Quais são os recursos de design do Mutnovskaya GeoPP
As desvantagens descritas acima são desprovidas de um ciclo binário. Neste caso, a água geotérmica nos trocadores de calor é aquecida por um refrigerante de ponto de ebulição relativamente baixo. A turbina gira em um ciclo fechado. Resultado:
- as emissões de substâncias nocivas para a atmosfera são minimizadas;
- maior eficiência da planta;
- a capacidade de usar temperaturas da água abaixo de 100 ° C.
O princípio de operação relacionado ao bloco binário foi proposto pelos projetistas do Mutnovskaya GeoPP (JSC Geoterm). A necessidade de tal solução técnica foi ditada pela análise da operação do Verkhne-Mutnovskaya GTPP. Na estação, uma grande quantidade de separado com temperatura de 150°C (cerca de 1000 toneladas por hora) não foi utilizada e foi bombeada de volta para o reservatório.
O uso racional do excesso de calor permitirá obter mais de 13 MW de energia elétrica sem atrair recursos adicionais para perfuração de poços geotérmicos e extração de transportadores de calor.
Atualmente, a usina do MGES é composta por dois circuitos. No primeiro fluido de trabalho é um refrigerante geotérmico. A partir dele, o vapor e um separador entram no expansor. No segundo circuito, é usado um fluido de trabalho orgânico.
Quais são os princípios de funcionamento de uma estação hidrotermal
Como o calor dentro da crosta terrestre pode ser convertido em energia elétrica? O processo é baseado em etapas bastante simples. A água é bombeada para o subsolo através de um poço de injeção especial. Uma espécie de piscina subterrânea é formada, que atua como trocador de calor. A água nela aquece e se transforma em vapor, que é alimentado através de um poço produtor até as pás da turbina conectadas ao eixo do gerador. Com a simplicidade externa do processo, na prática, surgem problemas operacionais:
- a água geotérmica precisa ser purificada de gases dissolvidos que destroem tubulações e afetam negativamente o meio ambiente;
- o alto ponto de ebulição da água leva à perda de parte da energia com o condensado.
Portanto, os engenheiros estão desenvolvendo novos esquemas, cada estação tem seus próprios recursos de design.
Notas
- ↑ Kirill Degtyarev. (link indisponível). Sociedade Geográfica Russa (24 de outubro de 2011). Recuperado em 1 de novembro de 2012.
- , Com. 18, 98.
- , Com. 16-17.
- ↑
- ↑
- . Habrahabr (30.04.2018). Recuperado em 3 de setembro de 2019.
- L. A. Ogurechnikov. . №11 (31). Energia Alternativa e Ecologia (2005). Recuperado em 1 de novembro de 2012.
- . Revista Energosvet. Recuperado em 1 de novembro de 2012.
- V. A. Butuzov, G. V. Tomarov, V. Kh. Shetov. . revista "Economia de Energia" (nº 3 2008). Recuperado em 1 de novembro de 2012.
- VSN 56-87 "Fornecimento geotérmico de calor e frio de edifícios e estruturas residenciais e públicas"
Estações geotérmicas na Rússia
A energia geotérmica, juntamente com outros tipos de energia "verde", está em constante desenvolvimento no território do nosso estado. Segundo os cientistas, a energia interna do planeta é milhares de vezes maior do que a quantidade de energia contida nas reservas naturais dos combustíveis tradicionais (petróleo, gás).
Na Rússia, as estações geotérmicas estão operando com sucesso, são elas:
Pauzhetskaya GeoPP
Localizado perto da aldeia de Pauzhetka na Península de Kamchatka. Colocado em funcionamento em 1966.
Especificações:
- Potência elétrica - 12,0 MW;
- O volume anual de energia elétrica gerada é de 124,0 milhões de kWh;
- Número de unidades de potência - 2.
As obras de reconstrução estão em andamento, com o que a potência elétrica aumentará para 17,0 MW.
Verkhne-Mutnovskaya Piloto GeoPP
Localizado no território de Kamchatka. Foi colocado em funcionamento em 1999.
Especificações:
- Potência elétrica - 12,0 MW;
- O volume anual de energia elétrica gerada é de 63,0 milhões de kWh;
- Número de unidades de potência - 3.
Mutnovskaya GeoPP
A maior usina de energia do gênero. Localizado no território de Kamchatka. Foi colocado em operação em 2003.
Especificações:
- Potência elétrica - 50,0 MW;
- O volume anual de energia elétrica gerada é de 350,0 milhões de kWh;
- Número de unidades de potência - 2.
