Actuellement, l'énergie géothermique est utilisée dans 51 pays dans les technologies de production d'électricité. Sur cinq ans (de 2010 à 2015), la capacité totale des centrales géothermiques a augmenté de 16 % et s'élève à 12 635 MW. Une augmentation significative de la capacité des centrales géothermiques est due à la sécurité environnementale, à une efficacité économique significative et à des taux d'utilisation élevés. capacité installée.

Aujourd'hui, des centrales géothermiques (GEP) sont exploitées dans 26 pays avec une production annuelle d'électricité d'environ 73 549 GW. La croissance attendue de la capacité installée des centrales géothermiques d'ici 2020 est d'environ 21 443 MW (Fig. 1). Les États-Unis disposent d'indicateurs significatifs dans le domaine de l'énergie géothermique : la capacité totale installée des centrales géothermiques est de 3 450 MW avec une production annuelle d'électricité de 16,6 MW/h. Les Philippines occupent la deuxième place avec une capacité géoélectrique totale de 1 870 MW, et l'Indonésie est en troisième position avec 1 340 MW. Dans le même temps, l'augmentation la plus significative de la capacité GeoPP au cours des cinq dernières années a été constatée en Turquie - de 91 à 397 MW, soit de 336 %. Viennent ensuite l'Allemagne - de 280 % (de 6,6 à 27 MW) et le Kenya - de 194 % (de 202 à 594 MW).

Dans l'énergie géothermique moderne, les plus courants sont les GeoPP avec une conception thermique d'une installation de turbine, comprenant une expansion supplémentaire de la vapeur géothermique, dont la capacité totale est de 5 079 MW. Les centrales GeoPP d'une capacité totale de 2 863 MW fonctionnent à la vapeur géothermique surchauffée. La capacité totale des centrales GeoPP à deux étages de détente de vapeur est de 2 544 MW.

Les centrales géothermiques binaires à cycle Rankine organique sont de plus en plus répandues et leur capacité totale dépasse aujourd'hui 1 800 MW. La puissance unitaire moyenne des unités de puissance binaires est de 6,3 MW, celle des unités de puissance avec une pression de séparation est de 30,4 MW, celle des unités de puissance avec deux pressions de séparation est de 37,4 MW et celle des unités de puissance fonctionnant à la vapeur surchauffée est de 45,4 MW.

La principale augmentation de la capacité installée des centrales géothermiques modernes dans le monde au cours des dernières années a été réalisée en grande partie grâce à la construction de nouveaux GeoPP avec des unités électriques à cycle binaire.

Les schémas technologiques des GeoPP modernes peuvent être classés en fonction de l'état de phase du caloporteur géothermique, du type de cycle thermodynamique et des turbines utilisées (Fig. 2). Les centrales géothermiques fonctionnent avec du liquide de refroidissement géothermique sous forme de vapeur surchauffée, de mélange vapeur-eau et d'eau chaude. Le cycle direct de GeoPP se caractérise par l'utilisation d'un liquide de refroidissement géothermique comme fluide de travail tout au long du parcours technologique.

Les GeoPP à cycle binaire sont principalement utilisés dans les champs à basse température eau chaude(90-120 °C), caractérisés par l'utilisation d'un fluide de travail à faible point d'ébullition dans le deuxième circuit. Les GeoPP à double circuit impliquent l'utilisation de cycles binaires et binaires combinés. Dans un cycle combiné GeoPP, une turbine à vapeur fonctionne à la vapeur géothermique, et la chaleur des déchets ou du caloporteur géothermique usé sous forme de phase liquide est récupérée dans une centrale électrique binaire à circuit secondaire.

Les turbines à condensation des GeoPP à circuit unique fonctionnent à la vapeur surchauffée géothermique, ainsi qu'à la vapeur saturée séparée du mélange vapeur-eau. Les turbines à contre-pression sont utilisées dans les centrales géothermiques à circuit unique qui, en plus de produire de l'électricité, fournissent de la chaleur aux systèmes de chauffage.

Actuellement en Russie, des centrales électriques équipées de turbines à contre-pression sont exploitées sur les îles de Kunashir et Iturup (une partie de la crête des Kouriles). Les groupes motopropulseurs Omega-500, Tuman-2.0 et Tuman-2.5 ont été développés à l'usine de turbines de Kaluga.

Les unités turbo à contre-pression sont de conception beaucoup plus simple que les unités à condensation, leur prix est donc nettement inférieur.

Très souvent, des schémas technologiques de GeoPP à circuit unique avec une, deux et trois pressions de séparation sont utilisés, respectivement, appelés schémas SingleFlash, Double-Flash et Triple-Flash. Ainsi, les GeoPP à deux et trois pressions de séparation impliquent l'utilisation de vapeur secondaire supplémentaire obtenue dans le détendeur du fait de l'ébullition du séparateur. Cela permet d'augmenter l'utilisation de la chaleur du fluide géothermique par rapport aux GeoPP avec une seule pression de séparation.

Les turbines géothermiques à vapeur sont produites par des entreprises au Japon, aux États-Unis, en Italie et en Russie.

Dans le tableau 1 présente les principaux fabricants d'unités de turbines à vapeur modernes et d'équipements pour centrales géothermiques. La conception des turbines géothermiques présente un certain nombre de caractéristiques qui sont dues à l'utilisation de vapeur saturée géothermique à faible potentiel comme fluide de travail, caractérisée par une agressivité corrosive et une tendance à former des dépôts.

Les technologies avancées modernes pour augmenter l'efficacité des turbines géothermiques comprennent :

• une séparation de l'humidité intra-canal dans la section d'écoulement de la turbine, comprenant une séparation périphérique de l'humidité, une élimination de l'humidité à travers des fentes dans des aubes de buse creuses et un étage séparateur ;
• des systèmes de lavage périodique du trajet d'écoulement et des joints d'extrémité d'une turbine en fonctionnement ;
• application de la technologie pour contrôler les propriétés physiques et chimiques du liquide de refroidissement géothermique à l'aide d'additifs tensioactifs ;
• réduction des pertes dans les cascades de turbines en optimisant la géométrie des tuyères et des aubes de travail, y compris l'utilisation d'aubes en forme de sabre très efficaces.

Ainsi, dans la conception de la géothermie turbine à vapeur JSC "KTZ" d'une capacité de 25 MW pour le Mutnovskaya GeoPP a utilisé des dispositifs spéciaux pour la séparation de l'humidité, qui permettent d'éliminer jusqu'à 80 % de la phase liquide sous forme de grosses gouttes et de films liquides de la partie d'écoulement. À partir du quatrième étage de la turbine, un système développé de séparation périphérique de l'humidité est utilisé dans la section d'écoulement. Dans les septième et huitième étages des deux flux de turbine, une séparation de l'humidité dans le canal dans les grilles de buses est utilisée. Assez méthode efficace l'élimination de l'humidité consiste à utiliser un étage de séparation spécial de la turbine, qui permet d'augmenter le rendement de la turbine de près de 2 %.

La teneur en sel de la vapeur entrant dans le circuit d'écoulement des turbines GeoPP dépend de la minéralisation du fluide géothermique initial et de l'efficacité de la séparation des phases dans les dispositifs de séparation. L'efficacité des dispositifs de séparation détermine en grande partie le degré d'entraînement du chemin d'écoulement de la turbine avec des dépôts de tartre, et affecte également l'intensité de l'érosion par impact de gouttelettes des aubes de turbine et la fissuration par corrosion des éléments métalliques du chemin d'écoulement de la turbine.

Dans les schémas technologiques des centrales géothermiques modernes, des séparateurs verticaux et horizontaux sont utilisés. Les séparateurs verticaux sont principalement utilisés dans les GeoPP construits avec la participation de spécialistes néo-zélandais en Nouvelle-Zélande, aux Philippines et dans d'autres pays. Les séparateurs horizontaux sont utilisés dans les centrales géothermiques en Russie, aux États-Unis, au Japon et en Islande. De plus, jusqu'à 70 % des GeoPP dans le monde fonctionnent avec des séparateurs verticaux. Les séparateurs verticaux sont capables de fournir une siccité moyenne de vapeur en sortie allant jusqu'à 99,9 %. De plus, leur efficacité dépend fortement des paramètres de fonctionnement : débit et pression de vapeur humide, teneur en humidité du mélange vapeur-eau (SWM), niveau de liquide dans le séparateur, etc.

En Russie, des séparateurs horizontaux ont été développés et sont utilisés dans les centrales GeoPP, caractérisées par un rendement élevé et des caractéristiques de petite taille. Le degré de siccité de la vapeur en sortie du séparateur atteint 99,99 %. Ces développements reposaient sur la recherche et la technologie des entreprises produisant des équipements pour les centrales nucléaires, la construction navale et d'autres industries. De tels séparateurs ont été installés et fonctionnent avec succès dans les unités de puissance modulaires du GeoPP Verkhne-Mutnovskaya et dans la première étape du GeoPP Mutnovskaya (Fig. 3).

L'avantage des centrales binaires, qui consiste principalement en la capacité de produire de l'électricité à partir d'une source de chaleur à basse température, a largement déterminé les principales directions de leur application. Il est particulièrement conseillé d'utiliser des paramètres binaires pour :

• approvisionnement énergétique (également autonome) des régions disposant de ressources géothermiques à basse température ;
• augmenter la capacité des GeoPP existants fonctionnant avec un liquide de refroidissement géothermique à haute température, sans forer de puits supplémentaires ;
• accroître l'efficacité de l'utilisation des sources géothermiques grâce à l'utilisation d'unités binaires dans les schémas technologiques des centrales géothermiques combinées de nouvelle conception.

Les propriétés thermophysiques, thermodynamiques et autres des substances organiques à bas point d'ébullition ont un impact significatif sur le type et l'efficacité du cycle thermique, les paramètres technologiques, la conception et les caractéristiques des équipements, les modes de fonctionnement, la fiabilité et le respect de l'environnement des installations binaires.

En pratique, une quinzaine de produits à bas point d'ébullition différents matière organique et des mélanges comme fluide de travail des installations binaires. En fait, à l'heure actuelle, les centrales géothermiques binaires fonctionnent principalement aux hydrocarbures - environ 82,7 % de la capacité totale installée des centrales binaires dans le monde, aux fluorocarbures - 6,7 %, aux chlorofluorocarbures - 2,0 %, au mélange eau-ammoniac - 0,5 %, non données sur le fluide de travail pour 8,2%.

Les centrales géothermiques à cycle binaire combiné se distinguent par le fait que le fluide géothermique du circuit primaire fournit non seulement de la chaleur au circuit secondaire, mais est également directement utilisé pour convertir la chaleur en travail mécanique dans la turbine à vapeur.

