Երկրաջերմային էլեկտրակայաններ. ինչպես են դրանք աշխատում և ինչ բաղադրիչներ ունեն

Երկրաջերմային էլեկտրակայաններ. Ինչպես են դրանք աշխատում և դրանց բաղադրիչները

Երկրաջերմային էլեկտրակայանը արտադրող կայան է, որն օգտագործում է երկրաջերմային ջերմությունը էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Ի տարբերություն ածուխ, նավթ կամ գազ այրող բրածո վառելիքով աշխատող էլեկտրակայանների, երկրաջերմային էլեկտրակայանները ապավինում են երկրի ներսից եկող բնական ջերմությանը: Այս ջերմությունը ստացվում է երկրաբանական գործունեությունից, մասնավորապես՝ հրաբխային ժայթքումների կամ տեկտոնական սալերի սահմանների մոտ գտնվող տարածքներում: Քանի որ երկրաջերմային ջերմությունը հեշտությամբ հասանելի է, երկրաջերմային էլեկտրակայանները հայտնի են նրանով, որ ապահովում են կայուն էլեկտրաէներգիա (բազային բեռ)՝ համեմատաբար ցածր ածխածնի արտանետումներով, համեմատած ավանդական էլեկտրակայանների հետ:

Ինդոնեզիան զգալի երկրաջերմային ներուժ ունեցող երկիր է՝ Խաղաղօվկիանոսյան կրակե օղակի վրա գտնվելու շնորհիվ: Այս ներուժը կարող է կարևոր դեր խաղալ էներգետիկ անցման, էլեկտրաէներգիայի անվտանգության ամրապնդման և բրածո վառելիքից կախվածության նվազեցման գործում: Հասկանալու համար, թե ինչու է երկրաջերմային էներգիան համարվում ռազմավարական, կարևոր է հասկանալ, թե ինչպես են աշխատում երկրաջերմային էլեկտրակայանները և դրանց հիմնական բաղադրիչները:

Հիմնական սկզբունք՝ ջերմության հավաքում մակերևույթի տակից

Երկրի մակերևույթի տակ գտնվում է երկրաջերմային ջրամբարը՝ ծակոտկեն ապարների գոտի, որը պարունակում է բարձր ջերմաստիճաններում գտնվող տաք հեղուկներ (տաք ջուր և/կամ գոլորշի): Այս ջրամբարները կարող են բնականորեն ձևավորվել ջերմության աղբյուրի (մագմա կամ տաք ապար), ջրամբարային ապարի և հեղուկի հոսքի ուղու առկայության պատճառով: Երկրաջերմային էլեկտրակայանները աշխատում են՝ այս տաք հեղուկները մակերես ուղղորդելով արտադրական հորերի միջոցով, օգտագործելով դրանց էներգիան գեներատորին միացված տուրբինը պտտեցնելու համար, ապա մնացած հեղուկները ներարկման հորերի միջոցով երկիր վերադարձնելով՝ համակարգի կայունությունը պահպանելու համար:

Պարզ ասած՝ հոսքը հետևյալն է՝ ջրամբար → արտադրական հորատանցք → բաժանում/ջերմափոխանակիչ → տուրբին → գեներատոր → խտացուցիչ/սառեցում → վերներմղում։

Երկրաջերմային էներգիայի արտադրության համակարգերի տեսակները

Կան երեք հիմնական կոնֆիգուրացիաներ, որոնք սովորաբար օգտագործվում են, որոնք ընտրվում են հեղուկի բնութագրերի և ռեզերվուարի ջերմաստիճանի հիման վրա.

