Геотермальная энергетика, геотермальные ресурсы Дагестана

Содержание

Введение

1. Геотермальная энергетика

2. Краткий обзор гидрогеотермических исследований

2.1 Основные месторождения термальных вод

2.2 Современное состояние и перспективы развития

геотермальной энергетики

Сегодня в качестве источников геотермальной энергии для получения тепла и/или для производства электроэнергии экономически целесообразно оказывается использовать лишь термальные воды и парогидротермы. Легкодоступных геотермальных месторождений с температурой более 100?С на земном шаре сравнительно немного.

Для производства электроэнергии с приемлемыми технико-экономическими показателями температура должна быть не ниже 100?С.

В настоящее время суммарная мощность действующих в мире геотермальных электростанций составляет около 10 ГВт(э). Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается примерно в 20 ГВт(э).

Основные проблемы геотермального теплоснабжения связаны с солеотложением и коррозионной стойкостью материалов и оборудования, работающих в условиях агрессивной среды.

С целью избегания загрязнения окружающей среды, рек и водоемов, извлекаемыми из недр земли минеральными соединениями современные технологии использования геотермальной энергии предусматривает обратную закачку отработавшего геотермального флюида в пласт.

3

Рис 1. Тепловая схема энергоустановки:

1-парогенератор? 2- накопитель пара? 3- турбина? 4- эжектор? 5- конденсатор? 6,7- насосы? ЭС- эксплуатационная скважина? НС- нагнетательная скважина.

3

2.2 Современное состояние и перспективы развития геотермальной энергетики

Мировой потенциал изученных на сегодня(2006 год) геотермальных ресурсов составляет 0,2 ТВт электрической и 4,4 ТВт тепловой мощности. Примерно 70% этого потенциала приходится на месторождения с температурой флюида менее 130?С.

Последние годы характеризуются резким увеличением объемов и расширением областей использования геотермальных ресурсов.

Новейшие энергетические технологии с использованием геотермальных ресурсов отличаются экологической чистотой и по эффективности приближаются к традиционным.

На современных ГеоЭС коэффициент использования мощности достигает до 90%, что в 3-4 раза выше, чем для технологий с использованием других ВИЭ (солнечной, ветровой, приливной). На ГеоЭС, использующих ГЦС-технологию и бинарный цикл (БЭС), полностью исключаются выбросы диоксида углерода в атмосферу, что является важнейшим экологическим преимуществом таких энергетических установок.

В последние годы быстрыми темпами развиваются технологии прямого использования геотермальных ресурсов в теплоснабжении, За последние 15 лет суммарная тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения увеличилась более трех раз и достигла 28 ГВт.

В таких системах в качестве первичного источника тепла используется низкопотенциальная (Т=55єС) термальная вода и петротермальная энергия верхних слоев земной коры. Общая установленная мощность теплонасосных систем слставляет 15,723 ГВт, при годовой выработке тепла 86673 ТДж. Наибольшее развитие технологии теплонасосных систем получила в США, Германии, Канаде.

Россия располагает не только большими запасами органического топлива, но и также и геотермальными ресурсами, энергия которых на порядок превышает весь потенциал органического топлива. Использование тепла Земли в России может составить до 10% в общем балансе теплоснабжения, На территории России разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240 000 мі/сут термальных вод и более 105 000 мі/сут парогидротерм. Пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов.

В настоящее время проблемами использования тепла земли занимаются около 50 научных организаций, которые находятся в ведении Российской академии наук и ряда министров.

Чтобы обеспечить высокую экономическую эффективность термальных вод необходимо максимально использовать тепловой потенциал, чего можно достигнуть при комплексном использовании этих вод. Примером комплексного использования термальных вод служит Мостовское месторождение в Краснодарском крае. Необходимо отметить, что эксплуатация большинства геотермальных месторождений ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после потребителя, термальные воды сбрасываются с Т = 50-70єС. Полезно используется примерно 1/5 теплового потенциала термальной воды.

Из-за ошибочных технических решений (прямая подача потребителю воды, не соответствующей по химическому составу установленным нормам и т.д.) использование термальных вод во многих случаях было скомпрометировано.

Низкий уровень эксплуатации месторождений и огромная разница между значительными запасами геотермальной энергии и малой ее используемой частью объясняется некоторыми специфическими факторами, характеризующими эту энергию, а также технологией ее извлечения и использования.

Такими факторами являются:

* высокая стоимость скважин и низкие транспортабельные качества термальных вод;

* необходимость обратной закачки отработанных вод и значительные расходы на их подготовку;

* невозможность аккумулирования тепловой энергии на длительный период;

* коррозионно-агрессивные свойства;

* одноразовость использования термальных вод в системе теплоснабжения и сравнительная их температура.

