Ինչպես են աշխատում երկրաջերմային էներգիայի բաշխման համակարգերը
Երկրաջերմային էներգիան վերականգնվող էներգիայի աղբյուր է, որն օգտագործում է երկրի ներսից եկող բնական ջերմությունը: Շատերը երկրաջերմային էներգիան գիտեն որպես «երկրից եկող էլեկտրաէներգիա», բայց դրա հետևում թաքնված է տեխնիկական գործընթացների երկար շարք՝ սկսած հետախուզումից, արտադրությունից, էլեկտրաէներգիայի կամ ջերմության վերածվելուց և վերջապես՝ բաշխումից մինչև օգտագործողներ: Այս հոդվածը քննարկում է, թե ինչպես են աշխատում երկրաջերմային էներգիայի բաշխման համակարգերը. ինչպես է երկրաջերմային ջրամբարներից ստացված էներգիան անվտանգ, կայուն և արդյունավետորեն հասնում տներ, արդյունաբերություններ և հանրային հաստատություններ:
1. Երկրաջերմայինից մինչև օգտագործելի էներգիա
Երկրաջերմային ջերմությունը պահվում է երկրաջերմային ջրամբարներում, որոնք ծակոտկեն կամ ճեղքված ապարների գոտիներ են, որոնք պարունակում են հեղուկներ (տաք ջուր և/կամ գոլորշի) բարձր ջերմաստիճաններում: Այս ջրամբարները սովորաբար գտնվում են հարյուրավորից մինչև հազարավոր մետր խորության վրա: Այս ջրամբարներից օգտվելու համար երկրաջերմային ընկերությունները հորատում են՝ տաք հեղուկները մակերես դուրս բերելու համար արտադրական հորատանցքերի միջոցով:
Այնուամենայնիվ, կարևոր է հասկանալ, որ երկրաջերմային էներգիայի «բաշխումը» միշտ չէ, որ նշանակում է գոլորշու կամ տաք ջրի ուղղակիորեն տներ մատակարարում: Շատ երկրներում, այդ թվում՝ Ինդոնեզիայում, ամենատարածված օգտագործումը երկրաջերմային էլեկտրակայաններում (PLTP) էլեկտրաէներգիայի արտադրությունն է: Էլեկտրաէներգիայի արտադրությունից հետո այն բաշխվում է ազգային էլեկտրաէներգիայի համակարգի (փոխանցման և բաշխման ցանց) միջոցով: Որոշ շրջաններում (օրինակ՝ Եվրոպայում կամ Հյուսիսային Ամերիկայում) երկրաջերմային էներգիան նաև օգտագործվում է որպես ուղղակի ջերմություն՝ շրջանային ջեռուցման ցանցերի միջոցով, որտեղ տաք ջուրը հաճախորդներին մատակարարվում է մեկուսացված խողովակների միջոցով:
Այսպիսով, երկրաջերմային էներգիայի բաշխման համակարգը կարելի է բաժանել երկու հիմնական գծերի.
1) Էլեկտրաէներգիայի բաշխում (ամենատարածվածը). երկրաջերմային → էլեկտրաէներգիա երկրաջերմային էլեկտրակայաններում → փոխանցման ցանց → բաշխման ցանց → հաճախորդներ։
2) Ջերմության բաշխում (ուղղակի օգտագործում). երկրաջերմային → ջերմափոխանակիչ → ջերմային խողովակաշարային ցանց → հաճախորդ (տուն/շենք/արդյունաբերություն):
2. Երկրաջերմային մատակարարման շղթայի հիմնական բաղադրիչները
Ավելի պարզ լինելու համար, ահա այն բաղադրիչները, որոնք սովորաբար առկա են վերևից մինչև ներքև հոսանքն ի վար.