1. Չոր գոլորշի
Այս համակարգը տուրբինը աշխատեցնելու համար օգտագործում է անմիջապես ջրամբարից եկող չոր գոլորշի։ Քանի որ այն պահանջում է հիմնականում գոլորշի արտադրող ջրամբար, այս տեսակը համեմատաբար հազվադեպ է հանդիպում։

2. Ֆլեշ գոլորշի
Սա բարձր ջերմաստիճանների համար ամենատարածված տեսակն է: Արտադրական հորատանցքից տաք, ճնշման տակ գտնվող հեղուկը մատակարարվում է բաժանիչ: Երբ ճնշումը նվազում է, ջրի մի մասը «փայլաթաթվում» է գոլորշու: Այս գոլորշին այնուհետև պտտեցնում է տուրբինը: Արդյունավետությունը բարձրացնելու համար հասանելի են միափայլ և կրկնակի փայլաթաթ (երկաստիճան բաժանում) տարբերակներ:

3. Երկուական ցիկլ
Հարմար է միջին ջերմաստիճանների համար: Երկրաջերմային հեղուկը անմիջապես չի մտնում տուրբին, այլ ջերմափոխանակիչի միջոցով տաքացնում է երկրորդային աշխատանքային հեղուկը (օրինակ՝ իզոբութան կամ պենտան): Երկրորդային հեղուկը, որն ունի ցածր եռման կետ, գոլորշիանում է, պտտում է տուրբինը, ապա խտանում և կրկին շրջանառվում փակ ցիկլով: Առավելություններից են շատ ցածր արտանետումները և սարքավորումների ավելի լավ պաշտպանությունը կոռոզիայից/շերտավորումից, քանի որ երկրաջերմային հեղուկը չի անցնում տուրբինի միջով:

Ինչպես է աշխատում երկրաջերմային էներգիան (քայլ առ քայլ)

1) Ջրամբարի ուսումնասիրություն և հաստատում
Կառուցումից առաջ կատարվում են երկրաբանական, երկրաքիմիական և երկրաֆիզիկական ուսումնասիրություններ՝ երկրաջերմային ցուցիչները, ինչպիսիք են մակերևութային դրսևորումները (տաք աղբյուրներ, ֆումարոլներ), բացահայտելու և ստորգետնյա կառուցվածքները քարտեզագրելու համար: Երբ բացահայտվում է խոստումնալից հեռանկար, հորատվում են հետախուզական հորատանցքեր՝ ջերմաստիճանը, ճնշումը, թափանցելիությունը և հեղուկի հոսքի արագությունը չափելու համար: Այս տվյալները որոշում են էլեկտրակայանի տնտեսական նպատակահարմարությունը և նախագծումը:

2) Տաք հեղուկի արտադրություն արտադրական հորերի միջոցով
Եթե ​​ջրամբարը հարմար է, կառուցվում են մի քանի արտադրական հորատանցքեր։ Այս հորատանցքերը տաք հեղուկներ են դուրս բերում մակերես։ Հորատանցքի գլխամասում անվտանգության փականներն ու գործիքները կարգավորում են ճնշումը և հոսքի արագությունը։ Քանի որ հեղուկները կարող են խիստ կոռոզիոն լինել և տեղափոխել լուծված հանքանյութեր, խողովակաշարի նյութը և շահագործման նախագծումը պետք է հաշվի առնեն կոռոզիայի և նստվածքի առաջացման հավանականությունը։

3) Գոլորշու և ջրի բաժանում կամ ջերմափոխանակում
– Արագ գոլորշու դեպքում հեղուկը մտնում է բաժանիչ։ Գոլորշին առանձնացվում է ջրից/աղաջրից։ Մաքուր գոլորշին ուղղվում է տուրբին, մինչդեռ աղաջրը կարող է կրկին արագացվել (կրկնակի արագացում) կամ ուղղակիորեն մատակարարվել ներարկման համակարգին։
– Երկուական համակարգում երկրաջերմային հեղուկը մտնում է ջերմափոխանակիչ՝ երկրորդային աշխատանքային հեղուկը տաքացնելու համար՝ առանց խառնելու։

Այս փուլը կարևորագույն է, քանի որ այն որոշում է գոլորշու որակը, տուրբինի արդյունավետությունը և սարքավորումների կյանքի տևողությունը։

