ปัจจุบันมีการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพใน 51 ประเทศในเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้า ในช่วงห้าปี (ตั้งแต่ปี 2553 ถึง 2558) กำลังการผลิตรวมของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพเพิ่มขึ้น 16% และมีจำนวน 12,635 เมกะวัตต์ กำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพเป็นผลมาจากความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่สำคัญ และอัตราการใช้กำลังการผลิตติดตั้งที่สูง

ปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (GEP) ดำเนินการใน 26 ประเทศ โดยมีกำลังการผลิตไฟฟ้าประมาณ 73,549 GW ต่อปี การคาดการณ์การเติบโตของกำลังการผลิตไฟฟ้าติดตั้งของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพภายในปี 2563 อยู่ที่ประมาณ 21,443 เมกะวัตต์ (รูปที่ 1) สหรัฐอเมริกามีตัวชี้วัดที่สำคัญในด้านพลังงานความร้อนใต้พิภพ: กำลังการผลิตติดตั้งรวมของโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพอยู่ที่ 3,450 MW โดยมีการผลิตไฟฟ้าต่อปีที่ 16.6 MW/ชม. ฟิลิปปินส์อยู่ในอันดับที่สองด้วยกำลังการผลิตไฟฟ้าจากธรณีไฟฟ้ารวม 1870 เมกะวัตต์ และอินโดนีเซียอยู่ในอันดับที่สามด้วยกำลังการผลิต 1,340 เมกะวัตต์ ในขณะเดียวกันกำลังการผลิต GeoPP ที่เพิ่มขึ้นที่สำคัญที่สุดในช่วงห้าปีที่ผ่านมาได้รับการบันทึกไว้ในตุรกี - จาก 91 เป็น 397 MW นั่นคือ 336% ถัดมาเป็นเยอรมนี - 280% (จาก 6.6 ถึง 27 MW) และเคนยา - 194% (จาก 202 ถึง 594 MW)

ในพลังงานความร้อนใต้พิภพสมัยใหม่ สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือ GeoPP ที่มีวงจรความร้อนของการติดตั้งกังหันรวมถึง การขยายตัวเพิ่มเติมไอน้ำความร้อนใต้พิภพ กำลังการผลิตรวม 5,079 เมกะวัตต์ หน่วยผลิตไฟฟ้า GeoPP ซึ่งมีกำลังการผลิตรวม 2,863 เมกะวัตต์ ทำงานโดยใช้ไอน้ำความร้อนใต้พิภพยวดยิ่ง พลังทั่วไปหน่วยพลังงาน GeoPP ที่มีการขยายพลังไอน้ำสองขั้นตอนเท่ากับ 2544 MW

หน่วยพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีวงจร Rankine อินทรีย์กำลังแพร่หลายมากขึ้น และในปัจจุบันกำลังการผลิตรวมเกิน 1,800 MW กำลังเฉลี่ยต่อหน่วยของหน่วยกำลังไฟฟ้าไบนารี่คือ 6.3 MW หน่วยกำลังไฟฟ้าที่มีแรงดันแยก 1 แรงดันคือ 30.4 MW โดยมีแรงดันแยก 2 แรงดันอยู่ที่ 37.4 MW และหน่วยกำลังไฟฟ้าที่ทำงานด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งคือ 45.4 MW

กำลังการผลิตติดตั้งที่เพิ่มขึ้นหลักของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสมัยใหม่ในโลกอยู่ที่ ปีที่ผ่านมาดำเนินการส่วนใหญ่เนื่องมาจากการก่อสร้าง GeoPP ใหม่พร้อมหน่วยกำลังไฟฟ้าแบบไบนารี

รูปแบบทางเทคโนโลยีของ GeoPP สมัยใหม่สามารถจำแนกได้ตามสถานะเฟสของสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพ ประเภทของวงจรทางอุณหพลศาสตร์ และกังหันที่ใช้ (รูปที่ 2) โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพทำงานโดยใช้สารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ส่วนผสมของไอน้ำและน้ำ น้ำร้อน. วงจรทางตรงของ GeoPP มีลักษณะเฉพาะคือการใช้สารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพเป็นสื่อกลางในการทำงานตลอดเส้นทางเทคโนโลยีทั้งหมด

GeoPP ที่มีวงจรไบนารี่ส่วนใหญ่จะใช้ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ น้ำร้อน(90-120 °C) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการใช้สารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำในวงจรที่สอง GeoPP วงจรคู่เกี่ยวข้องกับการใช้วงจรไบนารี่และวงจรไบนารี่รวม ในวงจรรวม GeoPP กังหันไอน้ำจะทำงานโดยใช้ไอน้ำความร้อนใต้พิภพ และความร้อนของของเสียหรือสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพของเสียในรูปของเฟสของเหลวจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในโรงไฟฟ้าไบนารี่วงจรทุติยภูมิ

กังหันควบแน่นของ GeoPP วงจรเดียวทำงานบนไอน้ำความร้อนใต้พิภพยวดยิ่ง เช่นเดียวกับไอน้ำอิ่มตัวที่แยกออกจากส่วนผสมของไอน้ำและน้ำ กังหันแรงดันต้านใช้ในโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพวงจรเดียว ซึ่งให้ความร้อนแก่ระบบทำความร้อนควบคู่ไปกับการผลิตไฟฟ้า

ปัจจุบันในรัสเซีย หน่วยกำลังที่มีกังหันแรงดันต้านดำเนินการบนเกาะ Kunashir และ Iturup (ส่วนหนึ่งของสันเขา Kuril) หน่วยส่งกำลัง Omega-500, Tuman-2.0 และ Tuman-2.5 ได้รับการพัฒนาที่โรงงานกังหัน Kaluga

หน่วยเทอร์โบแรงดันต้านได้รับการออกแบบง่ายกว่าหน่วยควบแน่นมาก ดังนั้นราคาจึงต่ำกว่ามาก

ค่อนข้างใช้บ่อย แผนการทางเทคโนโลยี GeoPP วงจรเดียวที่มีแรงกดดันในการแยกหนึ่ง สอง และสาม ที่เรียกว่ารูปแบบ SingleFlash, Double-Flash และ Triple-Flash ตามลำดับ ดังนั้น GeoPP ที่มีแรงกดดันในการแยกสองและสามจึงเกี่ยวข้องกับการใช้ไอน้ำทุติยภูมิเพิ่มเติมที่ได้รับในตัวขยายเนื่องจากการเดือดของตัวแยก ทำให้สามารถเพิ่มการใช้ความร้อนของของไหลความร้อนใต้พิภพได้มากขึ้นเมื่อเทียบกับ GeoPP ด้วยแรงดันในการแยกเพียงจุดเดียว

หน่วยกังหันไอน้ำความร้อนใต้พิภพผลิตโดยบริษัทในญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา อิตาลี และรัสเซีย

ในตาราง ครั้งที่ 1 นำเสนอผู้ผลิตหลักของหน่วยกังหันไอน้ำและอุปกรณ์ที่ทันสมัยสำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ การออกแบบกังหันความร้อนใต้พิภพมีคุณสมบัติหลายประการที่เกิดจากการใช้ไอน้ำอิ่มตัวความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพต่ำเป็นสื่อกลางในการทำงานซึ่งมีลักษณะของความก้าวร้าวในการกัดกร่อนและมีแนวโน้มที่จะสะสมตัว

