Як працуюць генератары ў геатэрмальных сістэмах
Аднаўляльныя рэсурсы энергіі сталі ключавым прыярытэтам у глабальных намаганнях па змякчэнні негатыўных наступстваў змены клімату і залежнасці ад выкапнёвага паліва. Адной з перспектыўных крыніц аднаўляльнай энергіі з'яўляецца геатэрмальная энергія. Геатэрмальная энергія паступае з цяпла, размешчанага пад паверхняй Зямлі. Каб выкарыстоўваць гэтую энергію, мы выкарыстоўваем сістэмы, вядомыя як геатэрмальныя сістэмы, у якіх генератары адыгрываюць вырашальную ролю. У гэтым артыкуле будзе абмеркавана, як працуюць генератары ў геатэрмальных сістэмах, ад здабывання цяпла з нетраў Зямлі да вытворчасці карыснай электрычнасці.
Уводзіны ў геатэрмальную энергію
Геатэрмальная энергія, або геатэрмальнае цяпло, — гэта энергія ў выглядзе цяпла, якое паходзіць з нетраў Зямлі. Гэта цяпло выпрацоўваецца ў выніку распаду радыеактыўнага матэрыялу ў ядры і мантыі Зямлі, а таксама цяпла, якое ўлоўліваецца падчас працэсу ўтварэння Зямлі. Тэхналогія, якая выкарыстоўваецца для выкарыстання гэтай энергіі, сканцэнтравана на выкарыстанні гарачых вадкасцей з-пад зямлі для вытворчасці пары, якая затым выкарыстоўваецца для прывада турбагенератараў і выпрацоўкі электрычнасці.
Геатэрмальная сістэма
Геатэрмальная сістэма звычайна складаецца з некалькіх асноўных кампанентаў: здабыўной свідравіны, нагнетальнай свідравіны, цеплаабменніка, турбіны, генератара і сістэмы размеркавання і кіравання. Цяпло з нетраў зямлі здабываецца праз здабыўную свідравіну, дзе гарачая вадкасць або пара падымаюцца на паверхню. Атрыманая пара затым выкарыстоўваецца для прывада турбіны, падлучанай да электрычнага генератара.
Як працуюць генератары ў геатэрмальных сістэмах
1. Здабыванне цяпла з Зямлі
На першым этапе цяпло здабываецца з зямлі шляхам бурэння здабыўной свідравіны. Гэтая свідравіна вядзе да геатэрмальнага рэзервуара, які змяшчае пару або гарачую ваду. Глыбіня свідравіны можа адрознівацца ў залежнасці ад месцазнаходжання і геатэрмальных запасаў, звычайна ад 1 да 3 кіламетраў пад паверхняй.
2. Пераўтварэнне цяпла ў пару
Гарачая вадкасць, або сумесь вады і пары, здабываецца са свідравіны, а затым транспартуецца на паверхню па трубах. На паверхні гэтая вадкасць падаецца ў цеплаабменнік або сепаратар для аддзялення пары ад вады. Гэтая атрыманая пара з'яўляецца асноўным фактарам, які прыводзіць у рух турбіну генератара.
3. Турбінны прывад
Пара, якая ўтвараецца ў выніку цеплаабмену, накіроўваецца ў турбіну. Турбіна мае некалькі лапатак, усталяваных на ротары. Гэтая пара высокага ціску праходзіць праз лапаткі турбіны, прымушаючы турбіну круціцца. Гэты вярчальны рух з'яўляецца першым крокам у працэсе пераўтварэння цеплавой энергіі ў механічную.
4. Вытворчасць электраэнергіі
Круцельная турбіна злучана з ротарам генератара праз вал. Ротар генератара круціцца разам з турбінай, у выніку чаго магнітнае поле ротара стварае электрычны ток у статары генератара (нерухомай частцы генератара). Гэты працэс вядомы як электрамагнітная індукцыя.
5. Сістэма кіравання і размеркавання
Электрычнасць, якая выпрацоўваецца генератарам, затым праходзіць праз сістэму кіравання, каб забяспечыць якасць і стабільнасць электраэнергіі, перш чым размеркавацца ў сетку. Гэтая сістэма кіравання кантралюе напружанне, частату і патрабаванні да размеркавання энергіі для канчатковых спажыўцоў.
Тыпы геатэрмальных сістэм
Існуе некалькі тыпаў геатэрмальных сістэм, якія выкарыстоўваюцца ў залежнасці ад канкрэтных умоў і патрэб, у тым ліку:
1. Электрастанцыя з бінарным цыклам
У гэтай сістэме геатэрмальная вадкасць награваецца праз трубы, і цяпло выкарыстоўваецца для выпарэння другой вадкасці з больш нізкай тэмпературай кіпення, напрыклад, ізабутану. Пара гэтай другой вадкасці затым выкарыстоўваецца для прывада турбіны і генератара.
2. Сухапарная ўстаноўка
Гэтая сістэма выкарыстоўвае пару непасрэдна з геатэрмальнага рэзервуара для прывада турбіны. Гэта найстарэйшая і найпрасцейшая геатэрмальная тэхналогія.
3. Генератар пары імгненнага выпарэння
Гэтая электрастанцыя выкарыстоўвае гарачую ваду пад высокім ціскам, якая, калі выпрацоўваецца на паверхні, зніжае свой ціск і ператвараецца ў пару. Гэтая пара затым выкарыстоўваецца для прывада турбіны.
Перавагі і праблемы
Перавага
1. Экалагічна чысты
Геатэрмальныя электрастанцыі выкідваюць значна менш парніковых газаў, чым электрастанцыі, якія працуюць на выкапнёвым паліве.
2. Аднаўляльныя крыніцы энергіі
Геатэрмальная энергія — гэта крыніца энергіі, якая ніколі не вычарпаецца, пакуль існуе цяпло Зямлі.
3. Высокая даступнасць
У адрозненне ад сонечнай ці ветравой энергіі, геатэрмальная энергія даступная кругласутачна і не залежыць ад умоў надвор'я.
Тантанган
1. Высокія пачатковыя выдаткі
Пачатковыя інвестыцыі ў разведку і бурэнне геатэрмальных свідравін даволі вялікія.
2. Геалагічныя рызыкі
Патэнцыйныя месцы для размяшчэння геатэрмальных электрастанцый абмежаваныя раёнамі з актыўнай геатэрмальнай актыўнасцю, напрыклад, у Ціхаакіянскім вогненным кольцы.
3. Кіраванне воднымі рэсурсамі і карыснымі выкапнямі
Выкарыстоўваемая вада можа ўтрымліваць мінералы, якія могуць выклікаць карозію або адклады на абсталяванні.
Выснова
Генератары ў геатэрмальных сістэмах адыгрываюць ключавую ролю ў пераўтварэнні цеплавой энергіі з недраў зямлі ў выкарыстоўваную электрычнасць. Гэты працэс пачынаецца з бурэння і здабычы гарачых вадкасцей, аддзялення пары, прывада турбіны і, нарэшце, пераўтварэння механічнай энергіі ў электрычнасць генератарам. Нягледзячы на такія праблемы, як высокія пачатковыя выдаткі і геалагічныя рызыкі, перавагі геатэрмальнай энергіі, такія як устойлівасць і нізкі ўзровень выкідаў, робяць яе прывабным варыянтам у глабальным партфелі аднаўляльных крыніц энергіі.
