Источники геотермальной энергии

Выделение тепла из недр земли связано с

1) Радиоактивный распад элементов: элементы с периодом полураспада меньшим периода формирования земли распались при первоначальном разогреве планетного вва

2) Воздействие притяжения солнца и луны, кот приводит к земным приливам и торможению земли

3) Гравитационная деформация материала земли с образованием плотного ядра и менее плотной оболочки

4) Текстолитические процессы, вызывающие вертикальные и горизонтальные смещения крупных блоков земной коры и ее упругие деформации

5) Хим превращения в недрах земли

t в ядре Земли порядка 4000, в пов-тях сравнительно близких к земной коре (2900 км от пов-ти) t=1000.

Передача тепла осущ через твердые породы суши и океанское дно теплопроводностью и небольшая часть за счет конвективного теплообмена. Средний поток геотермального тепла через земную пов-ть составляет 0, 06 Вт*м² (темп градиент 30 К*км). Если 30⁰/км, то мощность геотерм-й тепловой электростанции 500 Вт*м².

Имеются р-ны с повышенным градиентом температуры, где ср поток геотерм тепла сост 10-20 Вт*м². Это позволяет реализовать геотерм станции с мощностью до 100 МВт*м².

Кач-во геотерм энергии низкое, поэтому геотерм-е источники тепла используют как для выработки электроэнергии, так и для выработки тепла.

После предварительного дробления пород вода нагревается через питательную скважину, фильтруется через скальные породы и на глубине 5 км нагревается до t=250⁰ и через водозаборную скважину выходит на пов-ть.

Пригодными для практич использования явл месторождения 1) сухого пара (встреч редко), 2) влажного пара (чаще) – США, Камчатка 3) горячая термальная вода (ресурсов много) – исп для теплоснабжения 4) теплота сухих горных пород (ресурсов оч много, но технологии в стадии освоения)

По степени минерализации:

1) Термальные воды с низкой минерал-цией (до 10 г/л), можно исп-ть без предварительной обработки

2) Со средней мин-цией (10-35 г/л) – треб-ся очистка от солей

3) С высокой мин-цией (35-200 г/л и более) исп в 2х контурных системах

Возд-е на окр среду:

1) Повышенный уровень шума на выходе из скважин

2) Загрязнение водоемов при сбросе в них термальных вод с повышенным содержанием солей

3) Загрязнение окр воздуха попутными газами (сероводород, аммиак).

 

ГеоТЭС на сухом паре

1-пар из скважины

2-паровая турбина

3-конденсатор

4-градирня

5-насос

По циклу Ренкина, но в отличии от классич цикла, где перегретый пар выходит после пароперегревателя (котла), в этом цикле перегретый пар выходит из земной коры.

В геотэс, раб по этой схеме, расходуется 15-20 кг пара с t=200⁰ и р=20 МПа, электрич мощность на этих станциях не прев 3 МВт.

Сухой пар из скважины 1 после отделения в сепараторе твердых включений направляется непосредственно в турбину 2, отработав на лопатках турбины пар отправл-ся в конденсатор смешанного типа. Полученный конденсат отдает свое тепло градирне, а др часть охлажденного конденсата исп-ся для конденсации пара, вышедшего из турбины, и др часть закачивается обратно в пласт.

 

ГеоТЭС с бинарным циклом

При высоком содержании в геотерм паре хим агрессивных примесей, вызывающих коррозию, пар предварительно очищают в сепараторе; очищенный пар из сепаратора проходит через теплообменник, где подогревается до t=150⁰ неочищенным паром.

1-паровая смесь (рассол из скважины)

2-паровая турбина

3-поверхностный конденсатор

4-градирня

5-насос

6-электрогенератор

7-теплообменник

! парогенератор 2го контура (находится возле 7)

В таких геотерм станциях на 1 кВт*ч эл энергии расходуется менее 10 кг пара.

«+» 1) Более плотно исп-ся теплота рассола, кот закачивается в пласт с более ↓ t

2) Исключено попадание агрессивных компонентов из геотерм среды в турбину (соли, газы)

3) Возможно исп-е геотермальных сред с пониженной t

4) Исключено попадание сопутствующих вредных газов в окр среду

«-» Необх-ть установки погружных насосов для подавливания геотерм среды и обеспечения ее однофазности в промежуточном теплообменнике.

 

33 Потенциальные запасы термальных вод России (до 10 г/л, t> 500⁰)

Район область	Способ эксплуатации и произв-ть
Фонтанный 106 ГДж/год	Насосный 106 ГДж/год
Сибирь, Тюмень	4, 6	11, 3
Забайкалье	4, 6	2, 09
Северо-Кавказ	9, 2	50, 2
Камчатка	44, 8	14, 6

 

На Камчатке построена ГеоТэц 12 кВт – 1-я в мире экологически чистая ГеоТэц с воздушным конденсатором с обратной закачкой воды. Общая мощность на мутновском месторождении 300 МВт. Планируется на Камчатке построить ГеоТэц с мощностью 1500-2000 МВт.

