведения о тепловом режиме
земной коры и источниках глубинного
тепла
Внешнее воздействие на
Тепловой режим
тепловой режим Земли
Земли определяется
оказывают Солнце,
воздействием космизвезды и галактики, чью
ческих процессов
радиацию и различного
типа излучения наша
планета получает
Распад
радиоактивных
непрерывно.
химические и
элементов
Общее количество тепла,
фазовые
выделившегося за счет
Приливные
преобразования
радиоактивного распада
явления
оценивается в
тектонические движения
(0,6-2,0)*1031 Дж.
земной коры

9. Величина потока глубинного тепла Земли

Определяется по формуле
Q=k х (dT/dZ)
Где Q-величина потока тепла, кал/см2 x сек;
k-коэффициент теплопроводности;
T-температура,оС;
Z-глубина, см
P.S.

10. Плотность теплового потока (q)

Приняв плотность теплового потока для всей
Земли равной 1,2*10-6 кал/см2 х сек,
Б. Гутенберг определил, что общий поток
тепла, рассеиваемого через земную
поверхность, составляет около
2 х1020 кал/год. Это эквивалентно энергии от
сжигания 1,9*1010 т. нефти.
Земная кора делится на составляющие ее три толщи:
-осадочный чехол
-гранитный слой
-базальтовый слой.

11. Плотность теплового потока

В твердых телах тепло распространяется по закону
Фурье и определяется, прежде всего,
теплопроводностью среды
q=-l(dT/dt),
Где q- плотность теплового потока, кал/см2*сек;
l- коэффициент теплопроводности,
кал/см*сек*градус;
T- температура, градус;
t- время, сек.

12. Ресурсы глубинного тепла в бассейнах термальных вод

Известны три
основных вида
размещения
ресурсов
глубинного
тепла
Земли:
1 - тепло бассейнов
естественных
теплоносителей- горячих
вод, пара и пароводяных
смесей;
2 - энергия аккумулирования
толщами горных пород,
циркуляция природных
теплоносителей в которых
практически отсутствует;
3-Тепловая энергия
вулканических очагов.

13. Ресурсы тепла бассейнов термальных вод

Район
Западно-Сибирская
плита
Скифская
плита:равнинный
Крым
Предкавказье
Туринская плита
Межгорные впадины
(Рионская,
Таджикская,
Ферганская)
Температура
воды на устье
скважин, оС
Прогнозные
запасы,
млн.Гкал/г
35-70
140
40-70
40-100
35-70
1,5
18,5
13,9
40-100
13,4

14. Ресурсы тепла бассейнов термальных вод (продолжение)

Камчатская
складчатая зона
40-100 0С
130-200
4,0 млн. Гкал/г
до 300-400 МВт
Курильская
складчатая зона
40-100
130-200
2,2
до 60-80 МВт
Байкальская,
Памирская,
Тянь-Шаньская и
Кавказская
складчатые зоны
40-100
4,3

15. Принципиальная схема системы отбора и использования геотермальной энергии.

5
4
3
3
2
1
P.S.
6
1- рабочий пласт;
2- геотермическая
скважина;
3- запорная арматура на
устье скважины;
4- сепаратор;
5- теплообменный
аппарат;
6- нагнетательная
скважина.

16. Конструкция водоподъемной скважины

P.S.
1- рабочий пласт;
2- цементное кольцо;
3- обсадная колонна;
4- водоподъемная
колонна;
5- контрольный манометр;
6- устьевая арматура;
7- межтрубное
пространство;
8- пакер (см.P.S.)

17. Паужетская ГеоТЭС

Введена в строй в 1967 г на юге Камчатки
в 33 км от Охотского моря (долина р.Паужетки)
Паужетская ГеоТЭС
Технические характеристики
Мощность 11 МВт;
Кол-во скважин -21
Глубина скважин - 220-480 м;
Производительность 1 скв.-10 кг/с
t пароводяной смеси 144 - 200 oC
Давление
2 - 4 МПа;
Минерализация воды - 1,0 - 3,4 г/л

18. Особенности функционирования

Паужетская ГеоТЭС
Особенности
функционирования
С 1971 г. работает в автоматическом режиме
2 турбины МК-2,5 мощностью 2,5 МВт
1 турбина МК-6 мощностью 6 МВт

19. Гидротермальные ресурсы

Общее потребление 34 Гкал/с = 8300 МВт
Гидротермальные
ресурсы
Страна
Япония
Исландия
Венгрия
Россия
Италия
США
Франция
1980 г.
Гкал/с
20
5
5
2,4
1,3
0,65
0,3
2000 г.

20. Мутновская ГеоТЭС

Камчатка
Мутновская ГеоТЭС
Первая очередь - 50 МВт (1988 г)
Проектная - более 200 МВт
Технический потенциал геотермальных ресурсов
Камчатки, Сахалина и Курил 2000 МВт,
что эквивалентно годовой экономии 4 млн т у.т.