La phase vapeur d'un fluide caloporteur géothermique biphasique est utilisée directement pour générer de l'énergie électrique par détente dans une turbine à vapeur avec contre-pression, et la chaleur de condensation de la vapeur géothermique (ainsi que le séparateur) est envoyée vers un deuxième circuit basse température , dans lequel un fluide de travail organique est utilisé pour produire de l'électricité. L'utilisation d'un tel schéma GeoPP combiné est particulièrement conseillée dans les cas où le fluide géothermique source contient une grande quantité de gaz non condensables, car les coûts énergétiques pour les éliminer du condenseur peuvent être importants.

Les résultats des calculs thermodynamiques montrent que, toutes conditions initiales égales, l'utilisation d'une unité de puissance binaire dans les centrales géothermiques à cycle combiné peut augmenter la capacité d'un GeoPP Single-Flash de 15 % et d'un GeoPP DoubleFlash de 5 %. Actuellement, des usines binaires sont produites dans des usines aux États-Unis, en Allemagne, en Italie, en Suède, en Russie et dans d'autres pays. Informations sur certains spécifications techniques Les installations binaires produites par divers fabricants sont présentées dans le tableau. 2.

En figue. La figure 4 présente des données sur le coût de la puissance installée de 1 kW pour la construction de divers GeoPP avec des unités de turbine utilisant de la vapeur géothermique et un fluide de travail organique à bas point d'ébullition, indiquant la dépendance du coût du GeoPP sur le cycle utilisé et la température du géofluide géothermique.

Les projets d'énergie géothermique russes les plus prometteurs sont l'extension du GeoPP Mutnovskaya (50 MW) et du GeoPP Verkhne-Mutnovskaya (12 MW) avec des centrales électriques combinées (cycle binaire) d'une capacité de 10 et 6,5 MW, respectivement, en raison de la la récupération de la chaleur de leurs liquides de refroidissement usés sans forage de puits supplémentaires, ainsi que la construction de la deuxième étape du Mutnovskaya GeoPP d'une capacité de 50 MW.

conclusions

1. Dans le secteur mondial de l'énergie géothermique, des schémas technologiques avec des GeoPP à cycles directs, binaires et combinés sont utilisés - en fonction de l'état de phase et de la température du liquide de refroidissement géothermique.
2. La principale augmentation de la capacité totale installée de GeoPP dans le monde ces dernières années est due au développement des technologies binaires d'énergie géothermique.
3. Le coût spécifique de la puissance installée des centrales géothermiques dépend fortement de la température du liquide de refroidissement géothermique et diminue fortement avec son augmentation.

L'énergie géothermique est une énergie obtenue à partir de la chaleur naturelle de la Terre. Cette chaleur peut être obtenue à l'aide de puits. Le gradient géothermique dans le puits augmente de 1 0C tous les 36 mètres. Cette chaleur est transmise à la surface sous forme de vapeur ou d'eau chaude. Cette chaleur peut être utilisée directement pour chauffer les maisons et les bâtiments, ainsi que pour produire de l’électricité. Les régions thermales se trouvent dans de nombreuses régions du monde.

Selon diverses estimations, la température au centre de la Terre est d'au moins 6 650 0C. Le taux de refroidissement de la Terre est d'environ 300 à 350 0C par milliard d'années. La Terre contient 42 x 1012 W de chaleur, dont 2 % sont contenus dans la croûte et 98 % dans le manteau et le noyau. Les technologies modernes ne permettent pas d'atteindre une chaleur trop profonde, mais 840 000 000 000 W (2%) d'énergie géothermique disponible peuvent répondre aux besoins de l'humanité pour pendant longtemps. Les zones situées autour des plaques continentales sont les meilleurs endroits pour construire des centrales géothermiques, car la croûte dans ces zones est beaucoup plus mince.

Centrales géothermiques et ressources géothermiques

Plus le puits est profond, plus la température est élevée, mais à certains endroits, les températures géothermiques augmentent plus rapidement. De tels emplacements se trouvent généralement dans des zones de forte activité sismique où les plaques tectoniques entrent en collision ou se rompent. C'est pourquoi les ressources géothermiques les plus prometteuses se situent dans les zones d'activité volcanique. Plus le gradient géothermique est élevé, moins il est coûteux d’extraire de la chaleur, en raison de la réduction des coûts de forage et de pompage. Dans les cas les plus favorables, le gradient peut être si élevé que les eaux de surface sont chauffées à la température souhaitée. Les geysers et les sources chaudes en sont des exemples.

Sous la croûte terrestre se trouve une couche de roche chaude et en fusion appelée magma. La chaleur y est principalement due à la désintégration d'éléments radioactifs naturels tels que l'uranium et le potassium. Le potentiel énergétique de la chaleur à une profondeur de 10 000 mètres est 50 000 fois supérieur à toutes les réserves mondiales de pétrole et de gaz.

Les zones de température souterraine les plus élevées se trouvent dans les régions où se trouvent des volcans actifs et jeunes. De tels « points chauds » se trouvent aux limites des plaques tectoniques ou dans des endroits où la croûte est si mince qu’elle laisse passer la chaleur du magma. De nombreux points chauds se trouvent dans la région du Pacifique, également appelée « ceinture de feu » en raison du grand nombre de volcans.

Centrales géothermiques - façons d'utiliser l'énergie géothermique

Il existe deux manières principales d’utiliser l’énergie géothermique : l’utilisation directe de la chaleur et la production d’électricité. L’utilisation directe de la chaleur est la méthode la plus simple et donc la plus courante. La pratique consistant à utiliser directement la chaleur est répandue aux hautes latitudes, aux limites des plaques tectoniques, comme en Islande et au Japon. Dans de tels cas, l’approvisionnement en eau est installé directement dans des puits profonds. L’eau chaude qui en résulte est utilisée pour chauffer les routes, sécher les vêtements et chauffer les serres et les bâtiments résidentiels. La méthode de production d’électricité à partir de l’énergie géothermique est très similaire à l’utilisation directe. La seule différence est le besoin de plus haute température(plus de 150 0С).

En Californie, au Nevada et dans d'autres endroits, l'énergie géothermique est utilisée dans de grandes centrales électriques. Ainsi, en Californie, environ 5 % de l'électricité est produite par l'énergie géothermique, au Salvador, l'énergie géothermique produit environ 1/3 de l'électricité. En Idaho et en Islande, la chaleur géothermique est utilisée pour champs variés, y compris pour chauffer les habitations. Des milliers de foyers utilisent des pompes à chaleur géothermiques pour fournir une chaleur propre et abordable.

Les centrales géothermiques sont des sources d'énergie géothermique.

Roche chauffée à sec– Afin d'exploiter l'énergie contenue dans la roche sèche dans les centrales géothermiques, de l'eau est pompée dans la roche à haute pression. Cela élargit les fractures existantes dans la roche, créant un réservoir souterrain de vapeur ou d'eau chaude.

Magma- une masse en fusion formée sous la croûte terrestre. La température du magma atteint 1 200 0C. Bien que de petits volumes de magma se trouvent à des profondeurs accessibles, des méthodes pratiques pour extraire l'énergie du magma sont en cours de développement.

Eaux souterraines chaudes et sous pression, contenant du méthane dissous. La production d’électricité utilise à la fois de la chaleur et du gaz.

Centrales géothermiques - principes de fonctionnement

Actuellement, il existe trois schémas de production d'électricité à partir de ressources hydrothermales : direct à l'aide de vapeur sèche, indirect à l'aide de vapeur d'eau et un schéma de production mixte (cycle binaire). Le type de transformation dépend de l'état du milieu (vapeur ou eau) et de sa température. Les centrales à vapeur sèche furent les premières à être développées. Pour produire de l’électricité, la vapeur du puits passe directement à travers une turbine/générateur. Les centrales électriques à production d'électricité indirecte sont aujourd'hui les plus courantes. Ils utilisent de l'eau souterraine chaude (température jusqu'à 182 0C) qui est pompée à haute pression dans groupes électrogènes sur une surface. Les centrales géothermiques à mode mixte diffèrent des deux types de centrales géothermiques précédentes dans la mesure où la vapeur et l'eau n'entrent jamais en contact direct avec la turbine/le générateur.

Centrales géothermiques fonctionnant à la vapeur sèche

Les centrales à vapeur fonctionnent principalement à la vapeur hydrothermale. La vapeur va directement à une turbine qui alimente un générateur produisant de l’électricité. L’utilisation de vapeur élimine le besoin de brûler des combustibles fossiles (il n’est pas non plus nécessaire de transporter et de stocker le combustible). Ce sont les plus anciennes centrales géothermiques. La première centrale de ce type a été construite à Larderello (Italie) en 1904 et est toujours en activité. La technologie de la vapeur est utilisée à la centrale électrique de Geysers, en Californie du Nord, la plus grande centrale géothermique au monde.

Centrales géothermiques utilisant de la vapeur hydrothermale

Pour produire de l'électricité, ces centrales utilisent des centrales hydrothermales surchauffées (températures supérieures à 182 °C). La solution hydrothermale est pompée dans l’évaporateur pour réduire la pression, provoquant une évaporation très rapide d’une partie de la solution. La vapeur qui en résulte entraîne la turbine. S'il reste du liquide dans le réservoir, il peut être évaporé dans l'évaporateur suivant pour obtenir encore plus de puissance.

Centrales géothermiques avec production d’électricité à cycle binaire.

La plupart des zones géothermiques contiennent de l'eau à des températures modérées (inférieures à 200 0C). Les centrales électriques à cycle binaire utilisent cette eau pour produire de l’énergie. De l'eau géothermique chaude et un deuxième liquide supplémentaire ayant un point d'ébullition inférieur à celui de l'eau passent à travers un échangeur de chaleur. La chaleur de l’eau géothermique évapore un deuxième liquide dont les vapeurs entraînent des turbines. Depuis cela systeme ferme, il n'y a pratiquement aucune émission dans l'atmosphère. Les eaux tempérées constituent la ressource géothermique la plus abondante, c’est pourquoi la plupart des futures centrales géothermiques fonctionneront selon ce principe.

L'avenir de l'électricité géothermique.

Les réservoirs de vapeur et d’eau chaude ne représentent qu’une petite partie des ressources géothermiques. Le magma et la roche sèche de la Terre fourniront une énergie bon marché, propre et pratiquement inépuisable une fois que des technologies appropriées pour leur utilisation auront été développées. D’ici là, les producteurs d’électricité géothermique les plus courants seront les centrales électriques à cycle binaire.

Pour que l’électricité géothermique devienne élément clé Pour l'infrastructure énergétique américaine, il est nécessaire de développer des méthodes permettant de réduire le coût d'obtention. Le ministère américain de l'Énergie travaille avec l'industrie géothermique pour réduire le coût du kilowattheure entre 0,03 et 0,05 $. On prévoit que 15 000 MW de nouvelles centrales géothermiques seront mises en service au cours de la prochaine décennie.

3.4 CALCUL DE LA CENTRALE GÉOTHERMIQUE

Calculons le circuit thermique d'une centrale géothermique de type binaire, selon.

