На Северном Кавказе месторождения термальных вод часто совпадают с отработанными или истощающимися нефтяными и газовыми месторождениями. В связи с этим в ЭНИНе была исследована целесообразность совместного использования термальных вод и местного органического топлива на комбинированных геотермально-топливных электростанциях. В результате рассмотрения возможных технологических схем таких станций была установлена возможность экономии до 50% топлива на комбинированной станции, состоящей из геотермальной и топливной энергоустановок, при этом отработанная в геотермальной установке вода используется на первой ступени подогрева питательной воды топливной установки.
10.5. Комбинированное производство
электрической и тепловой энергии
Комбинированное производство электрической и тепловой энергии возможно на геотермальных тепловых электрических станциях (ГеоТЭС).
Наиболее простая схема ГеоТЭС вакуумного типа для использования тепла горячей воды с температурой до 100°С приведена на рис. 10.15.
Работа такой электростанции протекает следующим образом. Горячая вода из скважины 1 поступает в бак-аккумулятор 2. В баке она освобождается от растворенных в ней газов и направляется в расширитель 3, в котором поддерживается давление 0,3 атм. При этом давлении и при температуре 69°С небольшая часть воды превращается в пар и направляется в вакуумную турбину 5, а оставшаяся вода насосом 4 перекачивается в систему теплоснабжения. Отработавший в турбине пар сбрасывается в смешивающий конденсатор 7. Для удаления воздуха из конденсатора устанавливается вакуумный насос 10. Смесь охлаждающей воды и конденсата отработавшего пара забирается из конденсатора насосом 8 и отдается для охлаждения в вентиляционную градирню 9. Охлажденная в градирне вода подается в конденсатор самотеком за счет разряжения.
Рисунок 10.15 – Схема вакуумной ГеоТЭС с одним расширителем:
1 – скважина, 2 – бак-аккумулятор, 3 – расширитель, 4 – насос горячей воды, 5 – вакуумная турбина 750 кВт, 6 – генератор, 7 – смешивающий конденсатор, 8 – насос охлаждающей воды, 9 – вентиляторная градирня, 10 – вакуумный насос
Расход горячей воды на установку при полной нагрузке в 750 кВт составляет 215 т/ч, что соответствует удельной выработке 3,5 кВт·ч/т. Однако дебит скважин может быть значительно меньшим. Как правило, суточный график электрических нагрузок очень неравномерен. Днем имеются максимальные нагрузки, а ночью – минимальные. Поэтому расход горячей воды установкой в течение суток также неравномерен. Скважину же экономически выгодно держать в постоянном режиме, при котором она все время работала бы с максимальным дебитом. Выравнивание суточного расхода воды осуществляется бакомаккумулятором. Его установка позволяет ограничиться дебитом скважины порядка 50…80% от максимального расхода воды установкой.
В низкопотенциальной турбине срабатывается малый тепловой перепад, поэтому очень важно, чтобы КПД проточной части был по возможности высоким. Для реактивных турбин он может быть порядка 80%. В этой установке нет паровых котлов и не требуется сохранять конденсат пара. Градирня выбрана вентиляторного типа, так как она позволяет глубже охладить циркулирующую воду. При глубине охлаждения в 20°С расход охлаждающей воды составляет 340 т/ч. При градирне обычного типа количество охлаждающей воды было бы примерно вдвое больше, а это удвоило бы мощность как циркуляционного, так и вакуумного насоса для удаления воздуха из конденсатора.
В градирне охлаждающая вода насыщается воздухом при атмосферном давлении, а в конденсаторе при глубоком вакууме этот воздух выходит из воды. Таким образом, с охлаждающей водой в конденсатор все время вносится воздух. Чем меньше количество циркулирующей воды, тем меньше в конденсатор вносится воздуха. Вся турбинная установка находится под вакуумом, поэтому здесь возможны подсосы воздуха через неплотности. Для удаления воздуха из конденсатора устанавливается механический вакуумный насос. Может быть установлен и водоструйный эжектор, однако он имеет меньшую экономичность, чем механический насос. Общий расход электроэнергии на собственные нужды для такой электростанции составляет 50…60 кВт.
Система технического водоснабжения не требует добавочной воды. Это, с одной стороны, удешевляет строительство, а с другой – упрощает условия выбора площадки для строительства, т. к. такая электростанция не требует привязки к источнику водоснабжения. Электростанция, кроме выработки электроэнергии, может отпускать весьма большое количество тепла для отопления зданий, теплично-парниковых хозяйств и т. п. Это тепло отпускается в виде горячей воды, которую не требуется возвращать на станцию. Общее количество отпускаемого тепла станции, приведенной на рис. 10.15, составляет 10…12 Гкал/ч.
Контрольные вопросы
1. Виды геотермальных источников энергии.
2. Классификация геотермальных районов.
3. Перспективы использования геотермальной энергии, достоинства и недостатки.
4. Методы и способы использования геотермального тепла.
5. Схема и принцип действия простейшей ГеоТЭС.
6. Схема геотермальной электростанции с низкокипящим рабочим веществом.
7. Одноконтурные ГеоТЭС (схема, принцип действия, достоинства и недостатки).
8. Двухконтурные ГеоТЭС (схема, принцип действия, достоинства и недостатки).