เทคโนโลยีขั้นสูงที่ทันสมัยในการเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันความร้อนใต้พิภพ ได้แก่ :

การแยกความชื้นภายในช่องในส่วนการไหลของกังหัน รวมถึงการแยกความชื้นบริเวณรอบข้าง การกำจัดความชื้นผ่านช่องในใบมีดกลวง และระยะตัวแยก
ระบบสำหรับการล้างชิ้นส่วนการไหลและซีลปลายบนกังหันทำงานเป็นระยะ
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการควบคุม คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพพร้อมสารลดแรงตึงผิว
ลดการสูญเสียในกังหันลดหลั่นโดยการปรับรูปทรงของหัวฉีดและใบมีดให้เหมาะสม รวมถึงการใช้ใบมีดรูปดาบที่มีประสิทธิภาพสูง

ดังนั้นในการออกแบบความร้อนใต้พิภพ กังหันไอน้ำ JSC "KTZ" ที่มีกำลังการผลิต 25 MW สำหรับ Mutnovskaya GeoPP ที่ใช้ อุปกรณ์พิเศษสำหรับการแยกความชื้นทำให้สามารถขจัดเฟสของเหลวได้ถึง 80% ในรูปของหยดขนาดใหญ่และฟิล์มของเหลวออกจากส่วนที่ไหล เริ่มตั้งแต่กังหันขั้นที่ 4 เป็นต้นไป ระบบแยกความชื้นส่วนปลายที่ได้รับการพัฒนาแล้วจะถูกใช้ในส่วนการไหล ในขั้นตอนที่เจ็ดและแปดของการไหลของกังหันทั้งสอง จะใช้การแยกความชื้นในช่องในกริดหัวฉีด เพียงพอ วิธีการที่มีประสิทธิภาพการกำจัดความชื้นคือการใช้ขั้นตอนแยกกังหันแบบพิเศษซึ่งทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพกังหันได้เกือบ 2%

ปริมาณเกลือของไอน้ำที่เข้าสู่เส้นทางการไหลของกังหัน GeoPP ขึ้นอยู่กับการทำให้เป็นแร่ของของเหลวความร้อนใต้พิภพเริ่มต้นและประสิทธิภาพของการแยกเฟสในอุปกรณ์แยก ประสิทธิภาพของอุปกรณ์แยกส่วนใหญ่จะกำหนดระดับการขึ้นของเส้นทางการไหลของกังหันที่มีคราบตะกรัน และยังส่งผลต่อความรุนแรงของการกัดเซาะของหยดกระทบของใบพัดกังหันและการแตกร้าวของการกัดกร่อนขององค์ประกอบโลหะของเส้นทางการไหลของกังหัน

ในรูปแบบเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพสมัยใหม่จะใช้ตัวแยกแนวตั้งและแนวนอน เครื่องแยกแนวตั้งส่วนใหญ่จะใช้ที่ GeoPP ที่สร้างขึ้นโดยการมีส่วนร่วมของผู้เชี่ยวชาญจากนิวซีแลนด์ในนิวซีแลนด์ ฟิลิปปินส์ และประเทศอื่นๆ เครื่องแยกแนวนอนใช้ในหน่วยพลังงานความร้อนใต้พิภพในรัสเซีย สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และไอซ์แลนด์ ยิ่งไปกว่านั้น GeoPP มากถึง 70% ในโลกทำงานโดยใช้เครื่องแยกแนวตั้ง เครื่องแยกแนวตั้งสามารถให้ไอน้ำแห้งโดยเฉลี่ยที่ทางออกได้สูงถึง 99.9% นอกจากนี้ ประสิทธิภาพยังขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การทำงานอย่างมาก เช่น การไหลและความดันของไอน้ำเปียก ปริมาณความชื้นของส่วนผสมระหว่างไอน้ำและน้ำ (SWM) ระดับของเหลวในตัวแยก ฯลฯ

ในรัสเซีย ตัวแยกแนวนอนได้รับการพัฒนาและใช้งานที่หน่วยพลังงาน GeoPP แตกต่างกันออกไป ประสิทธิภาพสูงและลักษณะขนาดเล็ก ระดับความแห้งของไอน้ำที่ช่องแยกถึง 99.99% การพัฒนาเหล่านี้มีพื้นฐานมาจากการวิจัยและเทคโนโลยีขององค์กรที่ผลิตอุปกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การต่อเรือ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ตัวแยกดังกล่าวได้รับการติดตั้งและใช้งานได้สำเร็จในหน่วยกำลังแบบโมดูลาร์ของ Verkhne-Mutnovskaya GeoPP และในขั้นตอนแรกของ Mutnovskaya GeoPP (รูปที่ 3)

ข้อดีของพืชไบนารีซึ่งประกอบด้วยความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้แหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำเป็นหลักได้กำหนดทิศทางหลักของการใช้งานเป็นส่วนใหญ่ ขอแนะนำให้ใช้การตั้งค่าไบนารี่สำหรับ:

การจัดหาพลังงาน (และเป็นอิสระ) ไปยังภูมิภาคที่มีทรัพยากรความร้อนใต้พิภพอุณหภูมิต่ำ
การเพิ่มขีดความสามารถของ GeoPP ที่มีอยู่ซึ่งทำงานกับสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพที่อุณหภูมิสูง โดยไม่ต้องเจาะหลุมเพิ่มเติม
การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้แหล่งความร้อนใต้พิภพผ่านการใช้หน่วยไบนารีในรูปแบบเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมที่ออกแบบใหม่

คุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ อุณหพลศาสตร์ และคุณสมบัติอื่นๆ ของสารอินทรีย์ที่มีจุดเดือดต่ำมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประเภทและประสิทธิภาพของวงจรความร้อน พารามิเตอร์ทางเทคโนโลยี การออกแบบและคุณลักษณะของอุปกรณ์ โหมดการทำงาน ความน่าเชื่อถือ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของพืชไบนารี

ในทางปฏิบัติมีจุดเดือดต่ำที่แตกต่างกันประมาณ 15 แบบ อินทรียฺวัตถุและสารผสมเป็นของไหลในการติดตั้งแบบไบนารี ในความเป็นจริงในปัจจุบันหน่วยพลังงานความร้อนใต้พิภพทำงานกับไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก - ประมาณ 82.7% ของกำลังการผลิตติดตั้งทั้งหมดของหน่วยพลังงานไบนารี่ในโลก, ฟลูออโรคาร์บอน - 6.7%, คลอโรฟลูออโรคาร์บอน - 2.0%, ส่วนผสมน้ำ-แอมโมเนีย - 0.5 % ไม่มี ข้อมูลเกี่ยวกับของไหลทำงาน 8.2%

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบวงจรไบนารีรวมมีความโดดเด่นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าของเหลวความร้อนใต้พิภพของวงจรหลักไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อนสำหรับวงจรทุติยภูมิเท่านั้น แต่ยังใช้โดยตรงในการแปลงความร้อนเป็น งานเครื่องกลในกังหันไอน้ำ

