Геотермальная энергетика - Томский политехнический
advertisement
Национальный исследовательский Томский политехнический университет Энергетический институт Кафедра: ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Дисциплина: Тема: ИНТЕГРИРОВАНИЕ В СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УСТАНОВОК ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Геотермальная энергетика Преподаватель: доцент Плотников Игорь Александрович Контакты: E-mail: igorplt@tpu.ru ТОМСК 2014 1 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Объем Земли составляет примерно 1085 млрд. куб.км, и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры, имеет очень высокую температуру. В центре Земли температура составляет 4000-5000 К, в магматических очагах, расположенных сравнительно близко к поверхности, достигает 1200-1500 К. Тепловая энергия, заключенная в недрах Земли оценивается в 4,5·108 трлн т.у.т, однако эта энергия сильно рассеивается при движении теплового потока из внутренних областей к поверхности. Температура Земли увеличивается с глубиной в среднем на 30-35 ˚С при погружении на каждую тысячу метров. В отдельных районах планеты с активной вулканической деятельностью температурный градиент может достигать 200 ˚С/км и более, а высокотемпературные слои расположены гораздо ближе к поверхности. В некоторых районах природа сама доставляет геотермальную энергию к поверхности в виде пара или перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхность – гейзеры. 2 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Строение земного шара • Земное ядро. Самая раскалённая часть Земли с температурой в 4000˚C. Состоит она, как полагают учёные, из расплавленного железа. Океан Внешнее ядро • Мантия. Оболочка, которая покрывает ядро. Мантия достигающую глубины 2900 км. • Литосфера. Земная кора, или, иначе, литосфера (по-греч. “литос” - камень, “сфера” – шар) – верхняя твёрдая оболочка Земли, её мощность составляет от 30 до 100 км под материками и всего 5-7 км – под океанами. Мантия Внутреннее ядро Земная кора Оболочки земного шара 3 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Помимо производства тепловой и электрической энергии, возможными побочными продуктами являются природный газ, минеральное сырье и опресненная вода. Геотермальные основных типа: месторождения подразделяются на четыре месторождения сухого пара, месторождения влажного пара; месторождения горячей воды; месторождения нагретых сухих пород. 4 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Электростанции, на которых производится преобразование тепловой энергии термальных вод в электроэнергию, получили название геотермальных тепловых электростанций (ГеоТЭС). Различают две основные технологические схемы ГеоТЭС: электростанции атмосферного выброса; электростанции с циркуляцией конденсата. 5 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологическая схема ГеоТЭС с прямым использованием пара 1 – эксплуатационная скважина; 2 – паровая турбина; 3 - генератор 6 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологическая схема ГеоТЭС с непрямым использованием пара 1 – эксплуатационная скважина; 3 – теплообменник; 4 – дегазатор; 5 – насос; 6 – паровая турбина; 7 – генератор; 8 - конденсатор 7 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологическая схема ГеоТЭС на влажном паре 1 – эксплуатационная скважина; 2 – обратная скважина; 3 – сепаратор; 4 – теплообменник; 5 – насос; 6 – паровая турбина; 7 – генератор; 8 - конденсатор 8 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологическая схема двухконтурной ГеоТЭС 1 – эксплуатационная скважина; 2 – обратная скважина; 3 – парогенератор; 4 – конденсатор; 5 – насос; 6 – паровая турбина; 7 – генератор 9 ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА 10 Принцип действия: ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Тепловой насос / геотермальный зонд – Тепловые насосы, используя 1 кВт электроэнергии, преобразуют геотермальное тепло, в тепловую энергию до 4 кВт и выше, т. е. при расходе энергии порядка 25 % удовлетворяется 100 % потребности в тепле. – Принцип работы теплового насоса: 11 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются устройствами, в которых происходит непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую. Принцип работы ТЭГ основан на эффекте Зеебека (Пельте), который состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных материалов, при разных температурах контактов этих материалов протекает электрический ток. Экспериментальные исследования показали, что величина ЭДС термопары зависит от используемых материалов и температур горячего и холодного спаев: 12 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Во внешней цепи термопары возникает электрический ток I, при этом горячий спай поглощает теплоту из горячего источника в количестве а холодный спай отдает теплоту холодному телу в количестве Разность подведенной и отведенной теплоты составляет удельную работу тока за секунду времени: Термический КПД процесса преобразования энергии можно определить через отношение работы к подведенной теплоте: 13 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Принципиальная схема элементарного полупроводникового термоэлектрического генератора 14