Ocean GeoPP
Localizado na região de Sakhalin. Colocado em funcionamento em 2007.
Especificações:
- Potência elétrica - 2,5 MW;
- Número de módulos de potência - 2.
Mendeleevskaya GeoTPP
Localizado na ilha de Kunashir. Colocado em funcionamento em 2000.
Especificações:
- Energia elétrica - 3,6 MW;
- Potência térmica - 17 Gcal/hora;
- Número de módulos de potência - 2.
A estação está sendo modernizada, após o que a capacidade será de 7,4 MW.
Quais são as principais vantagens e desvantagens da energia geotérmica
Este método de obtenção de energia tem várias vantagens óbvias.
- GeoPPs não precisam de combustível, cujas reservas são limitadas.
- Todos os custos operacionais são reduzidos aos custos do trabalho regulado na substituição planejada de componentes.
- Não requer energia adicional para necessidades tecnológicas. Equipamentos adicionais são alimentados a partir dos recursos extraídos.
- É possível dessalinizar a água do mar ao longo do caminho (se a estação estiver localizada na costa do mar)
- Condicionalmente considerado amigo do ambiente. Porque a maior parte das deficiências está ligada à compatibilidade ambiental dos objetos.
Se você observar atentamente as fotos da estação hidrotermal Mutnovskaya, ficará surpreso. Sem sujeira e fuligem, cascos limpos e limpos com baforadas de vapor branco. Mas nem tudo é tão maravilhoso. As usinas geotérmicas têm suas desvantagens.
- Quando localizados próximos a assentamentos, os moradores ficam preocupados com o ruído produzido pelo empreendimento.
- Construir a estação em si é caro. E isso afeta o custo do produto final.
- É difícil prever com antecedência o que sairá do poço nas camadas profundas: água mineral (não necessariamente curativa), petróleo ou gás tóxico. E essas são questões de segurança pública. Claro, é ótimo se os geólogos se depararem com uma camada mineral durante a perfuração. Mas esta descoberta pode mudar completamente o modo de vida da população. Portanto, as autoridades locais relutam em dar permissão até mesmo para trabalhos de pesquisa.
- Existem dificuldades na escolha de um local para o futuro GeoPP. Afinal, se a fonte de calor perder seu potencial energético ao longo do tempo, o dinheiro será desperdiçado. Além disso, falhas de solo são possíveis na área da estação.
Na Rússia
Mutnovskaya GeoPP
Na URSS, a primeira usina geotérmica foi construída em 1966 em Kamchatka, no vale do rio Pauzhetka. Sua potência é de 12 MW.
Em 29 de dezembro de 1999, o Verkhne-Mutnovskaya GeoPP foi colocado em operação no depósito de água termal de Mutnovsky com capacidade instalada de 12 MW (para 2004).
Em 10 de abril de 2003 entrou em operação a primeira etapa do GeoPP Mutnovskaya, a capacidade instalada para 2007 é de 50 MW, a capacidade planejada da estação é de 80 MW e a geração em 2007 é de 360,687 milhões de kWh. A estação é totalmente automatizada.
2002 - o primeiro complexo de start-up Mendeleevskaya GeoTPP com capacidade de 3,6 MW foi colocado em operação como parte do módulo de energia Tuman-2A e da infraestrutura da estação.
2007 - comissionamento do Ocean GeoTPP, localizado no sopé do vulcão Baransky na Ilha de Iturup na região de Sakhalin, com capacidade de 2,5 MW. O nome desta usina está associado à proximidade com o Oceano Pacífico. Em 2013, ocorreu um acidente na estação, em 2015 a estação foi finalmente fechada.
| Nome do GeoPP | Capacidade instalada no final de 2010, MW | Geração em 2010, milhões de kWh | Ano de entrada do primeiro bloco | Ano de entrada do último bloco | Proprietário | Localização |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mutnovskaya | 50,0 | 360,7 (2007) | 2003 | 2003 | OJSC "Geotermo" | Kamchatka Krai |
| Pauzhetskaya | 12,0 | 42,544 | 1966 | 2006 | OJSC "Geotermo" | Kamchatka Krai |
| Verkhne-Mutnovskaya | 12,0 | 63.01 (2006) | 1999 | 2000 | OJSC "Geotermo" | Kamchatka Krai |
| Mendeleevskaya | 3,6 | ? | 2002 | 2007 | CJSC Energia Yuzhno-Kurilskaya | O. Kunashir |
| Soma | 77,6 | >466,3 |
O que é energia geotérmica
Segundo os geofísicos, a temperatura do núcleo da Terra está entre 3.000 e 6.000°C. Acredita-se que no fundo da crosta terrestre a uma profundidade de 10-15 km, a temperatura cai para 600-800°C, nos oceanos apenas 150-200°C. Mas essas temperaturas são suficientes para fazer o trabalho. As principais fontes de aquecimento do subsolo são o urânio, o tório e o potássio radioativo. Terremotos, erupções de centenas de vulcões, gêiseres testemunham o poder da energia interna.
