Практическое применение геотермальной энергии

V Молодежный Фестиваль «Экоэнерджи»
«Геоэнергетические ресурсы Украины и
перспективы их применения на
территории Украины и Крыма.»
выполнил
Студент 4 курса ЧФ МГУ
факультета естественных наук
отделение физики
группы Фз-401
Червяков А.К.
Севастополь 2012
 Геоэнергетика





— направление энергетики, основанное на
производстве электрической энергии за счёт энергии,
содержащейся в недрах земли. Обычно относится к
альтернативным
источникам
энергии,
использующим
возобновляемые энергетические ресурсы.
Источники тепла в недрах земли:
Радиоактивный распад элементов: элементы с периодом
полураспада, меньшим периода формирования Земли, распались
при первоначальном разогреве планетного вещества; распад
долгоживущих элементов продолжается в настоящее время.
Воздействие притяжения Солнца и Луны, приводящее к земным
приливам и торможению Земли. За счет этого фактора за время
существования Земли выделилось до 30% теплоты радиогенного
происхождения.
Гравитационная деформация материала Земли с образованием
плотного ядра и менее плотной оболочки.
Тектонические
процессы,
вызывающие
вертикальные
и
горизонтальные смещения крупных блоков земной коры и ее
упругие деформации.
Химические превращения в недрах Земли.
 Широкое распространение и применение в некоторых странах




мира получила Геотермальная энергетика. Геотермальная энергия
(от греческих слов geo – земля, и thermо – тепло) - это энергия,
накопленная землей, водами или атмосферой.
Геотермальные ресурсы классифицируются по
четырем группам:
Месторождения сухого пара - ресурсы сравнительно легко
осваиваются, но встречаются редко;
Месторождения влажного пара - распространены в большей
степени, однако при освоении возникают проблемы, связанные с
коррозией и повышенным содержанием солей;
Горячая вода - ресурсы большие, используются главным образом
для отопления в тепличном хозяйстве;
Теплота сухих горных пород - ресурсы большие, однако технология
использования находится в ранней стадии освоения.





Достоинства:
возможность
использования
в
виде
геотермальной воды или смеси воды и пара (в
зависимости от их температуры) для нужд
горячего водо- и теплоснабжения;
практическая неиссякаемость;
многократное превосходство суммарного запаса
геотермальных ресурсов по сравнению с запасами
горючих ископаемых.
полная независимость от условий окружающей
среды, времени суток и года;
экологически чистый, возобновляемый источник
энергии.





Недостатки:
необходимость обратной закачки отработанной
воды в подземный водоносный горизонт;
высокая минерализация термальных вод
большинства месторождений и наличие в воде
токсичных соединений и металлов;
необходимы значительные капитальные затраты
на бурение скважин;
необходимо создание коррозийно-стойкого
теплотехнического оборудования;
рассредоточенность геотермальных ресурсов по
обширным площадям.
W = NKCρΔT(Hз-Hв)
Где N – норма расхода топлива на товарное тепло – 0,34*10-10 т у.т./Дж
(т у.т. – тонна условного топлива);
K – коэффициент температурного извлечения (принят равным
0,125);
Cρ – объемная теплоемкость пород, ее можно считать
практически постоянной – 2,5*106 Дж/м3;
ΔT – разница в температуре теплоносителя и сброса - 40°С;
Hз – глубина забоя, на которой определена Тз.
С учетом приведенных выше данных имеем:
W = 0,000425(Нз – Нв), т у.т./м2.
Где Нв – это глубина, на которой обеспечивается средняя температура
на интервале (Нз – Нв), равной 60 °С.
Нв = (Тз – Тт)/0,5γ
Где Тт – температура теплоносителя;
γ – средний геотермический градиент в интервале.
 Запасы горючих
ископаемых в
Украине
составляют 0,04
трл т у.т.
Суммарный
запас
геоэнергетическ
их ресурсов
Украины
составляет 0,83
трл т у.т. (на
глубинах 5,5-6
км). Это более
чем в 20 раз
больше горючих
ископаемых.
Рис.1. Геоэнергетические ресурсы Украины.
 Суммарное количество
геоэнергетических
ресурсов на юге
Украины оказывается
довольно
значительным – 0,29
трл т у.т. Оно во много
раз больше количества
энергии, которое
можно получить при
сжигании всех
извлекаемых запасов
месторождений нефти
и газа региона.
Рис. 2. Распределение W6 на юге Украины и на ЧерномороАзовском шельфе, т у.у./м2: 1- границы Южно-Украинской
моноклинали и Скифской плиты; 2 – пункты определения ТП;
3 – изолинии W6
 Как
видно из Рис.1 на территории Украины
выделяются три основных «геоэнергетических
бассейна»: западный, восточный и южный. В
данных
местах
становится
рентабельно
практическое
применение
геотермальных
ресурсов в государственных и частных масштабах.
Для получения энергии из недр земли
строятся геотермальные электростанции.
Строительство таких станций выгодно при
возможности
получения
пара
с
температурой более 200°С, пригодного для
производства электроэнергии без догрева.
Такое месторождение было найдено на
небольшой территории Новоселовского
поднятия в центре Крыма.
 Австралийские геофизики
отыскали в
пустыне на юго-востоке Австралии точку, где
тектоника и изолированность скальных
пород
создают
аномалию,
которая
круглогодично поддерживает в округе очень
высокую
температуру.
По
оценкам
австралийских геологов, залегающие на
глубине
4,5
км
гранитные
породы
разогреваются
до
270°С.
По
предварительным
расчетам
в
этой
аномальной
точке
можно
получать
электроэнергию мощностью более 1 ГВт,
причем стоимость этой энергии
будет
вдвое дешевле стоимости ветровой энергии
и в 8 – 10 раз дешевле солнечной.