4) Էներգիայի փոխակերպում. Տուրբինը պտտեցնում է գեներատորը
Գոլորշին (կամ երկրորդային հեղուկի գոլորշիները երկուական համակարգերում) շարժում է տուրբինի թևերը՝ ջերմային և ճնշման էներգիան վերածելով մեխանիկական էներգիայի, որը պտտում է լիսեռը: Տուրբինի լիսեռը միացված է գեներատորին, որը մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի՝ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի միջոցով: Արդյունքում ստացված էլեկտրաէներգիան այնուհետև պայմանավորվում է էլեկտրական համակարգի կողմից՝ նախքան ցանցին բաշխվելը:

5) Խտացման և սառեցման համակարգ
Տուրբինով անցնելուց հետո գոլորշին պետք է խտացվի՝ տուրբինի ելքի մոտ ցածր ճնշում ստեղծելու համար, ինչը կբարձրացնի արդյունավետությունը: Այս գործընթացը տեղի է ունենում խտացուցիչում, որից հետո ջերմությունը դուրս է մղվում սառեցման համակարգի միջոցով: Կան երկու մոտեցում.
– Թաց սառեցում (թաց սառեցման աշտարակ). ավելի արդյունավետ է, բայց պահանջում է ավելի շատ ջուր։
– Օդային սառեցում (չոր սառեցում). ավելի ջրային արդյունավետություն, հարմար է չոր տարածքների համար, սակայն արդյունավետությունը կարող է նվազել, երբ օդի ջերմաստիճանը բարձր է։

6) Վերադարձրեք ներարկումը ջրամբար
Օգտագործված հեղուկները (աղաջուրը և կոնդենսատը) վերադարձվում են հող՝ ներարկման հորերի միջոցով։ Սա արվում է ջրամբարի ճնշումը պահպանելու, պաշարների սպառումը նվազեցնելու և մակերեսին շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը նվազագույնի հասցնելու համար։ Ներարկման հորերի տեղադրումը պետք է նախագծված լինի այնպես, որ կանխվի արտադրական գոտու արագ սառեցումը (ջերմային ճեղքումը)։

7) Բաշխում էլեկտրաէներգետիկ ցանցին
Գեներատորի հզորությունը լարման մեջ մեծանում է տրանսֆորմատորի միջոցով, ապա բաշխիչ կայանի միջոցով բաշխվում է փոխանցման ցանցին: Պաշտպանության համակարգերը (ռելեներ և անջատիչներ) ապահովում են կայանի անվտանգ աշխատանքը խափանման ժամանակ:

Երկրաջերմային էլեկտրակայանների հիմնական բաղադրիչները

Ահա ամենակարևոր բաղադրիչները՝ վերևից մինչև ներքև.

1. Երկրաջերմային ջրամբար
Էներգիայի աղբյուրը մակերևույթի տակ պահվող տաք ապարներն ու հեղուկներն են։

2. Արտադրական հորեր
Տաք հեղուկի ընդունման գիծ։ Հագեցած է պատյանով, խողովակով և ցեմենտե կառուցվածքով՝ հորատանցքի ամբողջականությունը պահպանելու համար։

3. Ջրհորի գլխիկ և անվտանգության փական
Կարգավորում է հորատանցքից հոսքը և ճնշումը: Ներառում է փականներ, խեղդող սարքեր և անվտանգության սարքեր:

4. Մակերեսային խողովակ (հավաքման համակարգ)
Խողովակների ցանց, որը հեղուկները տեղափոխում է մի քանի հորատանցքերից դեպի բաժանման կայան կամ ջերմափոխանակիչ: Սովորաբար մեկուսացված է՝ ջերմության կորուստը նվազագույնի հասցնելու համար:

