Исландия - Геотермальная электростанция
Слово « геотермальное » происходит от греческих слов geo (земля) и термического (тепла). Это означает теплоту земли. Энергетический потенциал под нашими ногами в виде геотермальной энергии огромен.
Этот огромный ресурс составляет в 50 000 раз больше энергии всех нефтегазовых ресурсов в мире. Геотермальная энергия привлекла внимание всего мира в качестве альтернативного источника энергии в течение последних нескольких десятилетий. В настоящее время эта нетрадиционная энергия составляет около 1% от общего объема мирового производства электроэнергии, но сценарий очень быстро меняется из-за его экологически чистого загрязнения и возобновляемого характера. О том, что общее количество всей имеющейся энергии тратится на отопление помещений, купание, рыбу и выращивание зеленых домов и промышленное использование.
США, Исландия, Китай и Новая Зеландия максимально используют геотермальную энергию для выработки электроэнергии или в качестве тепловой энергии.
Вместе, геотермальные электростанции и технологии прямого использования являются выигрышной комбинацией для удовлетворения энергетических потребностей нашей страны, одновременно защищая окружающую среду. Независимо от того, используется ли геотермальная энергия для производства электроэнергии или обеспечения тепла, это чистая альтернатива для нации. И геотермальные ресурсы - это внутренние ресурсы. Сохранение богатства на дому приводит к увеличению числа рабочих мест, и наша национальная экономическая и трудовая картина улучшается.
верхний
Объяснение геотермальной энергии
Тепловая геотермальная энергия
Кора Земли - щедрый источник энергии. Почти все знакомы с ископаемыми видами топлива на Земле, нефтью, газом и углем, но ископаемое топливо является лишь частью истории. Тепло, также называемое тепловой энергией, является, безусловно, более распространенным ресурсом. Ядро Земли, 4000 миль (6437 километров) ниже поверхности, может достигать температуры более 9000 ° F (4982 ° C).
Тепловая геотермальная энергия постоянно течет наружу от сердечника, нагревая окружающую область. Близкая порода плавится при высоких температурах и давлении, превращаясь в магму.
Магма может несколько раз достигать поверхности как лава, но большую часть времени она остается ниже земной коры, которая нагревается рядом с камнем. Вода просачивается в Землю и собирается в сломанной или пористой горной породе, образуя резервуары пара и горячей воды. Если эти резервуары используются для их жидкостей, они могут обеспечить тепло для многих целей, включая производство электроэнергии.
верхний
Геотермальное сверление
До того, как тепловая энергия Земли может использоваться для целей создания электричества или отопления зданий, должны быть предусмотрены трубопроводы между геотермальным резервуаром горячей воды или паром и поверхностью Земли. Это делается путем бурения и нагнетательных скважин, которые часто находятся в глубинах тысяч футов, в резервуар. Бурение разведочных скважин также помогает собирать данные для определения размера и производительности геотермального резервуара. Строительство скважин, безусловно, имеет важное значение, но оно также дорогое, что составляет от 15 до 30 процентов общей стоимости проекта геотермальной энергии.
Для сверления почти любой скважины буровая долота установлена на конце длинной металлической трубы, называемой бурильной колонной, которая поворачивается с поверхности машинами под названием буровая установка. Новые 30-футовые длины трубы добавляются к верхней части бурильной колонны, когда отверстие скважины становится глубже. Для охлаждения и смазки бурового долота и для улавливания обломочных кристаллов струйкой бурильной колонны закачивается вязкая жидкость, называемая буровым раствором.
Шланг проходит через отверстия в буровом долоте, а затем течет обратно в отверстие между пространством между стенкой ствола скважины и бурильной колонной.
верхний
Сверла
На затраты на бурение в значительной степени влияет то, как быстро буровое долото может проникать в твердые, абразивные, трещинные породы геотермального местоположения и как долго это может продолжаться до того, как бурильная колонна должна быть выведена из отверстия, чтобы заменить бит. Если бы скорость проникновения и срок службы битов удвоились, затраты на бурение упали бы в среднем на 15 процентов.
Используются два типа бит:
- Роликовые конусные биты
- Брикеты с поликристаллическим алмазом (PDC)
Для практически всего бурения в геотермальных или нефтяных и газовых скважинах роликовые конусные биты и биты из поликристаллического алмаза (PDC). У конусов роликовых конусов есть зубчатые конусы, которые катятся на дно отверстия, когда бит вращается, причем каждый зуб дробляет небольшую область скалы под ним.