21. Пределы использования геотермальной энергии

При передаче на расстояние тепло быстро рассеивается,
геотермальные жидкости невозможно транспортировать
далеко от места их извлечения без существенных
потерь теплосодержания
. Максимальное расстояние транспортировки
зависит от начальной энтальпии
(теплосодержания) геотермальной жидкости и
от области ее применения.
P.S.

22. Основные известные геотермальные системы мира(P.S.)

P.S.

23. Разведка геотермальных месторождений

В соответствии с любой поисковой работой
после выявления геотермального месторождения
оценивается
объем
температура
проницаемость пород
на определенной глубине, чтобы определить
тип системы, а также возможный химический
состав теплоносителя.

24. Методы разведки

Аэрофотосъемки
Геологическая и гидрологическая
съемки
Геохимическая съемка
Геофизическая съемка
Бурение
P.S.

25. Особенности геотермики в Долине Больших Гейзеров

В Долине Больших Гейзеров,
расположенной на севере
округа Санома в Калифорнии,
преобладающей является
паровая фаза, что характерно
лишь для немногих
эксплуатируемых
геотермальных полей.

26. Мощностные характеристики Долины Гейзеров

Для работы турбины с оптимальной
мощностью требуется постоянный расход пара.
Каждый из устанавливаемых турбогенератов
мощностью 55 МВт обладает
пропускной способностью 126 кг/с перегретого пара.
Средняя начальная производительность одной скважины
равна 19 кг/с, для каждого энергоблока требуется 7
скважин. По мере истощения скважин в систему будут
вводиться новые скважины.

27. Проблемы при бурении паровых геотермальных скважин

1. Проблема связана с самой формацией месторождения.
Продуктивная зона в Долине Больших Гейзеров
представляет собой граувакковый песчаник
Францисканской формации. Этот песчаник представляет
собой метаморфическую породу, почти не поддающуюся
бурению даже буром для твердых горных пород.
2. Высокие температуры и твердые породы разрушают
буровое оборудование.

28. Производительность паровой скважины

W=C(Pст2-Pскв2)n
Где W-паропроизводительность;
C-коэффициент, зависящий от времени,
состава источника, свойств теплоносителя и
т.д.;
Pст-статическое давление в бассейне;
Pскв-давление пара на входе в скважину;
n -показатель степени, постоянная величина(от
0,5 до 1).

29. Схема типичной скважины, подготовленной к эксплуатации

До глубины 600м
ствол скважины
обсажен трубами
диаметром 339м
Более 600м-диаметр
222м, через который
пар поступает в
скважину

30. Исследования воздействия на окружающую среду

Небольшое количество сероводорода,
содержащегося в паре, частично окисляется во
время энергетического цикла превращаясь в
чистую серу и сульфат.
2/3
если скважина эксплуатируется
пара
несколько лет, концентрация
сероводорода и др.
неконденсирующихся
Газовый
газов с течением времени
эжектор
снижается.
P.S.
Градирня

31. Схема цикла паротурбинной установки для геотермальной электростанции

1. Изобутановый конденсатор.
2. Питающий насос.
3. Изобутановая турбина для
привода питающего насоса.
4. Основная турбина.
5. Генератор.
6. Секция нагрева жидкого
изобутана.
7. Секция испарения и перегрева
изобутана.
8. Насос для закачки сбросовой
жидкости.
9. Скважина для закачки.
10. Подземный насос.

32. Условия использования геотермального тепла в теплицах

1 000 м3/cут
(вода,t=70 C)
1 Га
грунта
Для вывода такого
объема термальной воды
одной-двумя скважинами
не обойтись, требуется
бурить новые, что
удорожает
теплоснабжение.
Для снабжения теплом стандартной
теплицы площадью 6 Га, нужно
подать в нее воду с дебитом 5-6 тыс. м3/ сут.
Геотермальные теплицы намного экономичнее
отапливаемых углем, газом, мазутом.

33.

Перспективы использования
геотермального тепла в теплицах
В нашей стране термальными водами
отапливается более 70га теплиц
В н.в. площадь таких теплиц незначительна,
но разведанные запасы позволяют увеличить
ее до 1350 га.
Это дает возможность получать
дополнительно 270-338 тыс.т овощей в год.

34. Перспективные районы строительства геотермальных теплиц (СНГ)

Район
Площадь
теплиц, га
Украина
Грузия
Азербайджан
Армения
Дагестан
Чечня
50
200
25
25
100
100
Возможные
урожаи, тыс.
т/год
10-12,5
40-50
5-6,25
5-6,25
20-25
20-25

35.

Перспективные районы
строительства геотермальных
теплиц (Россия) Возможные
Район
Ставропольский
край
Краснодарский
край
Западная Сибирь
Восточная Сибирь
Камчатская обл.
Курильские
острова и Сахалин
Всего
Площадь
теплиц (Га)
100
урожаи
овощей (тыс.т /год)
20-25
100
20-25
200
100
100
50
40-50
20-25
20-25
10-12,5
1350
270-337,5

36.

Задачи для развития ГТЭ
систем
паротурбинных
генераторов
методов более
дешевого
глубинного
бурения горячих
пород
Методов
опреснения
геотермальных
растворов
Основное
внимание
должно
быть
уделено
разработке:
Улучшению
методов
разведки