Рис.3. Принципиальная схема
получения электроэнергии по
технологии, предложенной
австралийской компанией
Geodynamics Ltd.
 Также
возможно использование геотермальной энергии в
домашних условиях. Для этого устанавливают тепловые насосы.
Как видно из Рис. 4.
основными источниками
тепла
для
тепловых
насосов являются земля,
воздух и вода.
Рис. 4. Тепловой насос







Достоинства использования тепловых насосов:
довольно компактный
Приблизительно 70% тепла, производимого тепловым
насосом, является бесплатным.
Высокий коэффициент преобразования тепла (до
600%)
Практически бесшумная работа установки
Не загрязняет окружающий воздух
 Недостатки тепловых насосов:
большая стоимость и высокие первоначальные затраты
(около 500-1000 у.е. на 1 кВт необходимой мощности)
срок окупаемости тепловых насосов составляет 5-10 лет,
при сроке службы по 15-20лет до капитального ремонта.
Ри. 5. Тепловой насос воздушный
контур
Фактически это то же самое, что и
работа кондиционера. Главное при
расчетах учитывать особенности
климатических условий.
Рис. 6. Тепловой насос бурение
нескольких скважин
Ориентировочно на 1 м/п скважины
приходится порядка 50-60Вт тепловой
энергии в год.
Нецелесообразно бурить скважины глубже
200 метров, а экономичнее сделать несколько
скважин меньшей глубины рядом с друг
другом (через 10-20 метров).
Ри. 7. Тепловой насос укладка
земляного контура
Наиболее эффективный способ отбора
тепла, так как температура грунта на
глубине нескольких метров не меняется в
течении года. Недостаток - высокая
стоимость.
Примерно,
тепловая
мощность на 1м трубопровода составляет
в глине 50-60Вт, в песке 30-40Вт в год.
Рис. 8. Тепловой насос укладка
контура в проточные водоемы
Коэффициент
преобразования
энергии
тепловым насосом такой же, как при отборе
тепла от грунта. Ориентировочное значение
тепловой мощности на 1м трубопровода 30
Вт в год.
 Украина богата геоэнергетическими ресурсами.
Суммарный запас геоэнергетических ресурсов
Украины более чем в 20 раз больше запасов
горючих ископаемых. Поэтому в регионах с
наибольшей концентрацией геоэнергетических
ресурсов
становится
целесообразным
использование
геотермальной
энергии.
По
себестоимости геотермальная энергия уступает
природному газу, но т.к. основную часть газа
Украина покупает у России по высоким ценам, то
использование
геоэнергетических
ресурсов
становится экономически целесообразным.