Компактный поликристаллический алмаз
В бит PDC используются тонкие слои синтетического алмаза, соединенные с карбид-кобальтовыми шпильками вольфрама или лопастями. Алмазный слой обеспечивает экстремальную устойчивость резца к абразивному износу при резком резке. Биты PDC особенно хорошо подходят для бурения через горную породу, потому что у них нет движущихся частей, поэтому высокотемпературные уплотнения, подшипники и смазочные материалы не являются проблемой. Они получили это огромное признание на рынке, потому что они последовательно пробурены быстрее и продолжаются дольше, чем роликовые конусы. Однако для геотермического бурения PDC-биты не работают надежно в скале, что более чем умеренно тяжело.
Эти усилия приведут к повышению производительности, расширению полного использования бит PDC с его сопутствующей экономией затрат на горячие твердые породы геотермальных резервуаров.
Измерения отверстий
Измерения в стволе скважины используются как для оценки резервуара после бурения скважины, так и для обеспечения данных во время бурения, что сделает процесс более быстрым, дешевым и безопасным. Чтобы эффективно функционировать для геотермического бурения, эта аппаратура должна быть адаптирована для бурения тонких отверстий и высокотемпературных условий. Sandia разработала инструменты, соответствующие этим требованиям по температуре и размеру, включая перспективную новую автономную систему хранения данных с батарейным питанием. Некоторые из этих инструментов широко используются на местах и доступны для применения или были коммерциализированы; другие находятся на поздних стадиях тестирования.
Бейкер Хьюз подписал лицензионное соглашение с DOE для использования приборов для измерения скважин, а компания Board Long year, поставщик бурового оборудования для геотермальной разведки и разведки месторождений полезных ископаемых, недавно выпустила коммерческое оборудование для регистрации данных о трубчатых трубках.
верхний
Производство электроэнергии
Производство электроэнергии с использованием геотермальной энергии основано на традиционном паротурбинной установке и генераторном оборудовании, где расширяющийся пар обеспечивает турбину / генератор для производства электроэнергии. Геотермальная энергия используется при бурении скважин в резервуарах и трубопроводе горячей воды или пара на электростанцию для производства электроэнергии.
Типы или геотермальные электростанции:
- Сухой пар
- Вспышка пара
- Двоичный цикл
Сухие паровые электростанции
Сухие паровые электростанции
Пар подается непосредственно из колодцев на электростанцию, где он направляется в турбину. Пар превращает турбину, которая активирует генератор. Затем пар конденсируется и впрыскивается обратно в резервуар через скважину.
Сухой пар - самый старый тип растения, впервые использованный в Италии в 1904 году, но он по-прежнему очень эффективен.
Гейзеры в северной Калифорнии, крупнейшем в мире едином источнике геотермальной энергии, используют сухой пар.
Флеш паровые электростанции
Вспышки паровых электростанций
Вспышка паровой электростанции попадает в водоемы с температурой выше 360 ° F (182 ° C). Эта очень горячая вода течет через скважины в земле под собственным давлением. По мере того как он течет, давление жидкости уменьшается, и часть горячей воды кипит или «мигает» в пар.
Затем пар отделяется от воды один раз на поверхности и затем используется для питания турбины / генератора. Оставшуюся воду и конденсированный пар вводят через скважину и обратно в резервуар.
Электростанция двоичного цикла
Электростанция двоичного цикла
Двоичные электростанции работают на воде при более низких температурах от около 225 до 360 ° F (от 107 ° до 182 ° C). Эти установки используют тепло от геотермальной воды для кипячения рабочей жидкости, обычно органического соединения с низкой температурой кипения. Рабочая жидкость испаряется в теплообменнике и используется для вращения турбины.
Затем воду впрыскивают обратно в землю для повторного нагрева. Вода и рабочая жидкость ограничены отдельными геотермальными температурами, необходимыми для прямого использования от 70 ° до 302 ° F (от 21 ° до 150 ° C), ниже, чем для выработки электроэнергии.
Горячая вода из геотермальных ресурсов может быть использована непосредственно для обеспечения тепла для промышленных процессов, сушки посевов или отопления зданий. Это прямое использование. Потребитель геотермальной энергии прямого использования может рассчитывать на экономию до 80 процентов от традиционных расходов на топливо в зависимости от применения и промышленности.
Системы прямого использования требуют больших капиталовложений по сравнению с традиционными системами, но имеют более низкие эксплуатационные расходы и не требуют текущих закупок топлива.
верхний
Геотермальные тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы, также известные как GHP, позволяют земле служить в качестве устройства для хранения энергии. ГРП аналогичны традиционным кондиционерам или холодильникам. ГРП выгружают тепло на землю в течение сезона охлаждения и извлекают полезное тепло из земли во время нагрева время года.
Сегодня GHP, предлагаемые на рынке, также обеспечивают горячую воду. Сегодня в Соединенных Штатах действует более 500 000 GHP, в том числе около 600 систем в школах и колледжах.