– Երկրաջերմային ջրամբար՝ ջերմության և հեղուկի աղբյուր։
– Արտադրական հորատանցք. տաք հեղուկը հոսում է դեպի մակերես։
– Հավաքման համակարգ. մի քանի հորատանցքերից դեպի վերամշակման կամ արտադրող կայան տանող խողովակաշարերի ցանց։
– Բաժանիչ/կայծային բաք կամ ջերմափոխանակիչ. առանձնացնում է գոլորշին կամ փոխանցում ջերմություն (կախված տեխնոլոգիայի տեսակից):
– Տուրբիններ և գեներատորներ (էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար). գոլորշու էներգիան վերածում են մեխանիկական, ապա էլեկտրական էներգիայի։
– Խտացուցիչ և սառեցման համակարգ. սառեցնում է տուրբինից եկող գոլորշին այնպես, որ այն կրկին վերածվի ջրի։
– Ներարկման հոր. հեղուկը վերադարձնում է ռեզերվուար՝ շարունակականությունը և ճնշումը պահպանելու համար։
– Ենթակայան (բաշխիչ կայան/ենթակայան). մեծացնում է գեներատորից եկող էլեկտրաէներգիայի լարումը, որպեսզի այն կարողանա արդյունավետորեն փոխանցվել։
– Փոխանցման ցանց. փոխանցում է բարձր լարման էլեկտրաէներգիա երկար հեռավորությունների վրա։
– Բաշխիչ ցանց. նվազեցնում է լարումը և բաշխում այն սպառողներին։
– Կառավարման և պաշտպանության համակարգեր՝ SCADA, պաշտպանության ռելեներ, ավտոմատ անջատիչներ, էլեկտրաէներգիայի որակի չափում։
3. Ինչպես է բաշխումը գործում էլեկտրաէներգիայի արտադրության սխեմայում (PLTP)
ա) Հեղուկների արտադրություն և հավաքում
Մի քանի արտադրական հորատանցքերից տաք հեղուկը հավաքող խողովակով հոսում է դեպի էլեկտրակայան։ Այս փուլում խողովակի նախագծումը կարևոր է, քանի որ հեղուկը կարող է լինել կոռոզիոն, պարունակել լուծված հանքանյութեր և գտնվել բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի տակ։ Ջերմության կորուստը նվազեցնելու և հոսքի կայունությունը պահպանելու համար խողովակը նախագծվում է համապատասխան նյութերով և մեկուսացմամբ, ինչպես նաև հագեցած է անվտանգության փականներով։
բ) Ջերմության էլեկտրաէներգիայի փոխակերպում. երեք տարածված տեխնոլոգիաներ
1. Չոր գոլորշի. չոր գոլորշին անմիջապես պտտեցնում է տուրբինը։
2. Արագ գոլորշի. ճնշման տակ գտնվող տաք ջուրը «վերածվում է» գոլորշու, երբ բաժանիչում ճնշումը նվազում է: Գոլորշին պտտեցնում է տուրբինը, մինչդեռ մնացած ջուրը կարող է կրկին ներարկվել:
3. Երկուական ցիկլ. Երկրաջերմային հեղուկից ջերմությունը ջերմափոխանակիչի միջոցով փոխանցվում է երկրորդային աշխատանքային հեղուկին (օրինակ՝ իզոբութան): Երկրորդային հեղուկը գոլորշիանում է և պտտեցնում տուրբինը: Առավելություններ՝ ավելի ցածր արտանետումներ և հարմար է ջրամբարի չափավոր ջերմաստիճանների համար:
Տուրբինի կողմից գեներատորը պտտեցնելուց հետո, էլեկտրաէներգիա է արտադրվում միջին լարմամբ (սովորաբար մի քանի կՎ-ից մինչև տասնյակ կՎ, կախված կայանի նախագծումից): Այս էլեկտրաէներգիան դեռևս արդյունավետ չէ երկար հեռավորությունների փոխանցման համար, ուստի անհրաժեշտ է հետագա քայլ:
գ) Կոմուտացիոն կայան և տրանսֆորմատոր. բաշխման մեկնարկային կետը
Տեղակայման վայրում գեներատորից եկող էլեկտրաէներգիան անցնում է պաշտպանության և չափման համակարգի միջով, այնուհետև մտնում է բարձրացման տրանսֆորմատոր՝ ավելի բարձր լարման (օրինակ՝ 70 կՎ, 150 կՎ, 275 կՎ կամ 500 կՎ) հասնելու համար։ Սկզբունքը պարզ է. որքան բարձր է լարումը, այնքան ցածր է նույն հզորության հոսանքը, ինչը հանգեցնում է փոխանցման գծերում ավելի ցածր կորուստների (I²R):