Notre centrale géothermique est composée de deux turbines :

Le premier fonctionne à la vapeur d'eau saturée obtenue dans un détendeur. Pouvoir électrique - ;

Le second fonctionne à la vapeur saturée du réfrigérant R11, qui s'évapore sous l'effet de la chaleur de l'eau évacuée du détendeur.

L'eau des puits géothermiques avec une pression pgw et une température tgw entre dans le détendeur. Le détendeur produit de la vapeur saturée sèche avec une pression de pp. Cette vapeur est envoyée vers une turbine à vapeur. L'eau restante du détendeur va à l'évaporateur, où elle est refroidie et retourne dans le puits. Différence de température dans usine d'évaporation= 20°C. Les fluides de travail se dilatent dans les turbines et pénètrent dans les condenseurs, où ils sont refroidis avec de l'eau de rivière à température thw. Chauffage de l'eau dans le condenseur = 10°C, et sous-chauffage jusqu'à la température de saturation = 5°C.

Efficacités internes relatives des turbines. Rendement électromécanique des turbogénérateurs = 0,95.

Les données initiales sont données dans le tableau 3.1.

Tableau 3.1. Données initiales pour le calcul du GeoPP

Fondamental Schéma GeoPP type binaire (Fig. 3.2).

Riz. 3.2. Diagramme schématique de GeoPP.

D'après le schéma de la Fig. 3.2 et les données initiales, nous effectuons des calculs.

Calcul du circuit d'une turbine à vapeur fonctionnant à la vapeur d'eau sèche saturée

Température de la vapeur à l’entrée du condenseur de la turbine :

où est la température de l'eau de refroidissement à l'entrée du condenseur ; - chauffer l'eau dans le condenseur ; - différence de température dans le condenseur.

La pression de vapeur dans le condenseur à turbine est déterminée à partir de tableaux de propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau :

Chute de chaleur disponible par turbine :

où est l'enthalpie de la vapeur saturée sèche à l'entrée de la turbine ; - enthalpie à la fin du processus théorique de détente de la vapeur dans la turbine.

Consommation de vapeur du détendeur à la turbine à vapeur :

où est relatif interne Efficacité de la vapeur turbines; - rendement électromécanique des turbogénérateurs.

Calcul d'un expanseur d'eau géothermique

Équation du bilan thermique de l'expandeur

où est le débit d'eau géothermique du puits ; - enthalpie de l'eau géothermique d'un puits ; - débit d'eau du détendeur vers l'évaporateur ; - enthalpie de l'eau géothermique en sortie du détendeur. Elle est déterminée à partir de tableaux de propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau comme l'enthalpie de l'eau bouillante.

Équation du bilan matière de l’expandeur

En résolvant ces deux équations ensemble, il faut déterminer et.

La température de l'eau géothermique à la sortie du détendeur est déterminée à partir des tableaux des propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau comme la température de saturation à la pression dans le détendeur :

Détermination de paramètres en points caractéristiques du circuit thermique d'une turbine fonctionnant au fréon

Température des vapeurs de fréon à l'entrée de la turbine :

Température des vapeurs de fréon en sortie de turbine :

L'enthalpie de la vapeur de réfrigérant à l'entrée de la turbine est déterminée par diagramme pH pour le fréon sur la droite de saturation à :

240 kJ/kg.

L'enthalpie de la vapeur de fréon en sortie de turbine est déterminée à partir du diagramme p-h du fréon à l'intersection des droites et de la droite de température :

220 kJ/kg.

L'enthalpie du fréon bouillant à la sortie du condenseur est déterminée à partir du diagramme p-h du fréon sur la courbe du liquide bouillant par température :

215 kJ/kg.

Calcul de l'évaporateur

Température de l'eau géothermique en sortie d'évaporateur :

Équation du bilan thermique de l’évaporateur :

où est la capacité calorifique de l’eau. Prendre =4,2 kJ/kg.

A partir de cette équation, il faut déterminer.

Calcul de la puissance d'une turbine fonctionnant au fréon

où est le rendement interne relatif de la turbine à fréon ; - rendement électromécanique des turbogénérateurs.

Détermination de la puissance de la pompe pour pomper de l'eau géothermique dans un puits

où est le rendement de la pompe, supposé être de 0,8 ; - volume spécifique moyen d'eau géothermique.

Puissance électrique de GeoPP

Sources d'énergie alternatives. Centrale électrique de foudre

Le calcul d'une centrale électrique par foudre vise principalement à déterminer la puissance de sortie. Après tout, la tâche de toute centrale électrique est de maximiser efficacité énergétique pour récupérer les fonds pour le fonctionnement et l'installation...

Nous effectuons des calculs de base des performances de la section de pompage. Ainsi, avec une vague de 1 m, un corps à flot s'élève de 0,5 m, puis retombe 0,5 m en dessous du niveau de l'eau calme...

Types et calcul de centrale houlomotrice

La méthode de calcul d'une centrale houlomotrice est décrite dans l'article. Le projet de cours aborde les formules de base et un exemple de calcul de la puissance d'une centrale hydroélectrique houlomotrice avec les paramètres établis. La puissance maximale possible en un cycle de flux et reflux...

Sources d'énergie renouvelables. Calcul, types et tâches d'une centrale géothermique

Il existe plusieurs manières d'obtenir de l'énergie à GeoPP : - schéma direct : la vapeur est envoyée par des canalisations vers des turbines reliées à des générateurs électriques ; - schéma indirect : similaire au schéma direct, mais avant d'entrer dans les canalisations, la vapeur est débarrassée de ses gaz...

L'énergie géothermique

Il y a 150 ans encore, notre planète utilisait exclusivement des sources d'énergie renouvelables et respectueuses de l'environnement : le débit des rivières et les marées marines pour faire tourner les roues hydrauliques...

L'énergie géothermique

L'énergie géothermique est la production d'énergie thermique ou électrique à partir de la chaleur des profondeurs terrestres. Rentable dans les domaines...

L'énergie géothermique

Il existe une opinion selon laquelle l'utilisation de l'énergie géothermique à basse température et à faible profondeur peut être considérée comme une révolution dans le système d'approvisionnement en chaleur, basée sur l'inépuisabilité de la ressource, l'omniprésence de sa distribution...

L'énergie géothermique et ses applications

Considérons la gestion d'une centrale géothermique moderne à l'aide de l'exemple du système de contrôle de la première des pays baltes, la centrale géothermique de Klaipeda d'une capacité de 43 MW...

Conformément aux exigences du Registre, nous calculerons la charge de la centrale solaire en mode fonctionnement. Nous utiliserons la méthode de calcul tabulaire. Lorsque vous remplissez le tableau de charge, saisissez les données de tâche dans les colonnes 2 à 4 et les paramètres du moteur dans les colonnes 5 à 8...

Calcul de la centrale électrique du navire

Calcul système électrique basé sur un circuit équivalent

Le diagramme schématique d'un transformateur à trois enroulements est présenté sur la figure. 4.3, un diagramme complet Le circuit équivalent coïncide avec le circuit équivalent de l'autotransformateur (voir Fig. 3.2). La composition des données du catalogue diffère de celle donnée au paragraphe 3 du sujet...

Apport de chaleur entreprises industrielles

Pour l'entraînement des mécanismes auxiliaires, le rendement brut est déterminé sans tenir compte des coûts énergétiques. Pour les turbines à vapeur fonctionnant selon le cycle de Rankine, le rendement brut compte tenu des coûts d'entraînement des pompes : où est l'enthalpie de la vapeur aux points 1 et 2 du schéma...

L'ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE

Skotarev Ivan Nikolaïevitch

Étudiant de 2ème année, département physiciens SSAU, Stavropol

Khachtchenko Andreï Alexandrovitch

superviseur scientifique, peut. physique et mathématiques les sciences, Professeur agrégé, Université agraire Saint-État, Stavropol

Aujourd’hui, l’humanité ne pense pas beaucoup à ce qu’elle laissera aux générations futures. Les gens pompent et extraient les minéraux sans réfléchir. Chaque année, la population de la planète augmente et, par conséquent, les besoins en ressources énergétiques telles que le gaz, le pétrole et le charbon augmentent. Cela ne peut pas durer longtemps. Ainsi, désormais, outre le développement de l'industrie nucléaire, l'utilisation de sources alternativesénergie. L’un des domaines prometteurs dans ce domaine est l’énergie géothermique.

La majeure partie de la surface de notre planète dispose d'importantes réserves d'énergie géothermique dues à une activité géologique importante : activité volcanique active dans les premières périodes du développement de notre planète et encore aujourd'hui, désintégration radioactive, changements tectoniques et présence de zones de magma. dans la croûte terrestre. Dans certains endroits de notre planète, une grande quantité d’énergie géothermique s’accumule. Il s'agit par exemple de diverses vallées de geysers, de volcans, d'accumulations souterraines de magma, qui à leur tour réchauffent les roches supérieures.

En termes simples, l’énergie géothermique est l’énergie de l’intérieur de la Terre. Par exemple, les éruptions volcaniques indiquent clairement l’énorme température à l’intérieur de la planète. Cette température diminue progressivement depuis le noyau interne chaud jusqu'à la surface de la Terre ( Image 1).

Figure 1. Température dans différentes couches de la terre

L'énergie géothermique a toujours attiré les gens en raison de son potentiel. application utile. Après tout, l'homme, au cours de son développement, a inventé de nombreuses technologies utiles et cherchait le profit et le profit en tout. C’est ce qui s’est passé avec le charbon, le pétrole, le gaz, la tourbe, etc.

Par exemple, dans certains zones géographiques l'utilisation de sources géothermiques peut augmenter considérablement la production d'énergie, car les centrales géothermiques (GeoTES) sont l'une des sources d'énergie alternatives les moins chères, car la couche supérieure de trois kilomètres de la Terre contient plus de 1 020 J de chaleur adaptée à la production d'électricité. La nature elle-même s'abandonne entre les mains de l'homme source unique l'énergie, il vous suffit de l'utiliser.

Il existe actuellement 5 types de sources d'énergie géothermique :

1. Dépôts géothermiques de vapeur sèche.

2. Sources de vapeur humide. (un mélange d'eau chaude et de vapeur).

3. Dépôts d'eau géothermique (contiennent de l'eau chaude ou de la vapeur et de l'eau).

4. Roches chaudes et sèches chauffées par le magma.

5. Magma (roches en fusion chauffées à 1 300 °C).

Le magma transfère sa chaleur aux roches et leur température augmente avec la profondeur. Selon les rapports, la température rochers augmente en moyenne de 1 °C tous les 33 m de profondeur (étape géothermique). Il existe une grande variété de conditions de température pour les sources d'énergie géothermique dans le monde, qui détermineront les moyens techniques nécessaires à leur utilisation.