Обогрев
Прямое использование геотермального ресурса, однако, превратилось в современную систему, которая сегодня обеспечивает пространственное и бытовое отопление водой по всему городу Бойсе во многих домах, предприятиях и правительственных зданиях. Горячая вода из геотермальной скважины может заменить традиционный источник тепла часто природным газом котла, печи и водонагревателя.
Геотермальная вода также может нагревать рабочую жидкость, которая тает снег, когда она протекает через трубопроводы, установленные под дорожным покрытием. Как правило, индивидуальный дом или здание нуждается только в одной геотермальной скважине для системы отопления. В более крупных применениях, например в Бойсе, система централизованного теплоснабжения может использоваться для подачи тепла из центрального расположения одной или нескольких скважин через сеть трубопроводов до целых блоков зданий. процентов по сравнению с расходами на отопление природным газом.
Экономия намного выше по сравнению с электрическими, пропановыми или мазутными системами отопления.
Геотермальная районная система отопления
сельскохозяйственное
Это число продолжает расти, поскольку слово распространяется на преимущества прямого использования в сельском хозяйстве, такие как более низкие эксплуатационные расходы и рост темпов роста. Это могут быть значительные конкурентные преимущества. Многие посевы, такие как огурцы, помидоры, цветы, комнатные растения, саженцы деревьев и кактусы процветают в теплицах с геотермальным нагревом.
Несколько рыбоводческих хозяйств и другие аквакультурные операции нашли успех с использованием геотермальной воды в качестве среды обитания для их домашнего скота, что делает ее самым быстрорастущим непосредственным использованием в стране.
промышленные
Геотермальное прямое использование продолжает демонстрировать большой коммерческий потенциал и конкурентные преимущества для различных отраслей промышленности. Промышленное применение включает обезвоживание продуктов питания, золотодобычу, прачечные, пастеризацию молока, культуру грибов и переваривание сточных вод. Геотермальные ресурсы прямого использования особенно хорошо подходят для операций по обезвоживанию овощей, например, при производстве сушеных луков или чеснока. Сухой климат на протяжении большей части Запада также помогает в этом процессе.
Процесс обезвоживания начинается с геотермальной воды, протекающей через теплообменник, который нагревает воздух до температур от 100 до 220 ° F (от 38 ° до 104 ° C).
верхний
Чистая энергия Земли на 21 век
DOE финансирует исследования для снижения стоимости геотермальных компонентов, систем и операций. Геотермальные объекты используют естественное тепло внутри земли для производства электроэнергии или для удовлетворения других потребностей в тепловой энергии. Деятельность в области исследований и разработок Программы тесно связана с ее миссией и целями.
Благодаря усовершенствованным методам разведки отрасль будет более точно определять и определять новые геотермальные поля, снижая высокую стоимость и риск развития. Лучшая технология бурения скважин позволит получить доступ к более глубоким ресурсам и сократить расходы, тем самым расширив базу экономических ресурсов.
Достижения в области преобразования энергии установят бинарные технологии с воздушным охлаждением в качестве средства для производства электроэнергии с конкурентоспособной ценой из более обильных низкотемпературных ресурсов. Эти мероприятия вносят непосредственный вклад в снижение стоимости геотермального развития и позволяют устанавливать более геотермальные объекты. Проекты геотермальной электрогенерации - это капиталоемкие предприятия, при этом основные затраты понесены до того, как завод начнет получать доход. К дорогостоящим компонентам проекта геотермальной разработки относятся: разведочные, добывающие и нагнетательные скважины; а также оборудование и оборудование для строительства.
Первичный риск в геотермальном проекте является подтверждением жизнеспособного резервуара, который обычно требует интенсивного бурения и испытаний скважин.
Чтобы помочь снизить риски и затраты на геотермальное развитие, стратегия исследования программы включает в себя:
- Совершенствование технологий разведки, обнаружения трещин и проницаемых зон, сидения скважин и закачки жидкости
- Снижение стоимости бурения и заполнения геотермальных скважин
- Снижение капитальных, эксплуатационных и эксплуатационных расходов геотермальных электростанций.
Вывод
Сокращение затрат на бурение существенно сократит затраты на геотермальное развитие, что поможет отечественной геотермальной отрасли сохранить статус мирового лидера и расширить свои рынки. Сегодня общество использует лишь небольшую часть геотермальной энергетической базы. Конечная перспектива геотермальной энергии заключается в том, что можно использовать гораздо большую часть общей ресурсной базы.
Новые и улучшенные технологии бурения могут сделать это.
ИСТОЧНИК: Геотермальная энергия Чистая энергия Земли с 21-го века. Вирендра Кумар, М. Тех термический engg. Deptt. механический engg. Национальный технологический институт, Силчар, Ассам. 788010. Индия