เฟสไอน้ำของสารหล่อเย็นแบบสองเฟสความร้อนใต้พิภพถูกนำมาใช้โดยตรงเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าโดยการขยายตัวในกังหันไอน้ำที่มีแรงดันต้าน และความร้อนจากการควบแน่นของไอน้ำความร้อนใต้พิภพ (รวมถึงตัวแยก) จะถูกส่งไปยังวงจรอุณหภูมิต่ำชุดที่สอง ซึ่งใช้สารทำงานอินทรีย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การประยุกต์ใช้ดังกล่าว โครงการรวม GeoPS มีความเหมาะสมอย่างยิ่งในกรณีที่ของเหลวความร้อนใต้พิภพแหล่งกำเนิดประกอบด้วยก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นได้จำนวนมาก เนื่องจากต้นทุนพลังงานในการขจัดก๊าซออกจากคอนเดนเซอร์อาจมีนัยสำคัญ

ผลลัพธ์ของการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็นว่า ภายใต้สภาวะเริ่มต้นที่เท่ากันทั้งหมด การใช้หน่วยพลังงานไบนารี่ในโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพแบบวงจรรวมสามารถเพิ่มกำลังการผลิตของ Single-Flash GeoPP ได้ 15% และ DoubleFlash GeoPP ได้ 5% ปัจจุบันมีการผลิตพืชไบนารี่ที่โรงงานในสหรัฐอเมริกา เยอรมนี อิตาลี สวีเดน รัสเซีย และประเทศอื่นๆ ข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะทางเทคนิคบางประการของการติดตั้งแบบไบนารีที่ผลิตโดยผู้ผลิตหลายรายแสดงไว้ในตาราง 1 2.

ในรูป รูปที่ 4 แสดงข้อมูลเกี่ยวกับต้นทุนของกำลังไฟฟ้าติดตั้ง 1 kW สำหรับการก่อสร้าง GeoPP ต่างๆ ด้วยหน่วยกังหันที่ใช้ไอน้ำความร้อนใต้พิภพและสารทำงานอินทรีย์ที่มีจุดเดือดต่ำ ซึ่งบ่งชี้ถึงการพึ่งพาต้นทุนของ GeoPP ในวงจรที่ใช้และอุณหภูมิของ geothermal geothermal

โครงการพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีแนวโน้มมากที่สุดของรัสเซียคือการขยาย Mutnovskaya GeoPP (50 MW) และ Verkhne-Mutnovskaya GeoPP (12 MW) ด้วยหน่วยพลังงานรวม (วงจรไบนารี่) ที่มีกำลังการผลิต 10 และ 6.5 MW ตามลำดับเนื่องจาก นำความร้อนกลับมาจากสารหล่อเย็นของเสียโดยไม่ต้องเจาะบ่อเพิ่มเติม รวมถึงการก่อสร้างขั้นที่สองของ Mutnovskaya GeoPP ด้วยกำลังการผลิต 50 MW

ข้อสรุป

1. ในภาคพลังงานความร้อนใต้พิภพทั่วโลก มีการใช้รูปแบบเทคโนโลยีที่มี GeoPP ของวงจรโดยตรง ไบนารี่ และวงจรรวม ขึ้นอยู่กับสถานะเฟสและอุณหภูมิของสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพ
2. การเพิ่มขึ้นหลักในกำลังการผลิตติดตั้งรวมของ GeoPP ในโลกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไบนารี
3. ต้นทุนเฉพาะของกำลังการผลิตติดตั้งของหน่วยพลังงานความร้อนใต้พิภพขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพอย่างมีนัยสำคัญและลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเพิ่มขึ้น

พลังงานความร้อนใต้พิภพคือพลังงานที่ได้รับจากความร้อนตามธรรมชาติของโลก ความร้อนนี้สามารถทำได้โดยใช้บ่อน้ำ ความลาดชันของความร้อนใต้พิภพในบ่อเพิ่มขึ้น 1 0C ทุกๆ 36 เมตร ความร้อนนี้ถูกส่งไปยังพื้นผิวในรูปของไอน้ำหรือน้ำร้อน ความร้อนดังกล่าวสามารถใช้ได้ทั้งโดยตรงเพื่อให้ความร้อนแก่บ้านและอาคารและเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า บริเวณที่มีความร้อนพบได้ในหลายส่วนของโลก

ตามการประมาณการต่างๆ อุณหภูมิใจกลางโลกอยู่ที่อย่างน้อย 6,650 0C อัตราการระบายความร้อนของโลกอยู่ที่ประมาณ 300-350 0C ต่อพันล้านปี โลกมีความร้อน 42 x 1,012 วัตต์ โดย 2% อยู่ในเปลือกโลก และ 98% อยู่ในเนื้อโลกและแกนกลาง เทคโนโลยีสมัยใหม่ไม่อนุญาตให้เข้าถึงความร้อนที่ลึกเกินไป แต่พลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีอยู่ 840,000,000,000 วัตต์ (2%) สามารถตอบสนองความต้องการของมนุษยชาติได้เป็นเวลานาน บริเวณขอบแผ่นทวีปได้แก่ สถานที่ที่ดีที่สุดสำหรับการก่อสร้างสถานีความร้อนใต้พิภพเพราะเปลือกในบริเวณดังกล่าวจะบางกว่ามาก

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพและทรัพยากรความร้อนใต้พิภพ

ยิ่งบ่อลึก อุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้น แต่ในบางสถานที่ อุณหภูมิความร้อนใต้พิภพจะสูงขึ้นเร็วขึ้น สถานที่ดังกล่าวมักพบในบริเวณที่มีแผ่นดินไหวรุนแรง ซึ่งแผ่นเปลือกโลกชนกันหรือแตกออก นั่นคือเหตุผลว่าทำไมแหล่งความร้อนใต้พิภพที่มีแนวโน้มมากที่สุดจึงตั้งอยู่ในพื้นที่ที่เกิดภูเขาไฟ ยิ่งการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพสูงเท่าไร การสกัดความร้อนก็จะยิ่งถูกลง เนื่องจากต้นทุนการขุดเจาะและการปั๊มลดลง ในกรณีที่ดีที่สุด ความชันอาจสูงมากถึงขนาดนั้น ผิวน้ำอุ่นถึงอุณหภูมิที่ต้องการ ไกเซอร์และน้ำพุร้อนเป็นตัวอย่างของกรณีดังกล่าว

ด้านล่าง เปลือกโลกมีชั้นหินร้อนและหลอมเหลวเรียกว่าแมกมา ความร้อนเกิดขึ้นที่นั่นสาเหตุหลักมาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ เช่น ยูเรเนียมและโพแทสเซียม ศักย์พลังงานความร้อนที่ระดับความลึก 10,000 เมตร มีมากกว่าพลังงานสำรองน้ำมันและก๊าซทั่วโลกถึง 50,000 เท่า

โซนอุณหภูมิใต้ดินสูงสุดจะพบได้ในภูมิภาคที่มีภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่ "จุดร้อน" ดังกล่าวพบได้ที่ขอบเขตแผ่นเปลือกโลกหรือในบริเวณที่เปลือกโลกบางมากจนยอมให้ความร้อนของแมกมาผ่านไปได้ จุดร้อนหลายแห่งตั้งอยู่ในขอบมหาสมุทรแปซิฟิกซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "วงแหวนแห่งไฟ" เพราะ ปริมาณมากภูเขาไฟ