L'énergie géothermique peut être utilisée de deux manières principales : pour produire de l'électricité et pour chauffer divers objets. La chaleur géothermique peut être convertie en électricité si la température du liquide de refroidissement atteint plus de 150 °C. C'est précisément l'utilisation des régions internes de la Terre pour le chauffage qui est la plus rentable, la plus efficace et également la plus abordable. La chaleur géothermique directe, selon la température, peut être utilisée pour chauffer des bâtiments, des serres, des piscines, sécher des produits agricoles et de la pêche, évaporer des solutions, faire pousser des poissons, des champignons, etc.

Toutes les installations géothermiques existantes aujourd'hui sont divisées en trois types :

1. stations dont le fonctionnement est basé sur des dépôts de vapeur sèche - il s'agit d'un schéma direct.

Les centrales électriques à vapeur sèche sont apparues plus tôt que quiconque. Afin d'obtenir l'énergie requise, la vapeur passe à travers une turbine ou un générateur ( Figure 2).

Figure 2. Centrale géothermique de circuit direct

2. stations avec séparateur utilisant des dépôts d'eau chaude sous pression. Parfois, une pompe est utilisée à cet effet, qui fournit le volume requis d'énergie entrante - un schéma indirect.

Il s’agit du type de centrale géothermique le plus répandu au monde. Ici, les eaux sont pompées sous haute pression aux groupes électrogènes. La solution hydrothermale est pompée dans l'évaporateur pour réduire la pression, entraînant l'évaporation d'une partie de la solution. Ensuite, de la vapeur se forme, ce qui fait fonctionner la turbine. Le liquide restant peut également être bénéfique. Habituellement, il passe par un autre évaporateur pour obtenir une puissance supplémentaire ( figure 3).

Figure 3. Centrale géothermique indirecte

Ils se caractérisent par l'absence d'interaction entre le générateur ou la turbine et la vapeur ou l'eau. Le principe de leur fonctionnement repose sur une utilisation raisonnable eau souterraine température modérée.

Généralement, la température doit être inférieure à deux cents degrés. Le cycle binaire lui-même consiste à utiliser deux types d’eau : chaude et modérée. Les deux flux passent à travers un échangeur de chaleur. Le liquide le plus chaud évapore le liquide le plus froid et les vapeurs formées à la suite de ce processus entraînent les turbines.

Figure 4. Schéma d'une centrale géothermique à cycle binaire.

Quant à notre pays, l'énergie géothermique occupe la première place en termes de possibilités potentielles d'utilisation en raison du paysage unique et conditions naturelles. Les réserves trouvées d'eaux géothermiques avec des températures de 40 à 200°C et une profondeur allant jusqu'à 3500 m sur son territoire peuvent fournir environ 14 millions de m3 d'eau chaude par jour. De grandes réserves d'eaux thermales souterraines se trouvent au Daghestan, en Ossétie du Nord, en Tchétchéno-Ingouchie, en Kabardino-Balkarie, en Transcaucasie, dans les territoires de Stavropol et de Krasnodar, au Kazakhstan, au Kamtchatka et dans un certain nombre d'autres régions de Russie. Par exemple, au Daghestan, les eaux thermales sont utilisées depuis longtemps pour l'approvisionnement en chaleur.

La première centrale géothermique a été construite en 1966 sur le champ Pauzhetsky, dans la péninsule du Kamtchatka, pour alimenter en électricité les villages environnants et les usines de transformation du poisson, favorisant ainsi le développement local. Le système géothermique local peut fournir de l'énergie aux centrales électriques d'une capacité allant jusqu'à 250 à 350 MW. Mais ce potentiel n’est exploité que par un quart.

Le territoire des îles Kouriles présente un paysage à la fois unique et complexe. L'approvisionnement en électricité des villes qui s'y trouvent se heurte à de grandes difficultés : la nécessité d'acheminer les moyens de subsistance aux îles par voie maritime ou aérienne, ce qui est assez coûteux et prend beaucoup de temps. Les ressources géothermiques des îles permettent aujourd’hui d’obtenir 230 MW d’électricité, ce qui permet de répondre à tous les besoins de la région en énergie, chaleur et eau chaude.

Sur l'île d'Iturup, des ressources d'un caloporteur géothermique diphasique ont été trouvées, dont la puissance est suffisante pour répondre aux besoins énergétiques de toute l'île. Sur l'île méridionale de Kunashir, il existe un GeoPP de 2,6 MW, qui est utilisé pour produire de l'électricité et de la chaleur pour la ville de Yuzhno-Kurilsk. Il est prévu de construire plusieurs GeoPP supplémentaires d'une capacité totale de 12 à 17 MW.

Les régions les plus prometteuses pour l'utilisation des sources géothermiques en Russie sont le sud de la Russie et l'Extrême-Orient. Le Caucase, les régions de Stavropol et de Krasnodar possèdent un énorme potentiel en matière d'énergie géothermique.

L'utilisation des eaux géothermiques dans la partie centrale de la Russie nécessite coûts élevés en raison de la présence profonde d'eaux thermales.

Dans la région de Kaliningrad, il est prévu de mettre en œuvre un projet pilote de fourniture de chaleur et d'électricité géothermiques à la ville de Svetly sur la base d'un GeoPP binaire d'une capacité de 4 MW.

L'énergie géothermique en Russie se concentre à la fois sur la construction de grandes installations et sur l'utilisation de l'énergie géothermique pour les maisons individuelles, les écoles, les hôpitaux, les magasins privés et autres installations utilisant des systèmes de circulation géothermique.

Dans le territoire de Stavropol, sur le champ de Kayasulinskoye, la construction d'une coûteuse centrale géothermique expérimentale de Stavropol d'une capacité de 3 MW a été lancée et suspendue.

En 1999, le GeoPP Verkhne-Mutnovskaya a été mis en service ( Figure 5).

Figure 5. GéoPP Verkhne-Mutnovskaya

Il a une capacité de 12 MW (3x4 MW) et constitue une étape pilote du GeoPP Mutnovskaya d'une capacité nominale de 200 MW, créé pour fournir de l'électricité à la région industrielle de Petropavlovsk-Kamchatsk.

Mais malgré les grands avantages dans cette direction, il y a aussi des inconvénients :

1. Le principal problème est la nécessité de réinjecter les eaux usées dans l’aquifère souterrain. Les eaux thermales contiennent de grandes quantités de sels de divers métaux toxiques (bore, plomb, zinc, cadmium, arsenic) et composés chimiques (ammoniac, phénols), ce qui rend impossible le rejet de ces eaux dans les systèmes d'eau naturels situés en surface.

2. Parfois, une centrale géothermique en activité peut cesser de fonctionner en raison de changements naturels dans la croûte terrestre.

3. Trouver un emplacement approprié pour la construction d'une centrale géothermique et obtenir l'autorisation des autorités locales et le consentement des résidents pour sa construction peut être problématique.

4. La construction d'un GeoPP peut avoir un impact négatif sur la stabilité des terres dans la région environnante.

La plupart de ces lacunes sont mineures et entièrement résolubles.

Dans le monde d’aujourd’hui, les gens ne réfléchissent pas aux conséquences de leurs décisions. Après tout, que feront-ils s’ils manquent de pétrole, de gaz et de charbon ? Les gens sont habitués à vivre confortablement. Ils ne pourront pas chauffer leurs maisons au bois pendant longtemps, car une population nombreuse aura besoin d’une énorme quantité de bois, ce qui entraînera naturellement une déforestation à grande échelle et laissera le monde sans oxygène. Par conséquent, afin d’éviter que cela ne se produise, il est nécessaire d’utiliser les ressources dont nous disposons avec parcimonie, mais avec une efficacité maximale. Une des solutions possibles à ce problème est le développement de l’énergie géothermique. Bien sûr, cela a ses avantages et ses inconvénients, mais son développement facilitera grandement la pérennité de l’humanité et jouera un rôle important dans son développement ultérieur.

Aujourd'hui, cette direction n'est pas très populaire, car l'industrie pétrolière et gazière domine le monde et les grandes entreprises ne sont pas pressées d'investir dans le développement d'une industrie indispensable. Par conséquent, pour faire progresser l’énergie géothermique, des investissements et un soutien gouvernemental sont nécessaires, sans lesquels il est tout simplement impossible de mettre en œuvre quoi que ce soit à l’échelle nationale. L'introduction de la géothermie dans le bilan énergétique du pays permettra :

1. accroître la sécurité énergétique, d'autre part - réduire effets nuisibles sur la situation environnementale par rapport aux sources traditionnelles.

2. développer l'économie, car les libérés espèces il sera possible d'investir dans d'autres industries, le développement social de l'État, etc.

DANS la dernière décennie L’utilisation de sources d’énergie renouvelables non traditionnelles connaît un véritable essor dans le monde. L'ampleur de l'utilisation de ces sources a augmenté à plusieurs reprises. Elle est capable de résoudre radicalement et de la manière la plus économique possible le problème de l'approvisionnement énergétique de ces régions, qui utilisent des combustibles importés coûteux et sont au bord d'une crise énergétique, et d'améliorer statut social population de ces zones, etc. C'est exactement ce que l'on observe dans les pays d'Europe occidentale (Allemagne, France, Grande-Bretagne), d'Europe du Nord (Norvège, Suède, Finlande, Islande, Danemark). Cela s'explique par le fait qu'ils ont un développement économique élevé et sont très dépendants des ressources fossiles, et c'est pourquoi les chefs de ces États, ainsi que les entreprises, tentent de minimiser cette dépendance. En particulier, le développement de la géothermie dans les pays du Nord de l’Europe est favorisé par la présence d’un grand nombre de geysers et de volcans. Ce n’est pas pour rien que l’Islande est surnommée le pays des volcans et des geysers.

Aujourd’hui, l’humanité commence à comprendre l’importance de cette industrie et essaie de la développer autant que possible. Application grande rangée une grande variété de technologies permet de réduire la consommation d'énergie de 40 à 60 % tout en assurant un réel développement économique. Et les besoins restants en électricité et en chaleur peuvent être satisfaits par une production plus efficace, par la valorisation, par la combinaison de la production d'énergie thermique et électrique, ainsi que par l'utilisation de ressources renouvelables, ce qui permet d'abandonner certains types de centrales électriques. et réduire les émissions de dioxyde de carbone d'environ 80 %.

Bibliographie:

1.Baeva A.G., Moskvicheva V.N. La géothermie : problématiques, ressources, usage : éd. M. : SO AN URSS, Institut de Thermophysique, 1979. - 350 p.

2.Berman E., Mavritsky B.F. Géothermie : éd. M. : Mir, 1978 - 416 p.

3. Énergie géothermique. [Ressource électronique] - Mode d'accès - URL : http://ustoj.com/Energy_5.htm(date d'accès le 29/08/2013).

4. L'énergie géothermique en Russie. [Ressource électronique] - Mode d'accès - URL : http://www.gisee.ru/articles/geothermic-energy/24511/(date d'accès : 09/07/2013).