Geotérmica refere-se à energia térmica que é liberada do interior da Terra para a superfície. Pode ser usado em áreas de atividade sísmica e vulcânica. Onde o calor da terra sobe na forma de água quente e vapor, irrompendo em fontes jorrando (gêiseres). A energia geotérmica é efetivamente usada em tais países: Hungria, Islândia, Itália, México, Nova Zelândia, Rússia, El Salvador, EUA, Filipinas, Japão. As fontes geotérmicas são classificadas em
- vapor quente seco
- vapor quente úmido
- água quente.
De acordo com especialistas, de 1993 a 2000, a produção de eletricidade usando energia geotérmica mais que dobrou no mundo. Na parte ocidental dos Estados Unidos, quase 200 casas e fazendas são aquecidas pela água quente das entranhas da Terra. Na Islândia, quase 80% do parque habitacional é aquecido por água extraída de poços geotérmicos perto da cidade de Reykjavik.
Vantagens e desvantagens
Vantagens
A principal vantagem da energia geotérmica é sua inesgotabilidade prática e completa independência das condições ambientais, hora do dia e ano. O fator de utilização da capacidade instalada do GeoTPP pode chegar a 80%, o que é inatingível para qualquer outra energia alternativa.
Viabilidade econômica de poços
Para converter energia térmica em energia elétrica usando algum tipo de máquina térmica (por exemplo, uma turbina a vapor), é necessário que a temperatura das águas geotérmicas seja alta o suficiente, caso contrário a eficiência da máquina térmica será muito baixa ( por exemplo, a uma temperatura da água de 40°C e temperatura ambiente de 20°C, a eficiência de um motor térmico ideal será de apenas 6%, e a eficiência de máquinas reais é ainda menor, além disso, parte da energia será ser gasto nas próprias necessidades da planta, por exemplo, na operação de bombas que bombeiam refrigerante para fora do poço e bombeiam o refrigerante gasto de volta). Para gerar eletricidade, é aconselhável usar água geotérmica com temperatura de 150 ° C e superior. Mesmo para aquecimento e água quente, é necessária uma temperatura de pelo menos 50°C. No entanto, a temperatura da Terra aumenta lentamente com a profundidade, geralmente o gradiente geotérmico é de apenas 30°C por 1 km, ou seja, mesmo para abastecimento de água quente, seria necessário um poço com mais de um quilômetro de profundidade, e para geração de eletricidade, vários quilômetros. Perfurar poços tão profundos é caro, além disso, bombear o refrigerante através deles também requer energia, de modo que o uso de energia geotérmica está longe de ser aconselhável em todos os lugares. Quase todos os grandes GeoPPs estão localizados em locais de maior vulcanismo - Kamchatka, Islândia, Filipinas, Quênia, Califórnia, etc., onde o gradiente geotérmico é muito maior e as águas geotérmicas estão próximas à superfície.
Ecologia do transportador de calor
Um dos problemas que surgem na utilização de águas termais subterrâneas é a necessidade de um ciclo renovável de abastecimento (injeção) de água (normalmente esgotada) no aquífero subterrâneo, o que exige consumo de energia. As águas termais contêm uma grande quantidade de sais de vários metais tóxicos (por exemplo, chumbo, zinco, cádmio), não metais (por exemplo, boro, arsênico) e compostos químicos (amônia, fenóis), o que exclui a descarga dessas águas em sistemas naturais de água localizados na superfície. A injeção de águas residuais também é necessária para que a pressão no aquífero não diminua, o que levará à diminuição da produção de uma estação geotérmica ou à sua total inoperabilidade.
De maior interesse são as águas termais de alta temperatura ou saídas de vapor que podem ser usadas para geração de eletricidade e fornecimento de calor.