В связи с этим возникают научно-технические и технологические проблемы геотермальной энергетики, основными из которых являются:

* освоение технологий строительства высокодебитных скважин с горизонтальными столами в продуктивном горизонте;

* перевод бездействующих скважин на выработанных нефтяных и газовых месторождениях для добычи геотермального флюида;

* широкое освоение ГЦС (геотермальных циркуляционных систем);

* разработка эффективных методов борьбы с коррозией и солеотложением;

* разработка эффективных технологий утилизации низкопотенциального геотермального тепла.

Области применения и эффективность использования геотермальных вод зависят от их энергетического потенциала, общего дебита и запаса скважин, химического состава, минерализации, агрессивных вод, наличия потребителя и т.д.

Наиболее эффективной областью применения геотермальных вод является отопление, горячее и техническое водоснабжение объектов различного назначения. Максимальный энергетический эффект достигается созданием специальных систем отопления с повышенным перепадом температур.

Сегодня используется 3,5% мирового геотермального потенциала для выработки электроэнергии и только 0,2% - для получения тепла.

В зависимости от температуры геотермальные ресурсы широко используются в электроэнергетике и теплофикации, промышленности, сельском хозяйстве, бальнеологии и других областях.

К началу 2005г. ГеоЭС работают в 24 странах мира, а суммарная установленная мощность их достигла 8910,7 МВт. Лидерами по установленной электрической мощности ГеоЭС являются США- 2544 МВт, Филиппины- 1931, Мексика- 953, Индонезия- 797, Италия- 790, Япония- 535, Новая Зеландия-435, Исландия- 200 МВт. Годовая выработка электроэнергии на ГеоЭС мира в 2004г. Составила 56 798 ГВт ч.

В последние годы активно развиваются геотермальные системы теплоснабжения на основе тепловых насосов.

Примерно 58% общей мощности геотермальных тепловых систем в мире приходится на теплонасосные системы. Общая установленная мощность теплонасосных систем составляет 15723 МВт, при годовой выработке тепла 86673 ТДж. Наибольшее развитие эти технологии получили в США, Германии, Канаде.

Благодаря переводу экономики на геотермальные ресурсы Исландия превратилась в развитую страну с высоким уровнем жизни. Более 87% теплоснабжения в Исландии осуществляется на геотермальном тепле, а в ближайшее время планируется довести до 92%. Примером успешной реализации крупного проекта является создание системы геотермального теплоснабжения г.Рейкьявика, которая обеспечивает около 99% потребностей в тепле. Данная система потребляет 2348л/с геотермальной горячей воды температурой 86…127?С (см. рис. 3).

Геотермальная энергетика в бывшем СССР стала развиваться с середины 60-х годов прошлого столетия, когда впервые были созданы Северокавказская разведочная экспедиция по бурению и реконструкции нефтегазовых скважин на термальные воды.

С 1970 по 1990 годы добыча термальной воды была увеличена в 9 раз, а природного пара в 3,2 раза. В 1990г. Было добыто 53млн.мі термальной воды и 413 тыс.т приридного пара.

Россия располагает большими геотермальными ресурсами, энергия которых на порядок превышает весь потенциал органического топлива.

На территории России разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240тыс.мі/сут термальных вод и более 105тыс.т/сут парогидротерм. Пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов.

Наиболее перспективными для освоения геотермальной энергии являются Камчатско-Курильский, Западно-Сибирский и Северо-Кавказский регионы.

На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения, залегающие на глубинах от 300 до 5000 м.

3

Рис. 3. Принципиальная схема организации теплоснабжения в г. Рейкьявике: (1- добычные геотермальные скважины; 2- деаэраторы; 3- насосная станция; 4- аварийные (резервные) баки; 5- пиковая котельная; 6- потребители тепла; 7- нагнетательный канал).

Температура в глубоких резервуарах достигает до 180°С и выше. Эти месторождения способны обеспечить получение до 10000 тепловой и 200 МВт электрической мощности.

На Северном Кавказе около 500 тыс. человек используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения в коммунально-бытовом секторе, сельском хозяйстве и промышленности.

Создание и пуск в эксплуатацию модульных геотермальных электрических и тепловых станций, а также создание ГеоЭС с комбинированным циклом вновь вводят Россию в число передовых стран в области геотермальной энергетики. На Мутновском геотермальном месторождении сегодня успешно работают 5 геотермальных энергоблоков. Общая установленная электрическая мощность ГеоЭС России составляет 73 МВт, а тепловая мощность энергоустановок прямого использования геотермального тепла 307 МВт.