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ - วิธีการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

มีสองวิธีหลักในการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ: การใช้ความร้อนโดยตรงและการผลิตไฟฟ้า การใช้ความร้อนโดยตรงเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและแพร่หลายที่สุด การใช้ความร้อนโดยตรงแพร่หลายในละติจูดสูงบริเวณรอยต่อแผ่นเปลือกโลก เช่น ไอซ์แลนด์และญี่ปุ่น ในกรณีเช่นนี้ จะมีการติดตั้งน้ำประปาโดยตรง บ่อน้ำลึก. น้ำร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ถนน เสื้อผ้าแห้ง และความร้อนในเรือนกระจก และ อาคารที่อยู่อาศัย. วิธีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพมีความคล้ายคลึงกับการใช้โดยตรงมาก ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือความต้องการอุณหภูมิที่สูงขึ้น (มากกว่า 150 0C)

ในแคลิฟอร์เนีย เนวาดา และสถานที่อื่นๆ บางแห่ง พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกนำมาใช้ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ดังนั้น ในแคลิฟอร์เนีย ไฟฟ้าประมาณ 5% ผลิตจากพลังงานความร้อนใต้พิภพ ในเอลซัลวาดอร์ พลังงานความร้อนใต้พิภพผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 1/3 ของพลังงานไฟฟ้า ในไอดาโฮและไอซ์แลนด์ ความร้อนใต้พิภพถูกนำมาใช้ สาขาต่างๆรวมทั้งสำหรับทำความร้อนในบ้านด้วย บ้านหลายพันหลังใช้ปั๊มความร้อนใต้พิภพเพื่อให้ความร้อนที่สะอาดและราคาไม่แพง

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ

หินร้อนแห้ง– เพื่อใช้พลังงานในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีอยู่ในหินแห้งน้ำที่ ความดันโลหิตสูงถูกสูบเข้าไปในหิน สิ่งนี้ทำให้รอยแตกร้าวที่มีอยู่ในหินกว้างขึ้น ทำให้เกิดแหล่งกักเก็บไอน้ำหรือน้ำร้อนใต้ดิน

แม็กม่า- มวลหลอมเหลวก่อตัวใต้เปลือกโลก อุณหภูมิของแมกมาสูงถึง 1,200 0C แม้ว่าแมกมาจะพบในปริมาณเล็กน้อยในระดับความลึกที่เข้าถึงได้ แต่วิธีการสกัดพลังงานจากแมกมาในทางปฏิบัติยังอยู่ระหว่างการพัฒนา

ร้อนภายใต้ความกดดัน น้ำบาดาล ซึ่งมีก๊าซมีเทนละลายอยู่ การผลิตไฟฟ้าใช้ทั้งความร้อนและก๊าซ

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ--หลักการดำเนินงาน

ปัจจุบันมีสามรูปแบบสำหรับการผลิตไฟฟ้าโดยใช้ทรัพยากรความร้อนใต้พิภพ ได้แก่ การใช้ไอน้ำแห้งโดยตรง การใช้ไอน้ำทางอ้อม และรูปแบบการผลิตแบบผสม (วงจรไบนารี่) ประเภทของการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับสถานะของตัวกลาง (ไอน้ำหรือน้ำ) และอุณหภูมิของตัวกลาง โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแห้งเป็นโรงไฟฟ้าแห่งแรกที่ได้รับการพัฒนา เพื่อผลิตไฟฟ้า ไอน้ำจากบ่อจะถูกส่งผ่านกังหัน/เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง โรงไฟฟ้าที่มีการผลิตไฟฟ้าทางอ้อมเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในปัจจุบัน พวกเขาใช้น้ำใต้ดินร้อน (อุณหภูมิสูงถึง 182 0C) ซึ่งถูกสูบด้วยแรงดันสูงเข้าไป ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนพื้นผิว โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพด้วย โครงการผสมการผลิตแตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพสองประเภทก่อนหน้านี้ตรงที่ไอน้ำและน้ำไม่เคยสัมผัสโดยตรงกับกังหัน/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่ใช้ไอน้ำแห้ง

โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำดำเนินการโดยใช้ไอน้ำร้อนเป็นหลัก ไอน้ำจะไหลตรงไปยังกังหันซึ่งให้พลังงานแก่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การใช้ไอน้ำช่วยลดความจำเป็นในการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล (ไม่จำเป็นต้องขนส่งและเก็บเชื้อเพลิงด้วย) เหล่านี้เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่เก่าแก่ที่สุด โรงไฟฟ้าดังกล่าวแห่งแรกถูกสร้างขึ้นในเมือง Larderello (อิตาลี) ในปี 1904 และยังคงเปิดดำเนินการอยู่ เทคโนโลยีไอน้ำถูกนำมาใช้ที่โรงไฟฟ้า Geysers ในแคลิฟอร์เนียตอนเหนือ ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดในโลก

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่ใช้ไอน้ำความร้อนใต้พิภพ

ในการผลิตไฟฟ้า โรงงานดังกล่าวใช้ไฮโดรเทอร์มที่ให้ความร้อนยวดยิ่ง (อุณหภูมิสูงกว่า 182 °C) สารละลายไฮโดรเทอร์มอลจะถูกปั๊มเข้าไปในเครื่องระเหยเพื่อลดแรงดัน ส่งผลให้สารละลายบางส่วนระเหยเร็วมาก ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะขับเคลื่อนกังหัน หากมีของเหลวเหลืออยู่ในถังก็สามารถระเหยในเครื่องระเหยถัดไปเพื่อให้ได้พลังงานมากขึ้น

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีวงจรการผลิตไฟฟ้าแบบไบนารี

พื้นที่ความร้อนใต้พิภพส่วนใหญ่มีน้ำที่อุณหภูมิปานกลาง (ต่ำกว่า 200 0C) โรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบไบนารีใช้น้ำนี้เพื่อผลิตพลังงาน น้ำร้อนใต้พิภพร้อนและของเหลวเพิ่มเติมที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำจะถูกส่งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ความร้อนจากน้ำร้อนใต้พิภพจะระเหยของเหลวที่สองออกไป ซึ่งเป็นไอระเหยที่ขับเคลื่อนกังหัน เนื่องจากเป็นระบบปิด จึงแทบไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกสู่ชั้นบรรยากาศ น้ำในเขตอุณหภูมิปานกลางเป็นทรัพยากรความร้อนใต้พิภพที่มีอยู่มากที่สุด ดังนั้นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพในอนาคตส่วนใหญ่จึงจะดำเนินการตามหลักการนี้

อนาคตของไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ

แหล่งกักเก็บไอน้ำและน้ำร้อนเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของทรัพยากรความร้อนใต้พิภพ แมกมาและหินแห้งของโลกจะให้พลังงานราคาถูก สะอาด และแทบไม่หมดสิ้น เมื่อมีการพัฒนาเทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับการใช้ประโยชน์อย่างเหมาะสม ก่อนหน้านั้น ผู้ผลิตไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพที่พบมากที่สุดจะเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบไบนารี

เพื่อให้ไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพกลายเป็น องค์ประกอบสำคัญโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานของสหรัฐฯ มีความจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการลดต้นทุนในการได้มา กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกากำลังทำงานร่วมกับอุตสาหกรรมความร้อนใต้พิภพเพื่อลดต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงเหลือ 0.03-0.05 ดอลลาร์ คาดการณ์ว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพใหม่ขนาด 15,000 เมกะวัตต์จะเริ่มเข้าสู่ระบบได้ในทศวรรษหน้า

3.4 การคำนวณโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ

มาคำนวณวงจรความร้อนของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพประเภทไบนารีกัน

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพของเราประกอบด้วยกังหัน 2 ตัว:

ขั้นแรกดำเนินการกับไอน้ำอิ่มตัวที่ได้รับจากเครื่องขยาย พลังงานไฟฟ้า - ;

ส่วนที่สองทำงานบนไอน้ำอิ่มตัวของสารทำความเย็น R11 ซึ่งระเหยไปเนื่องจากความร้อนของน้ำที่ถูกดึงออกจากตัวขยาย

น้ำจากบ่อความร้อนใต้พิภพที่มีความดัน pgw และอุณหภูมิ tgw จะเข้าสู่เครื่องขยาย เครื่องขยายจะผลิตไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งด้วยความดัน pp ไอน้ำนี้จะถูกส่งไปยังกังหันไอน้ำ น้ำที่เหลือจากเครื่องขยายจะถูกส่งไปยังเครื่องระเหย ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงและไหลกลับเข้าไปในบ่อ ความดันอุณหภูมิในหน่วยระเหย = 20°C สารทำงานจะขยายตัวในกังหันและเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำจากแม่น้ำที่อุณหภูมิ thw การให้ความร้อนของน้ำในคอนเดนเซอร์ = 10°C และการให้ความร้อนย่อยจนถึงอุณหภูมิอิ่มตัว = 5°C

ประสิทธิภาพภายในสัมพัทธ์ของกังหัน ประสิทธิภาพทางกลไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบ = 0.95

ข้อมูลเบื้องต้นแสดงไว้ในตารางที่ 3.1

โต๊ะ 3.1. ข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณ GeoPP

แผนภาพ GeoPP ประเภทไบนารี (รูปที่ 3.2)

ข้าว. 3.2. แผนผังของ GeoPP

ตามแผนภาพในรูป 3.2 และข้อมูลเริ่มต้นที่เราดำเนินการคำนวณ

การคำนวณวงจรของกังหันไอน้ำที่ทำงานบนไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง

อุณหภูมิไอน้ำที่ทางเข้าคอนเดนเซอร์กังหัน:

อุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นที่ทางเข้าคอนเดนเซอร์อยู่ที่ไหน - ทำน้ำร้อนในคอนเดนเซอร์ - ความแตกต่างของอุณหภูมิในคอนเดนเซอร์

แรงดันไอน้ำในคอนเดนเซอร์กังหันถูกกำหนดจากตารางคุณสมบัติของน้ำและไอน้ำ:

การลดความร้อนที่มีอยู่ต่อกังหัน:

โดยที่เอนทาลปีของไอน้ำอิ่มตัวแห้งที่ทางเข้ากังหันอยู่ที่ไหน - เอนทาลปีในตอนท้าย กระบวนการทางทฤษฎีการขยายตัวของไอน้ำในกังหัน

ปริมาณการใช้ไอน้ำจากเครื่องขยายไปยังกังหันไอน้ำ:

สัมพัทธ์ภายในอยู่ที่ไหน ประสิทธิภาพของไอน้ำกังหัน; - ประสิทธิภาพทางกลไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบ

การคำนวณส่วนขยายน้ำความร้อนใต้พิภพ

สมการ สมดุลความร้อนเครื่องขยาย

อัตราการไหลของน้ำความร้อนใต้พิภพจากบ่อน้ำอยู่ที่ไหน - เอนทาลปีของน้ำความร้อนใต้พิภพจากบ่อน้ำ - น้ำไหลจากเครื่องขยายไปยังเครื่องระเหย - เอนทาลปีของน้ำความร้อนใต้พิภพที่ทางออกจากเครื่องขยาย โดยพิจารณาจากตารางคุณสมบัติของน้ำและไอน้ำเป็นเอนทาลปีของน้ำเดือด

สมการความสมดุลของวัสดุแผ่

ด้วยการแก้สมการทั้งสองนี้ร่วมกันจึงจำเป็นต้องกำหนดและ

อุณหภูมิของน้ำความร้อนใต้พิภพที่ทางออกของเครื่องขยายถูกกำหนดจากตารางคุณสมบัติของน้ำและไอน้ำเป็นอุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดันในตัวขยาย:

การหาค่าพารามิเตอร์ที่จุดเฉพาะของวงจรความร้อนของกังหันที่ทำงานในฟรีออน

อุณหภูมิไอของฟรีออนที่ทางเข้ากังหัน:

อุณหภูมิไอของฟรีออนที่ทางออกของกังหัน:

เอนทัลปีของไอฟรีออนที่ทางเข้ากังหันถูกกำหนดจากแผนภาพ p-h สำหรับฟรีออนบนเส้นอิ่มตัวที่:

240 กิโลจูล/กก.

เอนทัลปีของไอฟรีออนที่ทางออกของกังหันถูกกำหนดจากแผนภาพ p-h สำหรับฟรีออนที่จุดตัดของเส้นและเส้นอุณหภูมิ:

220 กิโลจูล/กก.

เอนทาลปีของฟรีออนที่เดือดที่ทางออกของคอนเดนเซอร์ถูกกำหนดจากแผนภาพ p-h สำหรับฟรีออนบนเส้นโค้งสำหรับของเหลวเดือดตามอุณหภูมิ:

215 กิโลจูล/กก.

การคำนวณเครื่องระเหย

อุณหภูมิของน้ำความร้อนใต้พิภพที่ทางออกของเครื่องระเหย:

สมการสมดุลความร้อนของเครื่องระเหย:

ความจุความร้อนของน้ำอยู่ที่ไหน รับประทาน =4.2 กิโลจูล/กก.

จากสมการนี้จำเป็นต้องกำหนด

การคำนวณกำลังของกังหันที่ทำงานบนฟรีออน

ประสิทธิภาพภายในสัมพัทธ์ของกังหันฟรีออนอยู่ที่ไหน - ประสิทธิภาพทางกลไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบ

การกำหนดกำลังปั๊มเพื่อสูบน้ำความร้อนใต้พิภพเข้าบ่อ

ประสิทธิภาพของปั๊มอยู่ที่ไหนถือว่าอยู่ที่ 0.8; - ปริมาตรจำเพาะเฉลี่ยของน้ำความร้อนใต้พิภพ

พลังงานไฟฟ้าของ GeoPP

แหล่งทางเลือกพลังงาน. สถานีไฟฟ้าฟ้าผ่า

การคำนวณโรงไฟฟ้าฟ้าผ่าได้รับการออกแบบมาเพื่อกำหนดกำลังไฟฟ้าขาออกเป็นหลัก ท้ายที่สุดแล้ว งานของโรงไฟฟ้าใดๆ ก็ตามคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้สูงสุดเพื่อชดใช้เงินทุนสำหรับการดำเนินการและติดตั้ง...