5. Dvorov I.M. Chaleur profonde de la Terre : éd. M. : Nauka, 1972. - 208 p.

6.Énergie. Matériel de Wikipédia - l'encyclopédie gratuite. [Ressource électronique] - Mode d'accès - URL : http://ru.wikipedia.org/wiki/Geothermal_energy(date d'accès : 09/07/2013).

L'énergie géothermique

Abstrait.

Introduction.

Coût de l'électricité produite par les centrales géothermiques.

Bibliographie.

Abstrait.

Cet article décrit l'histoire du développement de l'énergie géothermique, tant dans le monde que dans notre pays, la Russie. Une analyse de l'utilisation de la chaleur profonde de la Terre pour la convertir en énergie électrique, ainsi que pour fournir aux villes et villages du chauffage et de l'eau chaude dans des régions de notre pays telles que le Kamtchatka, Sakhaline et le Caucase du Nord. Fait justification économique développement de gisements géothermiques, construction de centrales électriques et leurs délais de récupération. En comparant l'énergie des sources géothermiques avec d'autres types de sources électriques, on obtient les perspectives de développement de l'énergie géothermique, qui devrait occuper une place importante dans le bilan global de l'utilisation de l'énergie. En particulier, pour restructurer et rééquiper le secteur énergétique de la région du Kamtchatka et des îles Kouriles, en partie à Primorye et dans le Caucase du Nord, il convient d'utiliser ses propres ressources géothermiques.

Introduction.

Les principales orientations pour le développement des capacités de production dans le secteur énergétique du pays dans un avenir proche sont le rééquipement technique et la reconstruction des centrales électriques, ainsi que la mise en service de nouvelles capacités de production. Tout d'abord, c'est la construction centrales à gaz à cycle combiné avec un rendement de 5560%, ce qui augmentera le rendement des centrales thermiques existantes de 2540%. La prochaine étape devrait être la construction de centrales thermiques utilisant de nouvelles technologies de combustion de combustibles solides et avec des paramètres de vapeur supercritique pour atteindre un rendement de centrale thermique de 46 à 48 %. Un développement ultérieur sera également centrales nucléaires avec de nouveaux types de réacteurs thermiques et à neutrons rapides.

Une place importante dans la formation du secteur énergétique russe est occupée par le secteur de l'approvisionnement en chaleur du pays, qui est le plus important en termes de volume de ressources énergétiques consommées, soit plus de 45 % de leur consommation totale. Plus de 71 % est produite dans des systèmes d'approvisionnement en chaleur centralisés (DH), et environ 29 % de toute la chaleur est produite par des sources décentralisées. Les centrales électriques fournissent plus de 34 % de toute la chaleur, les chaufferies environ 50 %. Conformément à la stratégie énergétique de la Russie jusqu'en 2020. Il est prévu d'augmenter la consommation de chaleur dans le pays d'au moins 1,3 fois, et la part de l'approvisionnement en chaleur décentralisé passera de 28,6 % en 2000. jusqu'à 33% en 2020

L'augmentation des prix survenue ces dernières années pour les carburants organiques (gaz, fioul, carburant diesel) et pour leur transport vers les régions reculées de la Russie et, par conséquent, une augmentation objective des prix de vente des produits électriques et l'énérgie thermique changer fondamentalement l'attitude envers l'utilisation des sources d'énergie renouvelables : géothermie, éolienne, solaire.

Ainsi, le développement de la géothermie dans certaines régions du pays permet aujourd'hui de résoudre le problème de l'approvisionnement en électricité et en chaleur, notamment au Kamtchatka, dans les îles Kouriles, ainsi que dans le Caucase du Nord, dans certaines régions de Sibérie et la partie européenne de la Russie.

Parmi les principales orientations pour l'amélioration et le développement des systèmes d'approvisionnement en chaleur devrait figurer l'expansion de l'utilisation de sources d'énergie renouvelables locales non traditionnelles et, en premier lieu, la chaleur géothermique de la terre. Déjà au cours des 7 à 10 prochaines années, grâce aux technologies modernes d'approvisionnement local en chaleur, d'importantes ressources en combustible organique pourront être économisées grâce à la chaleur thermique.

Au cours de la dernière décennie, l’utilisation des sources d’énergie renouvelables non traditionnelles (NRES) a connu un véritable essor dans le monde. L'ampleur de l'utilisation de ces sources a augmenté à plusieurs reprises. Ce domaine se développe plus intensément que les autres domaines de l'énergie. Il y a plusieurs raisons à ce phénomène. Tout d’abord, il est évident que l’ère des ressources énergétiques traditionnelles bon marché est irrévocablement révolue. Il n'y a qu'une seule tendance dans ce domaine : la hausse des prix pour tous les types. Non moins significatif est le désir de nombreux pays privés de leur base énergétique d’atteindre l’indépendance énergétique. Rôle important les considérations environnementales jouent un rôle, notamment l’émission de gaz nocifs. La population des pays développés apporte un soutien moral actif à l'utilisation des sources d'énergie renouvelables.

Pour ces raisons, le développement des sources d'énergie renouvelables dans de nombreux pays constitue une tâche prioritaire de la politique technique dans le domaine de l'énergie. Dans un certain nombre de pays, cette politique est mise en œuvre à travers le cadre législatif et réglementaire adopté, qui établit la base juridique, économique et organisationnelle pour l'utilisation des sources d'énergie renouvelables. Les fondements économiques consistent notamment en diverses mesures visant à soutenir les sources d'énergie renouvelables au stade de leur développement du marché de l'énergie (incitations fiscales et de crédit, subventions directes, etc.)

En Russie, l'application pratique des sources d'énergie renouvelables est nettement en retard par rapport aux pays leaders. Il n'existe aucune mesure législative ou base normative, ainsi que le soutien économique du gouvernement. Tout cela rend les activités pratiques dans ce domaine extrêmement difficiles. La principale raison des facteurs inhibiteurs réside dans les troubles économiques prolongés dans le pays et, par conséquent, les difficultés d'investissement, la faible demande effective et le manque de fonds pour les développements nécessaires. Cependant, certains travaux et mesures pratiques sur l'utilisation de sources d'énergie renouvelables sont menés dans notre pays (géothermie). Les gisements hydrothermaux de vapeur en Russie ne se trouvent qu'au Kamtchatka et dans les îles Kouriles. Par conséquent, l’énergie géothermique ne peut pas à l’avenir occuper une place significative dans le secteur énergétique du pays dans son ensemble. Cependant, elle est capable de résoudre radicalement et de la manière la plus économique possible le problème de l'approvisionnement énergétique de ces régions qui utilisent des carburants importés coûteux (fioul, charbon, diesel) et sont au bord d'une crise énergétique. Le potentiel des gisements hydrothermaux de vapeur du Kamchatka est capable de fournir, à partir de diverses sources, de 1 000 à 2 000 MW d'énergie électrique installée, ce qui dépasse largement les besoins de cette région dans un avenir prévisible. Il existe donc ici de réelles perspectives de développement de la géothermie.

Histoire du développement de l'énergie géothermique.

Outre d'énormes ressources en combustible organique, la Russie possède d'importantes réserves de chaleur terrestre, qui peuvent être augmentées par des sources géothermiques situées à une profondeur de 300 à 2 500 m, principalement dans les zones de failles de la croûte terrestre.

Le territoire de la Russie a été bien exploré et on connaît aujourd'hui les principales ressources thermiques de la Terre, qui ont d'importantes potentiel industriel, y compris l’énergie. De plus, il existe presque partout des réserves de chaleur avec des températures allant de 30 à 200°C.

Retour en 1983 VSEGINGEO a dressé un atlas des ressources en eau thermale de l'URSS. Dans notre pays, 47 gisements géothermiques avec des réserves d'eaux thermales ont été explorés, qui permettent d'obtenir plus de 240·10³m³/jour. Aujourd'hui, en Russie, des spécialistes de près de 50 organisations scientifiques travaillent sur les problèmes d'utilisation de la chaleur terrestre.

Plus de 3 000 puits ont été forés pour exploiter les ressources géothermiques. Le coût des études géothermiques et des travaux de forage déjà réalisés dans cette zone s'élève à plus de 4 milliards en prix modernes. dollars. Ainsi, au Kamtchatka, 365 puits d'une profondeur de 225 à 2266 m ont déjà été forés dans des champs géothermiques et environ 300 millions ont été dépensés (à l'époque soviétique). dollars (aux prix modernes).

L'exploitation de la première centrale géothermique a commencé en Italie en 1904. La première centrale géothermique du Kamtchatka et la première en URSS, la centrale géothermique de Pauzhetskaya, a été mise en service en 1967. et avait une puissance de 5 mW, augmentée ensuite à 11 mW. Un nouvel élan au développement de l'énergie géothermique au Kamtchatka a été donné dans les années 90 avec l'émergence d'organisations et d'entreprises (JSC Geotherm, JSC Intergeotherm, JSC Nauka), qui, en coopération avec l'industrie (principalement avec l'usine de turbines de Kaluga), ont développé de nouvelles des projets, des technologies et des types d'équipements progressistes pour convertir l'énergie géothermique en électricité et obtenu des prêts de la Banque européenne pour la reconstruction et le développement. En conséquence, en 1999 La centrale géothermique de Verkhne-Mutnovskaya (trois modules de 4 MW chacun) a été mise en service au Kamtchatka. Le premier bloc de 25 mW est introduit. la première étape de la centrale géothermique de Mutnovskaya d'une capacité totale de 50 MW.

Le deuxième étage d'une capacité de 100 MW pourra être mis en service en 2004

Ainsi, les perspectives immédiates et très réelles de l'énergie géothermique au Kamtchatka ont été déterminées, ce qui constitue un exemple positif et incontestable de l'utilisation de sources d'énergie renouvelables en Russie, malgré les graves difficultés économiques du pays. Le potentiel des gisements hydrothermaux de vapeur du Kamtchatka est capable de fournir 1 000 MW d'énergie électrique installée, ce qui couvre de manière significative les besoins de cette région dans un avenir prévisible.

Selon l'Institut de volcanologie de la branche extrême-orientale de l'Académie des sciences de Russie, les ressources géothermiques déjà identifiées permettent d'approvisionner pleinement le Kamtchatka en électricité et en chaleur pendant plus de 100 ans. Avec le champ à haute température de Mutnovskoye d'une capacité de 300 MW(e) au sud du Kamtchatka, réserves importantes ressources géothermiques dans les champs de Koshelevskoye, Bolshe Banny et au nord dans les champs de Kireunskoye. Les réserves thermiques des eaux géothermiques du Kamtchatka sont estimées à 5 000 MW (t).

Tchoukotka possède également d'importantes réserves de chaleur géothermique (à la frontière avec la région du Kamtchatka), certaines d'entre elles ont déjà été découvertes et peuvent être activement utilisées pour les villes et villages voisins.