Provocando terremotos
Terremoto de Pohang 2017
A viabilidade econômica da perfuração e infraestrutura de poços torna necessária a escolha de locais com grande gradiente geotérmico. Esses locais geralmente estão localizados em zonas sismicamente ativas. Além disso, durante a construção da estação GCC, é realizada a estimulação hidráulica das rochas, o que possibilita aumentar a transferência de calor do refrigerante com as rochas devido a rachaduras adicionais. No entanto, de acordo com os resultados do estudo do terremoto de Pohang de 2017 (coreano, inglês), descobriu-se que mesmo a regulamentação usando medições de estações sismográficas adicionais não é suficiente para excluir terremotos induzidos. Provocado pela operação de uma estação geotérmica, o terremoto de Pohang ocorreu em 15 de novembro de 2017, com magnitude de 5,4 unidades, 135 pessoas ficaram feridas e 1.700 ficaram desabrigadas.
Como o GeoPP Mutnovskaya foi construído
E como são as possibilidades de energia geotérmica usadas na Rússia? Nos anos sessenta do século passado, o principal problema da URSS não era a falta de recursos, mas a dificuldade de distribuir energia em vastos territórios. Cientistas soviéticos propuseram projetos ousados e inesperados: virar os rios do norte para o sul, usando a energia das marés do mar e vulcões ativos.
A primeira solução bem sucedida para o uso de energia alternativa foi a construção da estação geotérmica de Pauzhetskaya em Kamchatka. Sua capacidade era suficiente para atender as aldeias vizinhas: Ozernovsky, Shumny, Pauzhetka e fábricas de conservas de peixe na área. As fontes de energia foram os vulcões Kambalny e Koshelev.
Além do mais. Em 1987, foi emitido o Decreto do Comitê Central do PCUS "Sobre o desenvolvimento integral da Região Econômica do Extremo Oriente". O documento explicita a importância dos recursos geotérmicos de Kamchatka. É tomada a decisão de construir e colocar em operação até 1997 o GeoTPP Mutnovskaya com capacidade de 50.000 kW. Está previsto aumentar a capacidade da estação em 1998 para 200.000 kW.
Os planos não se concretizaram. A União Soviética entrou em colapso. Para implementar o projeto de construção de uma estação geotérmica em Kamchatka em 1994, foi criado o JSC "Geoterm". A primeira fase do Mutnovskaya GeoPP foi colocada em operação apenas em 2001. Após o lançamento da segunda unidade em 2002, a estação atingiu sua capacidade operacional de 50 MW. Até o momento, três estágios de unidades de energia, cinco turbinas foram colocadas em operação, o que permite que a usina opere de forma estável e gere eletricidade barata.
No total, cerca de 90 poços já foram perfurados no território do MGES-1. Para manter a capacidade em 2008, um poço Geo-1 em funcionamento foi colocado em operação. Juntamente com o GTPP Verkhne-Mutnovskaya, as estações fornecem eletricidade para mais de um terço do território de Kamchatka.
Imperfeições
-
inundação
terra arável -
construção
realizado apenas onde há grandes
reservas de energia hídrica -
no
rios de montanha são perigosos por causa da alta
sismicidade de áreas -
abreviado
e liberações não regulamentadas de água de
reservatórios por 10-15 dias (até sua
ausência), levam à reestruturação
ecossistemas únicos de várzea
em todo o leito do rio, como resultado, a poluição
rios, redução das cadeias alimentares,
declínio no número de peixes, eliminação
animais aquáticos invertebrados,
aumentando a agressividade dos componentes
mosquitos (midges) devido à desnutrição em
estágios larvais, desaparecimento de lugares
criadouros de muitas espécies de
aves, umedecimento insuficiente da várzea
solos, sucessões negativas de plantas
(depleção de fitomassa), redução de fluxo
nutrientes para os oceanos.
Ensolarado
estação de energia —
serviço de construção de engenharia
convertendo a radiação solar em
energia elétrica. Caminhos
conversão da radiação solar
são diferentes e dependem do design
usinas de energia
Onde fica a estação geotérmica Mutnovskaya
Mutnovskaya Sopka é um maciço vulcânico complexo. Sua altura é de 2323 m acima do nível do mar. Nas encostas existem várias formas de atividade hidrotermal gasosa moderna. Aqui, no sopé do vulcão, a 116 km da cidade de Petropavlovsk-Kamchatsky, está localizado o Mutnovskaya GeoPP. De acordo com a exploração geológica, existe aqui um rico depósito geotérmico, cujas reservas são estimadas em cerca de 300 MW.
Em que modo funciona?
Um alto nível de automação permite que o equipamento seja operado por um número mínimo de pessoas. O centro de controle mantém monitoramento 24 horas de instrumentos que indicam com precisão a quantidade e qualidade da saída de água, vapor e energia.
Os funcionários trabalham em regime de rodízio. A mudança dura 15 dias. A estrada para a estação passa pelo Passo Mutnovsky, às vezes coberta de neve mesmo em julho, então há atrasos de pessoal por alguns dias no caminho.