เราทำการคำนวณพื้นฐานของประสิทธิภาพของส่วนการสูบน้ำ ดังนั้น ด้วยคลื่น 1 เมตร วัตถุลอยน้ำจะลอยขึ้นสูง 0.5 เมตร แล้วตกลงไปต่ำกว่า 0.5 เมตร ระดับความสงบน้ำ...

ประเภทและการคำนวณโรงไฟฟ้าพลังงานคลื่น

วิธีการคำนวณสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานคลื่นอธิบายไว้ในบทความ โครงงานหลักสูตรจะกล่าวถึงสูตรพื้นฐานและตัวอย่างการคำนวณกำลังของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบคลื่นด้วยพารามิเตอร์ที่กำหนดไว้ กำลังสูงสุดที่เป็นไปได้ในหนึ่งรอบการขึ้นและลง...

แหล่งพลังงานหมุนเวียน. การคำนวณประเภทและงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ

มีหลายวิธีในการรับพลังงานที่ GeoPP: - โครงการโดยตรง: ไอน้ำจะถูกส่งผ่านท่อไปยังกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า - โครงการทางอ้อม: คล้ายกับโครงการทางตรง แต่ก่อนเข้าท่อ ไอน้ำจะถูกกำจัดออกจากก๊าซ...

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

แม้แต่เมื่อ 150 ปีที่แล้ว โลกของเราใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะ เช่น กระแสน้ำในแม่น้ำและกระแสน้ำในทะเลเพื่อหมุนกังหันน้ำ...

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพคือการผลิตพลังงานความร้อนหรือพลังงานไฟฟ้าจากความร้อนใต้พิภพ คุ้มค่าในพื้นที่...

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

มีความเห็นว่าการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพอุณหภูมิต่ำในระดับความลึกตื้นถือได้ว่าเป็นการปฏิวัติในระบบจ่ายความร้อนโดยพิจารณาจากความไม่สิ้นสุดของทรัพยากรความแพร่หลายของการกระจาย...

พลังงานความร้อนใต้พิภพและการประยุกต์

ลองพิจารณาการจัดการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพสมัยใหม่โดยใช้ตัวอย่างระบบควบคุมของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพไคลเปดาแห่งแรกในทะเลบอลติกที่มีกำลังการผลิต 43 เมกะวัตต์...

ตามข้อกำหนดของ Register เราจะคำนวณภาระของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในโหมดทำงาน เราจะใช้วิธีการคำนวณแบบตาราง เมื่อกรอกตารางโหลด ให้ป้อนข้อมูลงานในคอลัมน์ 2-4 และพารามิเตอร์เครื่องยนต์ในคอลัมน์ 5-8...

การคำนวณสถานีไฟฟ้าเรือ

การคำนวณระบบไฟฟ้าตามวงจรสมมูล

แผนผังของหม้อแปลงสามขดลวดแสดงในรูปที่ 1 4.3 และวงจรสมมูลที่สมบูรณ์เกิดขึ้นพร้อมกับวงจรสมมูลของหม้อแปลงอัตโนมัติ (ดูรูปที่ 3.2) องค์ประกอบของข้อมูลแค็ตตาล็อกแตกต่างจากที่ให้ไว้ในย่อหน้าที่ 3 ของหัวข้อ...

แหล่งจ่ายความร้อน สถานประกอบการอุตสาหกรรม

สำหรับการขับเคลื่อนกลไกเสริม จะพิจารณาประสิทธิภาพโดยรวมโดยไม่คำนึงถึงต้นทุนด้านพลังงาน สำหรับกังหันไอน้ำที่ทำงานตามวัฏจักร Rankine ประสิทธิภาพโดยรวมจะคำนึงถึงต้นทุนของการขับเคลื่อนปั๊ม: โดยที่เอนทาลปีของไอน้ำที่จุดที่ 1 และ 2 ของแผนภาพคือที่ไหน...

วัตถุประสงค์ของการบรรยาย:แสดงความเป็นไปได้และวิธีการใช้ความร้อนใต้พิภพในระบบจ่ายไฟ

ความร้อนในรูปของน้ำพุร้อนและไกเซอร์สามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ แผนงานต่างๆที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (GeoPP) รูปแบบที่นำไปใช้ได้ง่ายที่สุดคือการใช้ไอน้ำของของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ น้ำร้อนจากแหล่งธรรมชาติที่ให้ความร้อนของเหลวดังกล่าวในเครื่องระเหยกลายเป็นไอน้ำซึ่งใช้ในกังหันและทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในปัจจุบัน

รูปที่ 1 แสดงวงจรที่มีของไหลทำงานหนึ่งชนิด เช่น น้ำหรือฟรีออน ( ก); วงจรที่มีของไหลทำงานสองชนิด - น้ำและฟรีออน ( ข); วงจรไอน้ำโดยตรง ( วี) และวงจรคู่ ( ช).

เทคโนโลยีสำหรับการผลิตพลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับศักยภาพความร้อนของน้ำร้อน

การวาดภาพ. 1 - ตัวอย่างการจัดวงจรการผลิตไฟฟ้า:

ฉัน – แหล่งความร้อนใต้พิภพ; II – วงจรกังหัน III – น้ำหล่อเย็น

เงินฝากที่มีศักยภาพสูงทำให้สามารถใช้การออกแบบโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบดั้งเดิมที่มีกังหันไอน้ำได้

ตารางที่ 1 -ข้อมูลจำเพาะโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ

ภาพที่ 2 แสดงให้เห็นมากที่สุด วงจรง่ายๆโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก (GeoPP) โดยใช้ความร้อนจากแหล่งความร้อนใต้ดิน

น้ำจากบ่อน้ำพุร้อนที่มีอุณหภูมิประมาณ 95 °C จะถูกจ่ายโดยปั๊ม 2 ไปยังเครื่องกำจัดก๊าซ 3 โดยที่ก๊าซที่ละลายในนั้นจะถูกแยกออกจากกัน

จากนั้นน้ำจะเข้าสู่เครื่องระเหย 4 ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นไอน้ำอิ่มตัวและทำให้ร้อนเกินไปเล็กน้อยเนื่องจากความร้อนของไอน้ำ (จากหม้อต้มเสริม) ซึ่งก่อนหน้านี้หมดไปในตัวเป่าคอนเดนเซอร์

ไอน้ำร้อนยวดยิ่งเล็กน้อยทำงานในกังหัน 5 บนเพลาซึ่งมีเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ไอน้ำไอเสียจะถูกควบแน่นในคอนเดนเซอร์ 6 และระบายความร้อนด้วยน้ำที่อุณหภูมิปกติ

รูปที่ 2- โครงการ GeoPP ขนาดเล็ก:

1 – ตัวรับน้ำร้อน 2 – ปั้มน้ำร้อน; 3 – เครื่องกำจัดแก๊ส;