Les îles Kouriles sont également riches en réserves de chaleur terrestre ; elles sont tout à fait suffisantes pour fournir de la chaleur et de l'électricité à ce territoire pendant 100 200 ans. Sur l'île d'Iturup, des réserves d'un caloporteur géothermique diphasique ont été découvertes, dont la puissance (30 MW(e)) est suffisante pour répondre aux besoins énergétiques de toute l'île pour les 100 prochaines années. Ici, des puits ont déjà été forés sur le champ géothermique d'Okeanskoye et une centrale géoélectrique est en cours de construction. Sur l'île méridionale de Kunashir, il existe des réserves de chaleur géothermique, qui sont déjà utilisées pour produire de l'électricité et pour approvisionner en chaleur la ville de Yuzhno Kurilsk. Le sous-sol de l'île septentrionale de Paramushir est moins étudié, cependant, on sait que cette île possède également d'importantes réserves d'eau géothermique avec des températures de 70 à 95°C. Un GeoTS d'une capacité de 20 MW (t) est également en cours de réalisation ; construit ici.

Les dépôts d'eau thermale avec des températures de 100 à 200°C sont beaucoup plus répandus. A cette température, il est conseillé d'utiliser des fluides de travail à faible point d'ébullition dans le cycle de la turbine à vapeur. L'utilisation de centrales géothermiques à double circuit utilisant de l'eau thermale est possible dans un certain nombre de régions de Russie, principalement dans le Caucase du Nord. Ici, les gisements géothermiques avec des températures de réservoir de 70 à 180°C, situés à une profondeur de 300 à 5000 m, ont été bien étudiés. L'eau géothermique est ici utilisée depuis longtemps pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude. Au Daghestan, plus de 6 millions de m d'eau géothermique sont produits par an. Dans le Caucase du Nord, environ 500 000 personnes utilisent l'approvisionnement en eau géothermique.

Primorye, la région du Baïkal et la région de Sibérie occidentale disposent également de réserves de chaleur géothermique adaptées à une utilisation à grande échelle dans l'industrie et l'agriculture.

Conversion de l'énergie géothermique en énergie électrique et thermique.

L’un des domaines prometteurs pour utiliser la chaleur des eaux thermales souterraines hautement minéralisées est sa conversion en énergie électrique. À cette fin, un schéma technologique a été développé pour la construction d'une centrale géothermique, composée d'un système de circulation géothermique (GCS) et usine de turbines à vapeur(PTU), dont le schéma est illustré à la Fig. 1. Une caractéristique distinctive de ce schéma technologique par rapport aux schémas connus est que le rôle d'évaporateur et de surchauffeur est assuré par un échangeur de chaleur à contre-courant vertical situé dans la partie supérieure du puits d'injection, où l'extrait à haute température l'eau thermale est fournie par une canalisation terrestre qui, après avoir transféré la chaleur au liquide de refroidissement secondaire, est pompée vers la formation . Le liquide de refroidissement secondaire du condenseur de l'unité de turbine à vapeur s'écoule par gravité dans la zone de chauffage à travers un tuyau descendu à l'intérieur de l'échangeur de chaleur jusqu'au fond.

Le travail des écoles professionnelles est basé sur le cycle Rankine ; diagramme t,s ce cycle et la nature du changement des températures du liquide de refroidissement dans l'échangeur de chaleur de l'évaporateur.

La plupart point important Lors de la construction d’une centrale géothermique, le choix du fluide de travail dans le circuit secondaire est important. Le fluide de travail sélectionné pour une installation géothermique doit avoir des propriétés chimiques, physiques et opérationnelles favorables dans des conditions d'exploitation données, c'est-à-dire être stable, ininflammable, antidéflagrant, non toxique, inerte envers les matériaux de structure et bon marché. Il est conseillé de choisir un fluide de travail avec un coefficient de viscosité dynamique plus faible (moins de pertes hydrauliques) et avec un coefficient de conductivité thermique plus élevé (transfert de chaleur amélioré).

Il est presque impossible de répondre à toutes ces exigences en même temps, il est donc toujours nécessaire d'optimiser le choix de l'un ou l'autre fluide de travail.

Les faibles paramètres initiaux des fluides de travail des centrales géothermiques conduisent à la recherche de fluides de travail à bas point d'ébullition avec une courbure négative de la courbe limite droite dans le diagramme t, s, puisque l'utilisation d'eau et de vapeur conduit dans ce cas à une détérioration des paramètres thermodynamiques et une forte augmentation des dimensions des centrales à turbine à vapeur, ce qui augmente considérablement leur coût.

Il est proposé d'utiliser un mélange isobutane + isopentane à l'état supercritique comme agent supercritique dans le circuit secondaire des cycles énergétiques binaires. L'utilisation de mélanges supercritiques est pratique car les propriétés critiques, c'est-à-dire la température critique tк(x), la pression critique pк(x) et la densité critique qк (x) dépendent de la composition du mélange x. Cela permettra, en sélectionnant la composition du mélange, de sélectionner un agent supercritique avec les paramètres critiques les plus favorables pour la température correspondante de l'eau thermale d'un gisement géothermique particulier.

L'isobutane, un hydrocarbure à bas point d'ébullition, est utilisé comme liquide de refroidissement secondaire, dont les paramètres thermodynamiques correspondent aux conditions requises. Paramètres critiques de l'isobutane : tc = 134,69°C ; pk = 3,629 MPa ; qк =225,5 kg/m³. De plus, le choix de l'isobutane comme liquide de refroidissement secondaire est dû à son coût relativement faible et à son respect de l'environnement (contrairement aux fréons). L'isobutane en tant que fluide de travail est largement utilisé à l'étranger et il est également proposé de l'utiliser à l'état supercritique dans les cycles binaires d'énergie géothermique.

Les caractéristiques énergétiques de l'installation sont calculées pour une large plage de températures de l'eau produite et différents modes de son fonctionnement. Dans tous les cas, on a supposé que la température de condensation de l'isobutane tcon = 30°C.

La question se pose du choix du plus petit écart de température (Fig. 2). D'une part, une diminution de êt entraîne une augmentation de la surface de l'échangeur thermique de l'évaporateur, ce qui peut ne pas être économiquement justifié. En revanche, une augmentation de êt à une température d'eau thermale donnée tt entraîne la nécessité d'abaisser la température d'évaporation tz (et, par conséquent, la pression), ce qui affectera négativement l'efficacité du cycle. Dans la plupart des cas pratiques, il est recommandé de prendre êt = 10÷25ºС.

Les résultats obtenus montrent qu'il existe paramètres optimaux fonctionnement de la centrale à vapeur, qui dépendent de la température de l'eau entrant dans le circuit primaire de l'échangeur thermique du générateur de vapeur. Avec une augmentation de la température d'évaporation de l'isobutane tз, la puissance N générée par la turbine pour 1 kg/s de débit de liquide de refroidissement secondaire augmente. Dans ce cas, à mesure que tz augmente, la quantité d’isobutane évaporé diminue pour 1 kg/s de consommation d’eau thermale.

À mesure que la température de l’eau thermale augmente, la température augmente également. température optimaleévaporation.

La figure 3 montre des graphiques de la dépendance de la puissance N générée par la turbine sur la température d'évaporation tз du liquide de refroidissement secondaire à différentes températures de l'eau thermale.

Pour l'eau à haute température (tt = 180ºС), les cycles supercritiques sont considérés lorsque la pression de vapeur initiale est pn = 3,8 ; 4,0 ; 4.2 ; et 5,0 MPa. Parmi ceux-ci, le plus efficace du point de vue de l'obtention de la puissance maximale est le cycle supercritique, proche du cycle dit « triangulaire » avec une pression initiale pн = 5,0 MPa. Dans ce cycle, en raison de la différence de température minimale entre le liquide de refroidissement et le fluide de travail, le potentiel thermique de l'eau thermale est utilisé au maximum. La comparaison de ce cycle avec le cycle sous-critique (pn = 3,4 MPa) montre que la puissance générée par la turbine pendant le cycle supercritique augmente de 11%, la densité de flux de la substance entrant dans la turbine est 1,7 fois supérieure à celle du cycle avec pn = 3,4 MPa, ce qui entraînera une amélioration des propriétés de transport du liquide de refroidissement et une réduction de la taille des équipements (canalisations d'alimentation et turbine) de la centrale à turbine à vapeur. De plus, dans le cycle avec pn = 5,0 MPa, la température de l'eau thermale résiduaire tn, réinjectée dans la formation, est de 42ºC, alors que dans le cycle sous-critique avec pn = 3,4 MPa, la température tn = 55ºC.

Parallèlement, une augmentation de la pression initiale jusqu'à 5,0 MPa en cycle supercritique affecte le coût de l'équipement, notamment le coût de la turbine. Bien que les dimensions du chemin d'écoulement de la turbine diminuent avec l'augmentation de la pression, le nombre d'étages de la turbine augmente simultanément, un joint d'extrémité plus développé est nécessaire et, surtout, l'épaisseur des parois du boîtier augmente.

Pour créer un cycle supercritique dans le schéma technologique d'une centrale géothermique, il est nécessaire d'installer une pompe sur la canalisation reliant le condenseur à l'échangeur de chaleur.

Cependant, des facteurs tels qu'une puissance accrue, une taille réduite des canalisations d'alimentation et des turbines et une utilisation plus complète du potentiel thermique de l'eau thermale plaident en faveur d'un cycle supercritique.

À l'avenir, il faudra rechercher des liquides de refroidissement avec une température critique plus basse, ce qui permettra de créer des cycles supercritiques lors de l'utilisation d'eaux thermales à plus basse température, puisque le potentiel thermique de la grande majorité des gisements explorés en Russie ne dépasse pas 100 ÷120ºС. À cet égard, le plus prometteur est le R13B1 (trifluorobromométhane) avec les paramètres critiques suivants : tк = 66,9ºС ; pk= 3,946 MPa ; qк= 770kg/m³.

Les résultats des calculs d'évaluation montrent que l'utilisation d'eau thermale avec une température tk = 120ºC dans le circuit primaire du GeoTPP et la création dans le circuit secondaire sur le fréon R13B1 d'un cycle supercritique avec une pression initiale pn = 5,0 MPa font également permet d'augmenter la puissance de la turbine jusqu'à 14% par rapport au cycle sous-critique avec pression initiale pn = 3,5 MPa.

Pour le bon fonctionnement des centrales géothermiques, il est nécessaire de résoudre les problèmes liés à l'apparition de corrosion et de dépôts de sel, qui, en règle générale, sont aggravés par une augmentation de la minéralisation de l'eau thermale. Les dépôts de sel les plus intenses se forment en raison du dégazage de l'eau thermale et de la perturbation de l'équilibre du dioxyde de carbone qui en résulte.

Dans le schéma technologique proposé, le fluide caloporteur primaire circule en boucle fermée : réservoir - puits de production - pipeline terrestre - pompe - puits d'injection - réservoir, où les conditions de dégazage de l'eau sont minimisées. Dans le même temps, il est nécessaire de respecter de telles conditions thermobariques dans la partie aérienne du circuit primaire qui empêchent le dégazage et la précipitation des dépôts carbonatés (en fonction de la température et de la salinité, la pression doit être maintenue à un niveau de 1,5 MPa et ci-dessus).