Um albergue confortável foi construído para os trabalhadores a uma caminhada de vinte minutos. Há uma sala de relaxamento, ginásio, biblioteca, sauna, piscina. Fatos interessantes sobre Mutnovskaya GeoPP
Por que os arredores de Mutnovskaya Sopka são atraentes?
Kamchatka é um paraíso turístico, os lugares são pouco percorridos e incrivelmente lindos. Os arredores do vulcão Mutnovsky são especialmente populares entre os turistas. Os viajantes são atraídos aqui por uma localização conveniente a 120 km de Petropavlovsk-Kamchatsky e da estrada, cercada por colinas e vulcões pitorescos, florestas densas e rios rápidos. Várias plataformas de observação oferecem excelentes vistas do Vilyuchinskaya Sopka, cuja altura é de 2175 metros.
Esquilos terrestres locais, torbagans, raposas correm por aqui e, nas encostas das colinas, os contornos de ursos marrons são frequentemente visíveis. Há ursos e ao longo das margens dos rios, eles se alimentam de peixes!
História
Em 1817, o Conde François de Larderel desenvolveu uma tecnologia para coletar vapor de fontes geotérmicas naturais.
No século 20, a demanda por eletricidade levou ao surgimento de projetos de usinas que utilizam o calor interno da Terra.
A pessoa que testou o primeiro gerador geotérmico foi Piero Ginori Conti. Aconteceu em 4 de julho de 1904 na cidade italiana de Larderello. O gerador foi capaz de acender com sucesso quatro lâmpadas elétricas. Mais tarde, em 1911, a primeira usina geotérmica do mundo foi construída na mesma vila, e ainda está em operação. Na década de 1920, geradores experimentais foram construídos em Beppu (Japão) e gêiseres da Califórnia, mas a Itália era o único produtor industrial de eletricidade geotérmica do mundo até 1958.
Os cinco principais países na produção de energia geotérmica, 1980–2012 (EIA dos EUA)
Crescimento da capacidade GeoPP por anos
Em 1958, quando a usina de energia de Wairakei foi comissionada, a Nova Zelândia se tornou o segundo maior produtor industrial de eletricidade geotérmica. Wairakei foi a primeira estação do tipo indireto. Em 1960, a Pacific Gas and Electric começou a operar a primeira usina geotérmica de sucesso nos Estados Unidos em gêiseres na Califórnia.
A primeira usina geotérmica binária foi demonstrada pela primeira vez em 1967 na União Soviética e depois introduzida nos EUA em 1981, após a crise energética da década de 1970 e grandes mudanças na política regulatória. Essa tecnologia possibilita o uso de uma temperatura muito mais baixa para geração de eletricidade do que antes. Em 2006, a China Hot Springs, no Alasca, lançou uma usina de ciclo binário produzindo eletricidade a uma temperatura líquida recorde de 57°C.
Até recentemente, as usinas geotérmicas eram construídas exclusivamente onde havia fontes geotérmicas de alta temperatura próximas à superfície. O advento das usinas de energia de ciclo binário e as melhorias na tecnologia de perfuração e produção podem levar ao surgimento de usinas de energia geotérmica em uma faixa geográfica muito mais ampla.As usinas de demonstração estão localizadas na cidade alemã de Landau in der Pfalz e na cidade francesa de Soultz-sous-Foret, enquanto o trabalho anterior em Basileia, na Suíça, foi fechado após causar terremotos. Outros projetos de demonstração estão em desenvolvimento na Austrália, Reino Unido e Estados Unidos da América.
A eficiência térmica das usinas geotérmicas é baixa - cerca de 7-10%, uma vez que os fluidos geotérmicos têm uma temperatura mais baixa que o vapor das caldeiras. De acordo com as leis da termodinâmica, essa baixa temperatura limita a eficiência dos motores térmicos na extração de energia utilizável para gerar eletricidade. O calor residual é desperdiçado a menos que possa ser usado diretamente, como em estufas ou aquecimento urbano. A eficiência do sistema não afeta os custos operacionais como faria para uma usina de carvão ou outro combustível fóssil, mas é um fator na viabilidade da usina. Para produzir mais energia do que as bombas consomem, são necessárias fontes geotérmicas de alta temperatura e ciclos térmicos especializados para gerar eletricidade. Como a energia geotérmica é constante ao longo do tempo, ao contrário, por exemplo, da energia eólica ou solar, seu fator de potência pode ser bastante grande - até 96%.