При прямом использовании более половины добываемых ресурсов применяется для теплоснабжения жилых и промышленных помещений, треть? для обогрева теплиц, и около 13% для индустриальных процессов. Кроме того, термальные воды используются примерно на 150 курортах и 40 предприятиях по розливу минеральной воды.

4. Перспективы комплексной переработки геотермальных минерализованных вод Республики Дагестан

В последнее время повышенное внимание уделяется природным минерализованным водам как перспективному источнику многих ценных химических продуктов. Экономическая целесообразность использования природных вод подтверждается многолетней практикой промышленного получения из них солей лития, натрия, калия, магния, бора, брома, йода и других элементов в США, Японии, ФРГ, Италии.

В России из подземных вод добывают только йод и бром, тогда как страна обладает огромными запасами минерализованных вод, в которых в ряде случаев концентрации ценных элементов превышает их концентрации в водах, эксплуатируемых месторождений зарубежных стран.

Разработана технология комплексной переработки редкометальных минерализованных вод хлоридно-натриево-кальциевого типа, предусматривающая получение не только товарной продукции, но и практически всех реагентов, необходимых для реализации технологии, из самой же перерабатываемой воды.

5. Геотермические методы поисков и разведки газонефтяных и геотермальных месторождений

Многоплановое изучение роли теплового потока в формировании тепловых аномалий различными видами полезных ископаемых послужило основой для разработки нового направления прикладной геофизики ? теплоразведки методом вариаций теплового потока (МВТП).

Тепловой режим земли. Тепловое поле земной коры отличается значительными пространственными нерегулярностями, что является результатом сложного строения внешней твердой оболочки Земли. Влияние различных тектонических форм на распределение естественного теплового поля земной коры определяется порядком тектонической структуры.

Порядок структуры в то же время определяет и глубинность источников теплового поля. В пределах крупных тектонических структур, имеющих корни в верхней мантии, доминирующее влияние на их тепловой режим оказывают термодинамические процессы, протекающие в ней, в противоположность структурам осадочных толщ, которые лишь искажают глубинный тепловой поток.

Аппаратура для геотермической разведки. Громоздкость и сравнительно низкая точность стандартной термометрической аппаратуры делают ее малопригодной для использования в геотермической разведке. При конструировании термометра для терморазведки, рассчитанного на использование до глубин 150м, были учтены особенности измерения в этом интервале: короткая линия связи, малые пределы изменения температуры(2-3?С), небольшие давления и длительное пребывание (до 10 сут) прибора на забое необсаженных скважин, в процессе которого нередко происходят заплывание скважины и прихват снаряда. В качестве температурных датчиков используются термисторы, которые в сочетании с регистрирующей схемой, включающей мост постоянного тока с классом точности не ниже 0,005 и гальванометр, обеспечивают точность измерения до сотых долей градуса.

Для геотермических измерений до глубин 600м разработан термометр Т-600, в котором контроль за изменением сопротивления в линии связи осуществляется с помощью специального устройства, базирующегося на свойстве диода пропускать ток в одном направлении. Чувствительную часть термометра составляют два взаимоконтролирующих датчика, один из которых термисторный, другой - проволочный? термометр сопротивления Т-600 позволяет измерять высокочастотные изменения температуры(±0,005?С) и ее абсолютных величин с погрешностью, не более ±0,05?С.

Заключение

Геотермальные ресурсы представляют собой практически неисчерпаемый, возобновляемый и экологически чистый источник энергии, который будет играть существенную роль в энергетике будущего.

Так как во многих добываемых геотермальных водах растворены химические элементы, оказывающие губительное воздействие на трубопроводы (коррозия) и на здоровье потребителей, в настоящее время большое внимание уделяется на очистку этой воды и разделение из нее химических элементов.

Как одна из невозобновляемых источников энергии, геотермальная энергетика остается и останется на одном из ведущих мест в энергетики страны.

Литература

1. Гаджиев А.Г., Курбанов М.К., СуетновВ.В. "Проблемы геотермальной энергетики Дагестана". Москва. Издательство "Недра".

2. Мейланов Р.П., Алиев Р.М., Бойков А.М., Алхасов А.Б., Рамазанов М.М., Азизов Г.А. "Сборник статей Отдела энергетики и геотермомеханики ИПЦ ДНЦ РАН". Махачкала 2002. 107с.

3. "Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов". Махачкала. Издательство ООО "Деловой Мир". (Материалы школы молодых ученых).