Une diminution de la température de l'eau thermale entraîne la précipitation de sels non carbonatés, ce qui a été confirmé par des études menées sur le site géothermique de Kayasulinsky. Une partie des sels précipités se déposera sur surface intérieure puits d'injection, et la majeure partie est transportée vers la zone de fond du trou. Le dépôt de sels au fond du puits d'injection contribuera à une diminution de l'injectivité et à une diminution progressive du débit circulaire, jusqu'à l'arrêt complet du GCS.

Pour éviter la corrosion et les dépôts de tartre dans le circuit GCS, vous pouvez utiliser le réactif efficace OEDPA (acide oxyéthylidène diphosphonique), qui a un effet anticorrosion et anticalcaire à long terme de passivation de surface. La restauration de la couche passivante d'OEDPC est réalisée par injection périodiquement pulsée d'une solution réactive dans de l'eau thermale à l'embouchure d'un puits de production.

Pour dissoudre le coulis de sel, qui va s'accumuler dans la zone de fond, et donc restaurer l'injectivité d'un puits d'injection, un réactif très efficace est le NMA (concentré d'acide de faible poids moléculaire), qui peut également être introduit périodiquement dans l'eau thermale en circulation. dans la zone située avant la pompe d'injection.

Par conséquent, de ce qui précède, on peut suggérer que l’une des directions prometteuses pour développer l’énergie thermique de l’intérieur de la Terre est sa conversion en électricité grâce à la construction de centrales géothermiques à double circuit utilisant des agents de travail à bas point d’ébullition. L'efficacité d'une telle conversion dépend de nombreux facteurs, notamment du choix du fluide de travail et des paramètres du cycle thermodynamique du circuit secondaire de la centrale géothermique.

Les résultats de l'analyse informatique des cycles utilisant divers liquides de refroidissement dans le circuit secondaire montrent que les cycles supercritiques les plus optimaux sont ceux qui permettent d'augmenter la puissance de la turbine et l'efficacité du cycle, d'améliorer les propriétés de transport du liquide de refroidissement et de mieux contrôler la température. de l'eau thermale de source circulant dans le circuit primaire de la centrale géothermique.

Il a également été établi que pour les eaux thermales à haute température (180ºС et plus), le plus prometteur est la création de cycles supercritiques dans le circuit secondaire d'une centrale géothermique utilisant de l'isobutane, tandis que pour les eaux à températures plus basses (100÷120ºС et plus). ) lors de la création des mêmes cycles, le liquide de refroidissement le plus approprié est le fréon R13B1.

En fonction de la température de l'eau thermale extraite, il existe une température d'évaporation optimale du fluide caloporteur secondaire, correspondant à la puissance maximale générée par la turbine.

À l'avenir, il sera nécessaire d'étudier des mélanges supercritiques, dont l'utilisation comme agent de travail pour les cycles d'énergie géothermique est la plus pratique, car en sélectionnant la composition du mélange, on peut facilement modifier ses propriétés critiques en fonction des conditions extérieures.

Une autre direction d'utilisation de l'énergie géothermique est l'approvisionnement en chaleur géothermique, qui est utilisée depuis longtemps au Kamtchatka et dans le Caucase du Nord pour chauffer les serres, le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude dans le secteur du logement et des services communaux. L’analyse de l’expérience mondiale et nationale est prometteuse chauffage géothermique. Actuellement, des systèmes de fourniture de chaleur géothermique d'une capacité totale de 17 175 MW fonctionnent dans le monde ; plus de 200 000 installations géothermiques sont en service rien qu'aux États-Unis. Selon les projets de l'Union européenne, la capacité des systèmes de chauffage géothermiques, y compris les pompes à chaleur, devrait passer de 1 300 MW en 1995 à 5 000 MW en 2010.

En URSS, les eaux géothermiques ont été utilisées dans les territoires de Krasnodar et de Stavropol, en Kabardino-Balkarie, en Ossétie du Nord, en Tchétchéno-Ingouchie, au Daghestan, dans la région du Kamtchatka, en Crimée, en Géorgie, en Azerbaïdjan et au Kazakhstan. En 1988, 60,8 millions de m³ d'eau géothermique ont été produits, aujourd'hui jusqu'à 30 millions sont produits en Russie. m³ par an, ce qui équivaut à 150÷170 mille tonnes. carburant standard. Dans le même temps, le potentiel technique de l'énergie géothermique, selon le ministère de l'Énergie de la Fédération de Russie, est de 2 950 millions de tonnes de combustible standard.

Au cours des 10 dernières années, le système d'exploration, de développement et d'exploitation des ressources géothermiques de notre pays s'est effondré. En URSS scientifiquement travail de recherche Instituts de l'Académie des Sciences, Ministères de la Géologie et industrie du gaz. L'exploration, l'évaluation et l'approbation des réserves de gisements ont été réalisées par des instituts et des divisions régionales du ministère de la Géologie. Le forage de puits productifs, le développement des champs, le développement de technologies de réinjection, de purification des eaux géothermiques et l'exploitation de systèmes d'approvisionnement en chaleur géothermique ont été réalisés par les divisions du ministère de l'Industrie gazière. Il comprenait cinq départements opérationnels régionaux, l'association scientifique et de production Soyuzgeotherm (Makhachkala), qui a élaboré un projet pour l'utilisation future des eaux géothermiques en URSS. La conception des systèmes et équipements d'approvisionnement en chaleur géothermique a été réalisée par l'Institut central de recherche, de conception et d'expérimentation des équipements d'ingénierie.

Actuellement, les travaux de recherche complets dans le domaine de la géothermie ont cessé : des études géologiques et hydrogéologiques aux problèmes d'épuration des eaux géothermiques. Non réalisé forage exploratoire, développement de gisements précédemment explorés, l'équipement des systèmes d'approvisionnement en chaleur géothermique existants n'est pas modernisé. Le rôle du gouvernement dans le développement de la géothermie est négligeable. Les spécialistes en géothermie sont dispersés et leur expérience n'est pas recherchée. Nous analyserons la situation actuelle et les perspectives de développement dans les nouvelles conditions économiques de la Russie à l'aide de l'exemple du territoire de Krasnodar.

Pour cette région, parmi toutes les sources d'énergie renouvelables, la plus prometteuse est l'utilisation des eaux géothermiques. La figure 4 montre les priorités d'utilisation des sources d'énergie renouvelables pour l'approvisionnement en chaleur des installations du territoire de Krasnodar.

Dans le territoire de Krasnodar, jusqu'à 10 millions de m³/an d'eau géothermique à une température de 70÷100º C sont produits chaque année, ce qui remplace 40÷50 000 tonnes de combustible organique (en termes d'équivalent combustible). Il y a 10 champs en exploitation avec 37 puits, 6 champs avec 23 puits sont en phase de développement. Total puits géothermiques77. 32 hectares sont chauffés aux eaux géothermiques. serres, 11 000 appartements dans huit colonies, l'approvisionnement en eau chaude est assuré pour 2 000 personnes. Les réserves exploitables explorées d'eaux géothermiques dans la région sont estimées à 77,7 mille. m³/jour, ou en cas de fonctionnement pendant saison de chauffage-11,7 millions m³ par saison, les réserves prévues sont respectivement de 165 mille. m³/jour et 24,7 millions. m³ par saison.

L'un des champs géothermiques les plus développés de Mostovskoe, à 240 km de Krasnodar dans les contreforts du Caucase, où 14 puits ont été forés à une profondeur de 1650÷1850 m avec des débits de 1500÷3300 m³/jour, température à l'embouchure de 67 ÷78º C, minéralisation totale 0,9÷1, 9g/l. La composition chimique de l’eau géothermique correspond presque aux normes relatives à l’eau potable. Le principal consommateur d'eau géothermique de ce gisement est un complexe de serres d'une superficie allant jusqu'à 30 hectares, qui exploitait auparavant 8 puits. Actuellement, 40 % de la superficie des serres est chauffée ici.

Pour l'approvisionnement en chaleur des bâtiments résidentiels et administratifs du village. Dans les années 80, un point de chauffage central géothermique (CHS) d'une puissance thermique estimée à 5 MW a été construit à Mostovaya, dont le schéma est présenté sur la Fig. L'eau géothermique de la centrale de chauffage provient de deux puits avec un débit chacun de 45÷70 m³/h et une température de 70÷74ºС dans deux réservoirs de stockage d'une capacité de 300 m³. Pour utiliser la chaleur de l'eau géothermique usée, deux pompes à chaleur à compresseur de vapeur d'une puissance thermique nominale de 500 kW ont été installées. L'eau géothermique usée dans les systèmes de chauffage avec une température de 30÷35ºС avant que l'unité de pompe à chaleur (HPU) soit divisée en deux flux, dont l'un est refroidi à 10ºС et évacué dans le réservoir, et le second est chauffé à 50ºС et renvoyé à les réservoirs de stockage. Les unités de pompe à chaleur ont été fabriquées par l'usine Kompressor de Moscou sur la base de machines frigorifiques A-220-2-0.

Régulation de la puissance thermique chauffage géothermique en l'absence de pic de réchauffage, elle s'effectue de deux manières : par passage du liquide de refroidissement et de manière cyclique. Avec cette dernière méthode, les systèmes sont périodiquement remplis de liquide de refroidissement géothermique tout en vidant simultanément le fluide refroidi. Avec une période de chauffage quotidienne Z, la durée de chauffage Zн est déterminée par la formule

Zн = 48j/(1 + j), où le coefficient de dégagement de chaleur ; température estimée de l'air ambiant, °C ; et température de l'air extérieur réelle et calculée, °C.

La capacité des réservoirs de stockage des systèmes géothermiques est déterminée à partir de la condition d'assurer une amplitude normalisée des fluctuations de la température de l'air dans les locaux résidentiels chauffés (±3°C) selon la formule.

où kF est le transfert de chaleur du système de chauffage par différence de température de 1°C, W/°C ; Z = Zн + Zpériode de fonctionnement du chauffage géothermique ; Zdurée de pause, h ; Qp et Qpcalculés et moyenne de la saison Energie thermique systèmes de chauffage des bâtiments, W ; c·capacité thermique volumique de l'eau géothermique, J/(m³· ºС) ; nnombre de démarrages de chauffage géothermique par jour ; k1coefficient de perte de chaleur dans le système d'alimentation en chaleur géothermique ; А1 amplitude des fluctuations de température dans un bâtiment chauffé, ºС ; Indicateur Rnomtotal d'absorption thermique des locaux chauffés ; Capacité Vc et Vts des systèmes de chaleur et des réseaux de chaleur, m³.