4 – เครื่องระเหย; 5 – กังหันไอน้ำพร้อมเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า 6 – ตัวเก็บประจุ; 7 – ปั๊มหมุนเวียน; 8 – ตัวรับน้ำหล่อเย็น

การติดตั้งแบบเรียบง่ายดังกล่าวดำเนินการในแอฟริกาแล้วในยุค 50

ตัวเลือกการออกแบบที่ชัดเจนสำหรับโรงไฟฟ้าสมัยใหม่คือโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ ดังแสดงในรูปที่ 3 น้ำร้อนจากถังเก็บจะเข้าสู่เครื่องระเหย 3 ซึ่งจะปล่อยความร้อนให้กับสารบางชนิดที่มีอุณหภูมิต่ำ จุดเดือด. สารดังกล่าวอาจเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ฟรีออนต่างๆ ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ บิวเทน ฯลฯ คอนเดนเซอร์ 6 เป็นชนิดผสมซึ่งระบายความร้อนด้วยบิวเทนเหลวเย็นที่มาจากเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศที่พื้นผิว ส่วนหนึ่งของบิวเทนจากคอนเดนเซอร์ถูกจ่ายโดยปั๊มป้อน 9 ไปยังเครื่องทำความร้อน 10 จากนั้นไปยังเครื่องระเหย 3

คุณสมบัติที่สำคัญวงจรนี้สามารถทำงานในฤดูหนาวที่มีอุณหภูมิควบแน่นต่ำ อุณหภูมินี้อาจใกล้ศูนย์หรือเป็นลบก็ได้ เนื่องจากสารที่ระบุไว้ทั้งหมดมีค่ามาก อุณหภูมิต่ำหนาวจัด. ซึ่งช่วยให้คุณขยายขีดจำกัดอุณหภูมิที่ใช้ในวงจรได้อย่างมาก

การวาดภาพ 3. โครงการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ:

1 – หลุม, 2 – ถังเก็บ, 3 – เครื่องระเหย, 4 – กังหัน, 5 – เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, 6 – คอนเดนเซอร์, 7 – ปั๊มหมุนเวียน, 8 – เครื่องทำความเย็นด้วยอากาศบนพื้นผิว, 9 – ปั๊มป้อน, 10 – เครื่องทำความร้อนสารทำงาน

ความร้อนใต้พิภพ โรงไฟฟ้า กับ โดยตรง โดยใช้ ไอน้ำธรรมชาติ

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่ง่ายและราคาไม่แพงที่สุดคือโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำที่มีแรงดันต้าน ไอน้ำธรรมชาติจากบ่อจะถูกส่งไปยังกังหันโดยตรง จากนั้นจึงปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศหรือในอุปกรณ์ที่ดักจับสารเคมีอันมีค่า กังหันแรงดันต้านสามารถจ่ายไอน้ำสำรองหรือไอน้ำที่ได้รับจากเครื่องแยก ตามโครงการนี้ โรงไฟฟ้าทำงานโดยไม่มีตัวเก็บประจุ และไม่จำเป็นต้องมีคอมเพรสเซอร์เพื่อกำจัดก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นออกจากตัวเก็บประจุได้ การติดตั้งนี้ง่ายที่สุด โดยมีทุนและต้นทุนการดำเนินงานเพียงเล็กน้อย เธอจะ พื้นที่ขนาดเล็ก, แทบไม่ต้องใช้เลย อุปกรณ์เสริมและนำไปดัดแปลงเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบพกพาได้ง่าย (ภาพที่ 4)

รูปที่ 4 - โครงการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่ใช้ไอน้ำธรรมชาติโดยตรง:

1 – เอาล่ะ; 2 – กังหัน; 3 – เครื่องกำเนิด;

4 – ออกสู่ชั้นบรรยากาศหรือสู่โรงงานเคมี

โครงการที่พิจารณาแล้วอาจทำกำไรได้มากที่สุดสำหรับพื้นที่ที่มีไอน้ำธรรมชาติสำรองเพียงพอ การดำเนินการที่มีเหตุผลให้โอกาส งานที่มีประสิทธิภาพการติดตั้งดังกล่าวแม้จะมีอัตราการไหลของบ่อน้ำที่แปรผันก็ตาม

มีสถานีดังกล่าวหลายแห่งที่เปิดให้บริการในอิตาลี หนึ่งในนั้นคือมีกำลัง 4 พันกิโลวัตต์ที่ การบริโภคที่เฉพาะเจาะจงไอน้ำประมาณ 20 กก./วินาที หรือ 80 ตัน/ชม. อีกอันมีความจุ 16,000 kW โดยติดตั้ง turbogenerators สี่ตัวที่มีความจุ 4,000 kW แต่ละตัว ส่วนหลังมาพร้อมกับไอน้ำจาก 7-8 หลุม

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีกังหันควบแน่นและการใช้ไอน้ำธรรมชาติโดยตรง (รูปที่ 5) – นี่คือที่สุด โครงการที่ทันสมัยเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า

ไอน้ำจากบ่อจะถูกส่งไปยังกังหัน ที่อยู่ในกังหันจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ผสม ส่วนผสมของน้ำหล่อเย็นและคอนเดนเสทของไอน้ำที่ใช้หมดแล้วในกังหันจะถูกระบายออกจากคอนเดนเซอร์ไปยังถังใต้ดินจากที่ที่มันถูกนำไปใช้ ปั๊มหมุนเวียนและถูกส่งไปยังหอทำความเย็นเพื่อระบายความร้อน จากหอทำความเย็น น้ำหล่อเย็นจะไหลเข้าสู่คอนเดนเซอร์อีกครั้ง (รูปที่ 5)

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพหลายแห่งดำเนินการตามโครงการนี้โดยมีการปรับเปลี่ยนบางอย่าง: Larderello-2 (อิตาลี), Wairakei ( นิวซีแลนด์) และอื่น ๆ.

พื้นที่ใช้งาน โรงไฟฟ้าสองวงจรที่ใช้สารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ (ฟรีออน-R12, ส่วนผสมน้ำ-แอมโมเนีย)คือการใช้ความร้อนจากน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิ 100...200 °C รวมทั้งการใช้น้ำแยกจากแหล่งไอน้ำร้อนไฮโดรเทอร์มอล

รูปที่ 5 - โครงการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีกังหันควบแน่นและการใช้ไอน้ำธรรมชาติโดยตรง:

1 – เอาล่ะ; 2 – กังหัน; 3 – เครื่องกำเนิด; 4 – ปั๊ม;

5 – ตัวเก็บประจุ; 6 – หอหล่อเย็น; 7 – คอมเพรสเซอร์; 8 – รีเซ็ต

รวม การผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อน

การผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนรวมกันสามารถทำได้ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (GeoTES)

โครงการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่ง่ายที่สุด ประเภทสูญญากาศสำหรับการใช้ความร้อนของน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิสูงถึง 100 °C ดังแสดงในรูปที่ 6