Геотерм-я энергетика явл быстроразвивающейся областью, более 50 стран используют тепло земли. Установленная электрич мощность всех ГеоТэц составляет 8000 МВт, а тепловых установок на 17000 МВт.

страна	Электрич энергия	Тепловая энергия
Установ-я мощность МВт	Годовая выработка ГВт*ч	Установ-я мощность МВт	Год выработка ГВт*ч
Индонезия			-	-
Исландия
Италия
Китай
Россия
США

 

Солнечное излучение

Кол-во энергии излучения солнца во всем диапазоне длин волн, полученной в единицу времени единичной площадкой ┴ солн лучам вне земной атмосферы на среднем расстоянии между землей и солнцем, наз солн постоянной. I₀=1353 Вт/м²

Эффективная солн постоянная учитывает сезонные колебания и определяется по формуле:

I_{0 эф}= I₀[1+0, 033 cos 360n/365], n-порядковый номер дня от 1 января

При прохождении солн излучения через атмосферу, его мощность ослабляется в рез процессов поглощения и рассеивания аэрозолями и мол-ми газа, кот входят в состав атмосферы.

Потоки солн излучения имеют коротковолновую и длинноволновую и видимую, включая часть часть света 0, 3-2, 5 мкм, части.

Потоки энергии излучения, кот связывает атмосферу с землей, составляет 1 кВ/м², но эти потоки перекрывают длинноволновый спектральный диапазон от 5 до 25 мкм с макс на 10 мкм.

В процессе прохождения коротко-волнового солн излучения наблюдается поглощение, рассеивание, отражение.

При поглощении происходит переход энергии излучения в тепло с последующим излучением света с большей длиной волны.

Рассеивание- изменение направления распространения света в зависимости от длины волны.

Отражение- вне зависимости от длины волны.

При отражении порядка 30% солн излучения обратно отражается космическое пространство (большую часть облака, а снег, лед – меньше отражают на пов-ти Земли).

ρ потока составляет (1- ρ )*1, 3 1 кВт/м², ρ -альбеда-коэф-т отражения

Длинноволновое излучение Е=π R²(1- )I₀

Эта энергия = энергии, излучаемой Землей космич пространство с излучательной способностью ξ =1 и ср t.

При т/д равновесии π R²(1- )I₀=4 π R²σ Т⁴

σ =5, 67*10^-8-пост Больцмана, Т=250 К=-23⁰

Спектральное распределение – длина волнового излучения с пов-ти Земли соотв-ет спектральному распространению абсолютно черного тела при t=250 К.

Максимум этого распределения при этой t соств-ет 10 мкм и находится в инфракрасной области.

Ρ этого потока составляет порядка 2 кВ/м².

Средняя t пов-ти Земли 14⁰, на 40 ↑ атмосферы, кот выступает как инфракрасный теплоизоляционный кран (парниковый эффект).

Поскольку она не пропускает инфракр-е узлучение из Земли наружу, но пропускает коротковолновое солн излучение внутрь.

Основную роль экрана в атмосфере – диоксид углерода.

 

Поглощение в атмосфере

Коротковолновая УФ область излучения λ < 0, 3 мкм практически полностью поглощается на уровне моря атомами кислорода и ионами азота 0, 3< λ < 0, 4, видимый диапазон 0, 4< λ < 0, 7 приходится на половину потока излучения.

Различные аэрозоли могут существенно поглощать > 20% этого диапазона.

Дальше область УФ - λ > 12 мкм непрозрачна.

Солн-е излучение хар-ся низкой концентрацией. Из попадающего из атмосферы потока 1340 Вт/м² до Земли доходит 960 Вт/м².

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. E) Солнечной энергии и движению воздушных масс.
2. II. Исторические источники современного кризиса и перспективы на будущее
3. А.Е.М. – весовая характеристика элемента – относительная величина количества энергии, наполняющий элемент, отличающая его от среды нахождения.
4. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
5. Большая экономия энергии – быстрая окупаемость
6. Бортовые источники электропитания ИПП-6, ИПП-10
7. Бюджетный дефицит и источники финансирования.
8. Виды, структура и источники доходов населения
9. Вклад различных видов энергии в общую энергию притяжения молекул
10. Внеоборотные активы и источники их финансирования.
11. Внимательно прочитайте текст за три минуты и назовите имена ученых, открывших закон сохранения энергии.
12. Водоисточники и водозаборные сооружения