Lorsque les pompes à chaleur fonctionnent, le rapport des débits d'eau géothermique à travers l'évaporateur Gi et le condenseur Gk est déterminé par la formule :

Où tk, to, t est la température de l'eau géothermique après le condenseur, le système de chauffage du bâtiment et les évaporateurs HPU, ºС.

Il convient de noter la faible fiabilité des conceptions de pompes à chaleur utilisées, car leurs conditions de fonctionnement différaient sensiblement de celles des machines frigorifiques. Le rapport des pressions de refoulement et d'aspiration des compresseurs lorsqu'ils fonctionnent en mode pompe à chaleur est 1,5÷2 fois supérieur au rapport similaire en machines frigorifiques. Les pannes du groupe bielle et piston, des installations pétrolières et de l'automatisation ont conduit à une panne prématurée de ces machines.

En raison du manque de contrôle du régime hydrologique et de l'exploitation du champ géothermique de Mostovskoye, déjà après 10 ans, la pression à la tête de puits a diminué de 2 fois. Afin de rétablir la pression du réservoir du champ en 1985. trois puits d'injection ont été forés et un station de pompage, cependant, leurs travaux n'ont pas donné de résultat positif en raison de la faible injectivité des formations.

Pour l'utilisation la plus prometteuse des ressources géothermiques dans la ville d'Oust-Labinsk avec une population de 50 000 habitants, située à 60 km de Krasnodar, un système d'approvisionnement en chaleur géothermique d'une puissance thermique estimée à 65 MW a été développé. À partir de trois horizons de pompage d'eau, des gisements Éocène-Paléocène avec une profondeur d'enfouissement de 2200÷2600 m avec une température de formation de 97÷100ºС et une minéralisation de 17÷24 g/l ont été sélectionnés.

À la suite de l’analyse des charges thermiques existantes et futures conformément au plan de développement de l’approvisionnement en chaleur de la ville, la puissance thermique calculée optimale du système d’approvisionnement en chaleur géothermique a été déterminée. Comparaison technico-économique de quatre options (dont trois sans chaufferies de pointe avec montants variables puits et un avec chauffage d'appoint dans la chaufferie) ont montré que la période de récupération minimale a un schéma avec une chaufferie de pointe (Fig. 6).

Le système d'approvisionnement en chaleur géothermique implique la construction de prises d'eau thermale ouest et centrale avec sept puits d'injection. Mode de fonctionnement des prises d'eau thermale avec réinjection de liquide de refroidissement refroidi. Système de chauffage double circuit avec réchauffage de pointe en chaufferie et raccordement dépendant systèmes existants chauffage des bâtiments. Investissements en capital la construction de ce système géothermique s'est élevée à 5,14 millions. frotter. (aux prix de 1984), période de récupération de 4,5 ans, économies estimées de carburant remplacé 18,4 mille tonnes de carburant standard par an.

Coût de l'électricité produite par les centrales géothermiques.

Les dépenses de recherche et développement (forage) de champs géothermiques représentent jusqu'à 50 % du coût total d'une centrale géothermique, et donc le coût de l'électricité produite par une centrale géothermique est assez important. Ainsi, le coût de l’ensemble du GeoPP pilote-industriel (IP) Verkhnee-Mutnovskaya [capacité 12(3×4) MW] s’élevait à environ 300 millions de roubles. Cependant, l'absence de coûts de transport du carburant, le caractère renouvelable de l'énergie géothermique et le respect de l'environnement de la production d'électricité et de chaleur permettent à l'énergie géothermique d'être compétitive sur le marché de l'énergie et, dans certains cas, de produire de l'électricité et de la chaleur moins chères que les CPP traditionnels et Installations de cogénération. Pour les zones reculées (Kamtchatka, îles Kouriles), les GeoPP ont un avantage absolu sur les centrales thermiques et les centrales diesel fonctionnant au carburant importé.

Si l'on considère le Kamtchatka comme exemple, où plus de 80 % de l'électricité est produite aux CHPP-1 et CHPP-2, fonctionnant au fioul importé, alors l'utilisation de l'énergie géothermique est plus rentable. Même aujourd'hui, alors que le processus de construction et de développement de nouveaux GeoPP sur le champ géothermique de Mutnovsky est toujours en cours, le coût de l'électricité au GeoPP de Verkhne-Mutnovskaya est plus de deux fois inférieur à celui du CHPP de Petropavlovsk-Kamchatsky. Le coût de 1 kWh(e) dans l’ancien GeoPP Pauzhetskaya est 2¸3 fois inférieur à celui des CHPP-1 et CHPP-2.

Le coût d'un kWh d'électricité au Kamtchatka en juillet 1988 était de 10 à 25 centimes, et le tarif moyen de l'électricité était fixé à 14 centimes. En juin 2001 dans la même région, le tarif de l'électricité pour 1 kWh variait de 7 à 15 centimes. Début 2002 le tarif moyen chez OJSC Kamchatskenergo était de 3,6 roubles. (12 centimes). Il est tout à fait clair que l'économie du Kamtchatka ne peut pas se développer avec succès sans réduire le coût de l'électricité consommée, et cela ne peut être réalisé que grâce à l'utilisation des ressources géothermiques.

Aujourd'hui, lors de la restructuration du secteur énergétique, il est très important de partir des prix réels des carburants et des équipements, ainsi que des prix de l'énergie pour les différents consommateurs. Sinon, vous risquez de parvenir à des conclusions et à des prédictions erronées. Ainsi, dans la stratégie de développement économique de la région du Kamtchatka, élaborée en 2001 à Dalsetproekt, sans justification suffisante, un prix de 50 dollars a été inclus pour 1 000 m³ de gaz, même s'il est clair que le coût réel du gaz ne sera pas inférieur à 100 dollars, et la durée de développement des gisements de gaz sera de 5 à 10 ans. De plus, selon la stratégie proposée, les réserves de gaz sont calculées pour une durée de vie ne dépassant pas 12 ans. Par conséquent, les perspectives de développement énergétique dans la région du Kamtchatka devraient être associées principalement à la construction d'une série de centrales géothermiques sur le champ de Mutnovskoye [jusqu'à 300 MW(e)], au rééquipement du GeoPP de Pauzhetskaya, à la capacité dont devrait être portée à 20 MW, et la construction de nouveaux GeoPP. Ce dernier assurera l'indépendance énergétique du Kamtchatka pendant de nombreuses années (au moins 100 ans) et réduira le coût de l'électricité vendue.

Selon le Conseil mondial de l'énergie, de toutes les sources d'énergie renouvelables, GeoPP a le prix le plus bas par kWh (voir tableau).

De l'expérience de l'exploitation de grands GeoPP aux Philippines, en Nouvelle-Zélande, au Mexique et aux États-Unis, il s'ensuit que le coût de 1 kWh d'électricité ne dépasse souvent pas 1 centime, alors qu'il convient de garder à l'esprit que le facteur d'utilisation de l'énergie dans les GeoPP atteint une valeur de 0,95.

L'approvisionnement en chaleur géothermique est plus avantageux avec l'utilisation directe de l'eau chaude géothermique, ainsi qu'avec l'introduction de pompes à chaleur, qui peuvent utiliser efficacement la chaleur de la terre avec une température de 10÷30ºС, c'est-à-dire chaleur géothermique de faible qualité. Dans les conditions économiques actuelles de la Russie, le développement de l'approvisionnement en chaleur géothermique est extrêmement difficile. Les fonds fixes doivent être investis dans le forage de puits. Dans le territoire de Krasnodar, le coût de forage d'un puits de 1 m est de 8 000 roubles, sa profondeur est de 1 800 m et les coûts sont de 14,4 millions de roubles. Avec un débit de puits calculé de 70 m³/h, une pression de température déclenchée de 30º C, un fonctionnement 24 heures sur 24 pendant 150 jours. par an, le coefficient d'utilisation du débit calculé pendant la saison de chauffage est de 0,5, la quantité de chaleur fournie est égale à 4385 MWh, soit en valeur 1,3 million de roubles. au tarif de 300 roubles/(MWh). À ce rythme, le forage des puits sera rentabilisé en 11 ans. En même temps, à l’avenir, la nécessité de développer ce domaine dans le secteur de l’énergie ne fait aucun doute.

Conclusions.

1. Presque sur tout le territoire de la Russie, il existe des réserves uniques de chaleur géothermique avec des températures de liquide de refroidissement (eau, courant diphasique et vapeur) de 30 à 200°C.

2.Ces dernières années en Russie, sur la base de grands Recherche basique Des technologies géothermiques ont été créées pour fournir rapidement application efficace la chaleur de la terre à GeoPP et GeoTS pour produire de l'électricité et de la chaleur.

3.L’énergie géothermique devrait occuper une place importante dans le bilan global de la consommation énergétique. En particulier, pour restructurer et rééquiper le secteur énergétique de la région du Kamtchatka et des îles Kouriles et en partie de Primorye, de la Sibérie et du Caucase du Nord, il faudra utiliser ses propres ressources géothermiques.

4. La mise en œuvre à grande échelle de nouveaux systèmes d'approvisionnement en chaleur avec des pompes à chaleur utilisant des sources de chaleur de faible qualité réduira la consommation de combustibles fossiles de 20 à 25 %.

5. Pour attirer les investissements et les prêts dans le secteur de l'énergie, il est nécessaire de réaliser des projets efficaces et garantissons des retours dans les délais argent emprunté, ce qui n'est possible qu'avec un paiement intégral et ponctuel de l'électricité et de la chaleur fournies aux consommateurs.

Bibliographie.

1. Conversion de l'énergie géothermique en énergie électrique à l'aide d'un cycle supercritique dans le circuit secondaire. Abdulagatov I.M., Alkhasov A.B. « Génie thermique.-1988 n° 4 pages. 53-56".

2. Salamov A.A. « Les centrales géothermiques dans le secteur énergétique mondial » Génie thermique 2000 n° 1-page. 79-80"

3. Chaleur de la Terre : Extrait du rapport « Perspectives de développement des technologies géothermiques » Ecology and Life-2001-No.6-page49-52.

4. Tarnizhevsky B.V. « État et perspectives de l'utilisation des sources d'énergie renouvelables en Russie » Industrial Energy-2002-No 1-page. 52-56.

5. Kouznetsov V.A. "Centrale géothermique de Mutnovskaya" Centrales électriques-2002-No.1-page. 31-35.

6. Butouzov V.A. « Systèmes d'approvisionnement en chaleur géothermique dans la région de Krasnodar » Energy Manager-2002-No.1-pp.14-16.

7. Butouzov V.A. « Analyse des systèmes d'approvisionnement en chaleur géothermique en Russie » Industrial Energy-2002-No.6-pp.53-57.

8. Dobrokhotov V.I. « Utilisation des ressources géothermiques dans le secteur énergétique russe » Thermal Power Engineering-2003-No. 1-page 2-11.

9. Alkhasov A.B. «Augmenter l'efficacité de l'utilisation de la chaleur géothermique» Thermal Power Engineering-2003-№3-pp.52-54.