Превращение геотермальной энергии в электрическую осуществляется на основе использования машинного способа с помощью термодинамического цикла на ГеоТЭС.
Для строительства ГеоТЭС наиболее благоприятными являются месторождения с сухим паром, но их очень мало. Обычно ГеоТЭС базируются на месторождениях пароводяной смеси со средней степенью сухости 0,2…0,5. При использовании на ГеоТЭС влажного пара возникает ряд проблем. Капельки воды разрушают лопатки турбины. Кроме того, геотермальная вода содержит корродирующие соли. Поэтому пароводяную смесь необходимо разделить на сухой пар и воду. Эту операцию проводят с помощью центробежного сепаратора. На ГеоТЭС с бинарным циклом для получения электроэнергии можно использовать горячую воду. Различные схемы ГеоТЭС представлены на рис 4.3.
Рис. 4.3. Схемы геотермальных электростанций:
а – паротурбинная с выхлопом в атмосферу; б – паротурбинная
конденсационная; в – с промежуточным теплоносителем; г – с бинарным
циклом: 1 – источник; 2 – турбина; 3 – генератор; 4 – конденсатор;
5 – парогенератор; 6 – насос; 7 – конденсатор испаритель
Наиболее простой и доступной является геотермальная электростанция с выхлопом в атмосферу (рис 4.3, а). Пар из скважины подается в турбину, а отработанный пар выбрасывается в атмосферу или устройство, улавливающее ценные химические вещества. ГеоТЭС работает без конденсаторов, поэтому капитальные и эксплуатационные затраты будут минимальными. Такие ГеоТЭС выгодно строить в тех районах, где есть достаточные запасы природного пара.
Более современной является конденсационная ГеоТЭС (рис. 4.3, б). Пар из скважины поступает в турбину, а отработанный пар направляется в конденсатор. Конденсат собирается в специальной емкости. Из нее часть конденсата циркуляционными насосами направляется на охлаждение в градирню. Охлажденная вода снова поступает в конденсатор для конденсации отработанного пара. Так как количество конденсата постоянно увеличивается, его избыток сбрасывают в водоем или заканчивается в пласт земли.
Если природный пар имеет высокую температуру и большое содержание газов, можно использовать схему ГеоТЭС с промежуточным теплоносителем (рис. 4.3, в). Пар из скважины поступает в парогенератор, где отдает тепло вторичному теплоносителю, после чего чистый вторичный пар направляется в конденсационную турбину. Газы, содержащиеся в природном паре, отделяются в парогенераторе и выбрасываются в атмосферу. Недостатком такой схемы является снижение параметров пара перед турбиной. Но, по сравнению с конденсационной ГеоТЭС, удельный расход пара на 30 % меньше.
Для использования тепла термальных вод с температурой 100…200 °C, а также тепла отсепарированной воды строят двухконтурные ГеоТЭС на рабочих телах с низкой температурой кипения (изобутан, фреон и др.) Схема ГеоТЭС аналогична рис 4.3, в. Только в первом контуре циркулирует вода, а во втором – рабочее тело с низкой температурой кипения.
В геотермальной энергетике возможно применение бинарных циклов (рис. 4.3, г). Первая турбина работает на природном паре, а вторая на паре рабочего тела с низкой температурой кипения. Процесс парообразования рабочего тела происходит в конденсаторе-испарителе за счет тепла обработанного водяного пара [3].
Геотермальная энергия является важнейшей из нетрадиционных возобновляемых источников энергии, который в настоящее время конкурентоспособен.
Установленная мощность ГеоТЭС в мире за последние 30 лет ежегодно увеличивалась в среднем на 8,6 % и достигла к 2001 г. 8000 МВт. В США – 2228 МВт, Мексике – 755 МВт, Италии – 785 МВт, Индонезии – 589 МВт. В настоящее время в мире строятся ГеоТЭС общей мощностью 11,5 тыс. МВт. Причем геотермальная установка мощностью 1 МВт позволяет сэкономить в год до 3 тыс. т у.т.