Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [80]
Учитывая, что большинство самоизливающихся источников имеет температуру теплоносителя около 373 К, а проекты скважин рассчитаны на температуру около 423–473 К (например, температура воды на выходе из скважины ПЦС Каясулинского месторождения составляет 110 К), потери теплоты со сбрасываемой водой требуют существенного сокращения (отмечает Дорош И.А. на www.renewable.com.ua).
Один из способов уменьшения этих потерь описан ниже. Согласно этому способу, пар из насыщенной воды генерируется не в «чисто» паровой среде, а в газовом (воздушном) потоке. Если предварительно нагретую жидкость подать в диспергированном виде в газовый ненасыщенный поток высокого давления, как показано на рис. 6.3, то по закону равновесного состояния парогазожидкостных смесей, капли жидкости под действием движущихся сил теплового и массового обмена начнут охлаждаться, стремясь к температуре термодинамического равновесия, которой является температура мокрого термометра. Выделяющаяся при этом теплота расходуется на парообразование.
Рис. 6.3. Противоточное (а) и попутное (б) движения воды и газа в контактном теплообменном аппарате
При генерации пара в газовом потоке, вода охлаждается температуры термодинамического равновесия, которая значительно ниже температуры насыщения при том же давлении среды. Это позволяет существенно повысить температурный перепад воды, срабатываемый в парогенераторе, и соответственно увеличить количество генерируемого пара, что способствует более высокой эффективности турбокомпрессорных геотермальных установок по сравнению с паротурбинными.
Установки закрытого цикла
Принципиальная схема турбокомпрессорной установки закрытого цикла изображена на рис. 6.4.
Рис. 6.4.Принципиальная тепловая схема турбокомпрессорной установки закрытого цикла
При работе установки парогазовый поток с высоким паросодержанием поступает в конденсатор, куда с другой стороны насосом из градирни подается охлаждающая вода. При их контакте вследствие конденсации парогазовый поток осушивается, и с малым паросодержанием направляется в компрессор. Там он сжимается в политропном процессе за счет подведенной от турбины работы. При этом паросодержание потока остается постоянным, но его относительная влажность уменьшается.
После компрессора сжатый газ при давлении Р>2 и температуре Т>2 поступает в нижнюю часть парогенератора. А в верхнюю часть парогенератора во встречном направлении газовому потоку насосом в диспергированном виде подается цикловая вода, предварительно подогретая в теплообменнике геотермальным теплоносителем, подаваемым из эксплуатационной скважины. После теплообменника геотермальный теплоноситель насосом направляется в нагнетательную скважину.
В отличие от одноконтурных паротурбинных геотермальных установок в рассматриваемой турбокомпрессорной установке нет необходимости в процессе дегазации геотермального теплоносителя для уменьшения содержания несконденсировавшихся газов в конденсаторе и стабилизации рассола.
Здесь, подобно двухконтурным установкам, процесс передачи теплоты от геотермального теплоносителя в теплообменнике может осуществляться без понижения его давления. Это исключает нарушение углекислого равновесии, а, следовательно, и выпадение солей.
Для повышения КПД установки на выходе из теплообменника можно установить дегазатор. В этом случай выделившийся газ направляется в парогенератор и служит источником дополнительного рабочего тела цикла, на которое не затрачивается работа сжатия.
Одновременно он вместе с цикловым газом создает газовую среду для испарения жидкости. Правда, в этом случае часть циклового газа необходимо постоянно выбрасывать атмосферу для поддержания материального баланса, причем цикловой газ по составу должен быть идентичным газу, содержащемуся в геотермальной воде.
Установки открытого цикла
Турбокомпрессорная геотермальная установка закрытого цикла, рассмотренная выше, позволяющая значительно снизить потери теплоты за счет недоохлаждения воды в парогенераторе. Однако она обладает рядом крупных недостатков, которые препятствуют ее реализации. Эти недостатки, связанные со сложностью конструкции и низкими значениями полезной удельной работы, устраняются в турбокомпрессорных геотермальных установках открытого цикла.
В качестве холодного источника в этих установках используется окружающая атмосфера, поэтому они не требуют конденсатора и градирни с обслуживающими их агрегатами. Кроме того, турбокомпрессорные установки открытого цикла не нуждаются в специальных регулирующих устройствах, поддерживающих заданную массу несконденсировавщегося газа в цикле. Это необходимо для установок закрытого цикла. А их тепловая схема позволяет в полной мере использовать газ, содержащийся в геотермальном теплоносителе, что существенно повышает эффективность использования геотермальной энергии.
Безусловно, реализация турбокомпрессорной установки открытого цикла связана с основной сложностью непосредственного использования минерализованных геотермальных вод в цикле, заключающейся в трудности удаления солеотложений.
Однако последние научные исследования, выполненные в этом направлении, показывают, что процесс генерации пара в турбокомпрессорных установках за счет соответствующего повышения давления за компрессором можно производить без нарушения углекислотного равновесия геотермального теплоносителя.