դ) Փոխանցում. էներգիայի փոխանցում երկրաջերմային տեղանքներից դեպի բեռնման կենտրոններ
Շատ երկրաջերմային դաշտեր գտնվում են լեռնային տարածքներում՝ քաղաքներից հեռու, ինչը հաղորդման ցանցը դարձնում է բաշխման հիմնական օղակը։ Այս փուլում հիմնական մարտահրավերներն են՝
– Դժվար տեղագրություն (մատչելիություն էլեկտրահաղորդման աշտարակներին, սողանքի ռիսկ):
- Հուսալիություն ծայրահեղ եղանակային պայմաններում։
– Պաշտպանության համակարգում, որպեսզի մեկ կետում առաջացած խանգարումը չհանգեցնի լայն տարածքի հրդեհի մարմանը։
Փոխանցման համակարգը գործում է ցանցի վրա, ինչը թույլ է տալիս երկրաջերմային էլեկտրակայաններից էլեկտրաէներգիան հոսել այն տարածքներ, որտեղ այն անհրաժեշտ է, այլ ոչ թե միայն մոտակա տարածաշրջան: Դիսպետչերական կենտրոնները վերահսկում են հաճախականությունը, լարումը և հզորության հոսքը՝ համակարգի կայունությունը պահպանելու համար:
ե) Բաշխում՝ ենթակայանից մինչև հաճախորդներ
Սպառման կենտրոնների մոտ էլեկտրաէներգիան մտնում է աստիճանական լարման ենթակայան։ Լարումը իջեցվում է մինչև միջանկյալ բաշխման մակարդակ (օրինակ՝ 20 կՎ կամ 13,8 կՎ), այնուհետև բաշխվում է բաշխման ցանցով։ Բնակելի տարածքների մոտ բաշխման տրանսֆորմատորները այն ավելի են իջեցնում մինչև ավելի ցածր լարում (օրինակ՝ 220/380 Վ) տների և փոքր բիզնեսների համար կամ պահպանում են միջանկյալ մակարդակը որոշակի արդյունաբերական սպառողների համար։
Այսպիսով, էլեկտրաէներգիայի սխեմաներում «երկրաջերմային էներգիայի բաշխումը» գործնականում նույնն է, ինչ մյուս էլեկտրակայաններում. էլեկտրաէներգիայի վերածվելուց հետո այն հետևում է ցանցային ենթակառուցվածքին: Տարբերությունները կայանի վերին հոսքի գործընթացում են (երկրաջերմային արտադրություն) և կայանի գործունեության բնույթում:
4. Բաշխում ուղղակի օգտագործման ջերմության օգտագործման սխեմայում
Որոշ տարածքներում երկրաջերմային էներգիան օգտագործվում է նաև տարածքների ջեռուցման, կենցաղային տաք ջրի, գյուղատնտեսական չորացման, ջերմոցների և նույնիսկ արդյունաբերական գործընթացների համար: Սխեման հետևյալն է.
1. Արտադրական հորատանցքից տաք հեղուկը հոսում է դեպի մակերևութային օբյեկտ։
2. Ջերմությունը ջերմափոխանակիչի միջոցով փոխանցվում է մաքուր ջրին (փակ օղակ)՝ հաճախորդի ջրի որակը պահպանելու և կոռոզիայի/մասշտաբի առաջացման ռիսկը նվազեցնելու համար:
3. Մաքուր տաք ջուրը մեկուսացված խողովակների միջոցով բաշխվում է հաճախորդներին (տներ/շենքեր/արդյունաբերություն):
4. Ջերմությունն օգտագործելուց հետո վերադարձվող ջուրը վերադարձվում է կենտրոն՝ վերատաքացման համար, մինչդեռ երկրաջերմային հեղուկը, որպես կանոն, հետ է ներարկվում ջրամբարի մեջ։
Այս մոդելի առավելությունը բարձր էներգաարդյունավետությունն է, քանի որ այն խուսափում է ջերմությունը էլեկտրաէներգիայի վերածելուց: Այնուամենայնիվ, դրա բաշխման հեռավորությունը սովորաբար սահմանափակ է, քանի որ խողովակաշարերի արժեքը և ջերմության կորուստը մեծանում են հեռավորության հետ մեկտեղ:
5. Ներարկման համակարգ. կայունության կարևոր մաս
Երկրաջերմային էներգիայի շղթայի առանձնահատկություններից մեկը ներարկման հորերի առկայությունն է: Գոլորշին տուրբինով անցնելուց և խտանալուց կամ ջերմափոխանակիչում ջերմությունը արդյունահանելուց հետո, հեղուկը սովորաբար վերադարձվում է հող: Ներարկումը նպաստում է.