การดำเนินงานของโรงไฟฟ้าดังกล่าวมีดังต่อไปนี้ น้ำร้อนจากบ่อ 1 เข้าสู่ถังสะสม 2 ในถังจะปล่อยก๊าซที่ละลายในนั้นออกและส่งไปยังเครื่องขยาย 3 โดยคงความดันไว้ที่ 0.3 atm ที่ความดันนี้และที่อุณหภูมิ 69 °C น้ำส่วนเล็กๆ จะกลายเป็นไอน้ำและถูกส่งไปยังกังหันสุญญากาศ 5 และน้ำที่เหลือจะถูกสูบโดยปั๊ม 4 เข้าสู่ระบบจ่ายความร้อน ไอน้ำที่ระบายออกในกังหันจะถูกระบายออกสู่คอนเดนเซอร์ผสม 7. ในการขจัดอากาศออกจากคอนเดนเซอร์ ปั๊มสุญญากาศ 10. ส่วนผสมของน้ำหล่อเย็นและคอนเดนเสทไอน้ำเสียจะถูกนำจากคอนเดนเซอร์โดยปั๊ม 8 และส่งไประบายความร้อนไปยังหอทำความเย็นระบายอากาศ 9 น้ำที่ระบายความร้อนในหอทำความเย็นจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์โดยแรงโน้มถ่วงเนื่องจากสุญญากาศ

Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP ที่มีกำลังการผลิต 12 MW (3x4 MW) เป็นขั้นตอนนำร่องของ Mutnovskaya GeoTPP ที่มีกำลังการผลิตออกแบบ 200 MW ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อจ่ายพลังงานให้กับภูมิภาคอุตสาหกรรม Petropavlovsk-Kamchatsky

รูปที่ 6 -. แผนผังของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสุญญากาศที่มีเครื่องขยายหนึ่งเครื่อง:

1 – หลุม, 2 – ถังเก็บน้ำ, 3 – เครื่องขยาย, 4 – ปั๊มน้ำร้อน, 5 – กังหันสุญญากาศ 750 kW, 6 – เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, 7 – คอนเดนเซอร์ผสม,

8 – ปั๊มน้ำหล่อเย็น, 9 – หอระบายความร้อนพัดลม, 10 – ปั๊มสุญญากาศ

ที่โรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ Pauzhetskaya (ทางใต้ของ Kamchatka) ที่มีกำลังการผลิต 11 เมกะวัตต์ กังหันไอน้ำจะใช้เฉพาะไอน้ำความร้อนใต้พิภพที่แยกออกจากส่วนผสมของไอน้ำและน้ำที่ได้จากบ่อความร้อนใต้พิภพ น้ำความร้อนใต้พิภพจำนวนมาก (ประมาณ 80  ปริมาณการใช้ PVA ทั้งหมด) ที่มีอุณหภูมิ 120 °C ถูกปล่อยลงสู่แม่น้ำที่วางไข่ Ozernaya ซึ่งไม่เพียงนำไปสู่การสูญเสียศักยภาพทางความร้อนของสารหล่อเย็นความร้อนใต้พิภพเท่านั้น แต่ยังนำไปสู่อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้สภาพระบบนิเวศของแม่น้ำแย่ลง

ปั๊มความร้อน

ปั๊มความร้อน- อุปกรณ์สำหรับถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากแหล่งพลังงานความร้อนคุณภาพต่ำที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังตัวจ่ายน้ำหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูงกว่า อุณหภูมิสูง,. ในทางอุณหพลศาสตร์ ปั๊มความร้อนเป็นเครื่องทำความเย็นแบบกลับหัว ถ้าเข้า. เครื่องทำความเย็นเป้าหมายหลักคือการผลิตความเย็นโดยการเอาความร้อนออกจากปริมาตรใดๆ โดยเครื่องระเหย และคอนเดนเซอร์จะปล่อยความร้อนเข้าไป สิ่งแวดล้อมจากนั้นในปั๊มความร้อนภาพจะตรงกันข้าม (รูปที่ 7) คอนเดนเซอร์เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ผลิตความร้อนให้กับผู้บริโภค และเครื่องระเหย เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ความร้อนเกรดต่ำที่อยู่ในอ่างเก็บน้ำ ดิน น้ำเสียฯลฯ ปั๊มความร้อนแบ่งออกเป็นการบีบอัดและการดูดซับทั้งนี้ขึ้นอยู่กับหลักการทำงาน ปั๊มความร้อนแบบบีบอัดนั้นขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเสมอ ในขณะที่ปั๊มความร้อนแบบดูดซับก็สามารถใช้ความร้อนเป็นแหล่งพลังงานได้เช่นกัน คอมเพรสเซอร์ยังต้องการแหล่งความร้อนเกรดต่ำด้วย

ในระหว่างการทำงานคอมเพรสเซอร์จะสิ้นเปลืองไฟฟ้า อัตราส่วนของพลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นและพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง (หรือค่าสัมประสิทธิ์การแปลงความร้อน) และทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพ ปั๊มความร้อน. ค่านี้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของระดับอุณหภูมิในเครื่องระเหยและคอนเดนเซอร์: ยิ่งความแตกต่างมาก ค่านี้ก็จะยิ่งน้อยลง

โดย ประเภทของสารหล่อเย็นในวงจรอินพุตและเอาต์พุตปั๊มแบ่งออกเป็นหกประเภท: "น้ำใต้ดิน", "น้ำ-น้ำ", "อากาศ-น้ำ", "อากาศพื้นดิน", "น้ำ-อากาศ", "อากาศ-อากาศ"

เมื่อใช้พลังงานจากดินเป็นแหล่งความร้อน ท่อที่ของเหลวไหลเวียนจะถูกฝังอยู่ในพื้นดินต่ำกว่าระดับเยือกแข็งของดินประมาณ 30-50 ซม. ในบริเวณที่กำหนด (รูปที่ 8) ในการติดตั้งปั๊มความร้อนที่มีความจุ 10 kW ต้องใช้วงจรดินยาว 350-450 ม. สำหรับการติดตั้งซึ่งจะต้องมีที่ดินที่มีพื้นที่ประมาณ 400 ตร.ม. (20x20 ม.)

รูปที่ 7 - แผนภาพการทำงานของปั๊มความร้อน

รูปที่ 8 - การใช้พลังงานดินเป็นแหล่งความร้อน

ข้อดีของปั๊มความร้อนประการแรกคือประสิทธิภาพ: ในการถ่ายโอนพลังงานความร้อน 1 kWh ไปยังระบบทำความร้อนการติดตั้งปั๊มความร้อนจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้า 0.2-0.35 kWh ระบบทั้งหมดทำงานโดยใช้วงปิดและแทบไม่ต้องดำเนินการใดๆ ต้นทุนอื่นนอกเหนือจากต้นทุนไฟฟ้าที่จำเป็นในการใช้งานอุปกรณ์ซึ่งสามารถหาได้จากโรงไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ระยะเวลาคืนทุนสำหรับปั๊มความร้อนอยู่ที่ 4-9 ปี โดยมีอายุการใช้งาน 15-20 ปี ก่อนการซ่อมแซมครั้งใหญ่

ค่าประสิทธิภาพที่แท้จริงของปั๊มความร้อนสมัยใหม่อยู่ในลำดับของ COP = 2.0 ที่อุณหภูมิแหล่งกำเนิดที่ −20 °C และลำดับของ COP = 4.0 ที่อุณหภูมิแหล่งกำเนิดที่ +7 °C