5. Բաժանիչ / Մաքրիչ (կայծակնային/չոր գոլորշու համար)
Գոլորշու առանձնացում աղաջրից և կաթիլների որսումը՝ գոլորշին ավելի չորացնելու համար՝ նախքան տուրբին մտնելը։

6. Ջերմափոխանակիչ (բինար համակարգի համար)
Ջերմության փոխանցումը երկրաջերմային հեղուկից երկրորդային աշխատանքային հեղուկի փակ համակարգում։

7. Գոլորշու տուրբին կամ օրգանական հեղուկային տուրբին
Գոլորշու էներգիայի փոխակերպումը մեխանիկական էներգիայի։ Տուրբինի նախագծումը հարմարեցված է գոլորշու ճնշմանը, ջերմաստիճանին և բնութագրերին։

8. Գեներատոր
Մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրականության։ Միացված է անմիջապես տուրբինի լիսեռին։

9. Խտացուցիչ
Տուրբինի արտանետվող գոլորշու խտացում՝ ցածր ելքային ճնշում և արդյունավետ ցիկլ ապահովելու համար։

10. Սառեցման աշտարակ / օդային սառեցուցիչ
Ջերմության արտանետում շրջակա միջավայր՝ ջրի կամ օդի միջոցով։

11. Ներարկման համակարգ և ներարկման հոր
Հեղուկների մղումը և ջրամբար վերադարձը։ Կարևոր է կայուն արտադրության համար։

12. Կառավարման և գործիքավորման համակարգեր (DCS/SCADA)
Հսկում է ջերմաստիճանը, ճնշումը, տուրբինի թրթռումը, հոսքի արագությունը և էլեկտրական պարամետրերը, ինչպես նաև կարգավորում է ավտոմատ աշխատանքը։

13. Էլեկտրական սարքավորումներ՝ տրանսֆորմատորներ, բաշխիչ սարքավորումներ, բաշխիչ կայան
Կառավարում է էլեկտրաէներգիայի բաշխումը, պաշտպանությունը և ցանցի հետ փոխկապակցումը։

14. Արտանետումների վերահսկման համակարգեր և չխտացվող գազեր
Որոշ ջրամբարներ արտադրում են գազեր, ինչպիսիք են CO₂-ը կամ H₂S-ը: Մաքրման համակարգերը (օրինակ՝ H₂S-ի նվազեցումը) պահպանում են օդի որակը և աշխատավայրի անվտանգությունը:

Եզրակացություն. Ուժեղ կողմեր ​​և մարտահրավերներ

Երկրաջերմային էլեկտրակայանները ապահովում են կայուն էլեկտրաէներգիայի մատակարարում, համեմատաբար ցածր արտանետումներ և ընդհանուր առմամբ ավելի փոքր հողային ծածկույթ, քան համեմատելի հզորությամբ որոշ այլ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներ: Այնուամենայնիվ, դրանց զարգացումը պահանջում է զգալի նախնական ներդրումներ, հետախուզական ռիսկեր, բարդ հորատման տեխնիկա և հեղուկների կառավարում՝ կոռոզիան, մասշտաբը կամ ջրամբարի խափանումը կանխելու համար:

Ճիշտ նախագծման դեպքում՝ ցիկլի ընտրությունից (կայծակնային կամ երկուական) մինչև արտադրություն և ներարկման կարգավորումներ և արտանետումների վերահսկում, երկրաջերմային էներգիան կարող է լինել հուսալի մաքուր էներգիայի հիմք։ Հասկանալով, թե ինչպես է այն աշխատում և դրա հիմնական բաղադրիչները, մենք հասկանում ենք, որ երկրաջերմային էներգիան ավելին է, քան պարզապես «երկրաջերմային ջերմությունը էլեկտրաէներգիային», այլ ինտեգրված ինժեներական համակարգ է, որը համատեղում է երկրաբանությունը, նավթային ճարտարագիտությունը, ջերմադինամիկան և էլեկտրաէներգիան մեկ, կայուն գործընթացային շղթայում։