– Պահպանել ջրամբարի ճնշումը՝ արտադրությունը կայուն պահելու համար։
- Նվազեցնում է հողի նստվածքի կուտակումը։
– Նվազագույնի հասցնել հեղուկի արտանետումը շրջակա միջավայր։
Ներարկման հորերի տեղադրումը պետք է ուշադիր նախագծվի, որպեսզի արտադրական տարածքը չափազանց արագ չսառեցվի (ջերմային ճեղքում) և շահագործման խափանումներ չառաջանան։
6. Էներգիայի վերահսկողություն, պաշտպանություն և որակ
Հուսալի բաշխում ապահովելու համար երկրաջերմային համակարգը հագեցած է.
– SCADA և DCS համակարգեր՝ ջերմաստիճանի, ճնշման, հոսքի արագության, տուրբինի թրթռման և էլեկտրական սարքավորումների վիճակի մոնիթորինգի համար։
– Պաշտպանության ռելե՝ կարճ միացման, հողանցման խափանման, հաճախականության գեր/թերի, լարման գեր/թերի հայտնաբերման համար։
– Ռեակտիվ կառավարում (կոնդենսատորի, ռեակտորի կամ գեներատորի գրգռման կառավարում)՝ կայուն լարումը պահպանելու համար։
– Բեռի կարգավորում այնպես, որ գեներատորի ելքը համապատասխանի ցանցի պահանջներին։
Երկրաջերմային էլեկտրակայանները հաճախ գործում են որպես բազային բեռնվածքի (կայուն վիճակի) գեներատորներ, քանի որ երկրաջերմային էներգիան հասանելի է 24/7 ռեժիմով: Սա նպաստում է բաշխման համակարգի կայունությանը, հատկապես, երբ համակցվում է արևային և քամու նման պարբերական էլեկտրակայանների հետ:
7. Երկրաջերմային էներգիայի բաշխման մարտահրավերները
Չնայած հուսալիությանը, կան որոշ բնորոշ խնդիրներ.
– Էլեկտրակայանի հեռավոր գտնվելու վայրը փոխանցման համակարգի կառուցումը թանկ է դարձնում և պահանջում է հողային թույլտվություններ։
– Երկրաջերմային հեղուկները կարող են կոռոզիա/շերտավոր նյութի կուտակում առաջացնել խողովակների և մակերեսային սարքավորումների վրա։
– Երկրաբանական ռիսկերը (օրինակ՝ ներարկման հետ կապված միկրոսեյսմիկ ակտիվությունը) պետք է վերահսկվեն և կառավարվեն։
– Ցանցին ինտեգրումը պահանջում է լավ կայունության ուսումնասիրություններ և պաշտպանության համակարգում։
Եզրակացություն
Երկրաջերմային էներգիայի բաշխման համակարգի աշխատանքի եղանակը կախված է էներգիայի մատակարարման ձևից: Էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար օգտագործվելիս երկրաջերմային էներգիան վերածվում է էլեկտրաէներգիայի երկրաջերմային էլեկտրակայանում (PLTP), այնուհետև բաշխվում է բաշխիչ կայանների, տրանսֆորմատորների, փոխանցման գծերի և բաշխման գծերի միջոցով հաճախորդներին: Ուղղակի ջերմության համար օգտագործվելիս ջերմային էներգիան բաշխվում է ջերմափոխանակիչներով և փակ շրջանառությամբ մեկուսացված խողովակաշարային ցանցի միջոցով: Երկուսն էլ պահանջում են խիստ տեխնիկական նախագծում, հուսալի կառավարման և պաշտպանության համակարգեր, ինչպես նաև ներարկման պրակտիկա՝ ջրամբարի կայունությունը պահպանելու համար: Ճիշտ կառավարման դեպքում երկրաջերմային էներգիան կարող է դառնալ կայուն և հուսալի մաքուր էներգիայի մատակարարման հիմքը:
Եթե ցանկանում եք, կարող եմ ավելացնել հոսքագիծ-նկարազարդումներ կամ ստեղծել հոդվածի այնպիսի տարբերակ, որն ավելի շատ կկենտրոնանա ինդոնեզական համատեքստի վրա (PLTP, PLN փոխանցման ցանց և երկրաջերմային դաշտի օրինակներ):
