Zweikreis Geothermie-Wärmekraftwerke. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Das zweikreisige GeoTEP (Abb. 4.2) umfasst einen Dampferzeuger 4, in dem die thermische Energie des geothermischen Dampf-Wasser-Gemisches zur Erhitzung und Verdampfung des Speisewassers einer herkömmlichen Nassdampf-Dampfturbinenanlage 6 mit elektrischem Antrieb genutzt wird Generator 5. Das im Dampfgenerator verwendete geothermische Wasser wird von einer Pumpe 3 in den Rücklaufbrunnen 2 gepumpt. Die Trockenreinigung des Speisewassers der Turbinenanlage erfolgt nach herkömmlichen Methoden. Die Förderpumpe 8 führt das Kondensat vom Kondensator 7 zum Dampferzeuger zurück.

Bei einer Zweikreisanlage gibt es im Dampfkreislauf keine nicht kondensierbaren Gase, sodass im Kondensator ein tieferes Vakuum entsteht und der thermische Wirkungsgrad der Anlage im Vergleich zu einer Einkreisanlage steigt. Am Ausgang des Dampferzeugers kann die Restwärme des Erdwärmewassers wie bei einem Einkreis-Geothermiekraftwerk zur Wärmeversorgung genutzt werden.

Abb.4.2. Thermisches Schema eines zweikreisigen GeoTPP

Gase, darunter Schwefelwasserstoff, werden vom Dampferzeuger zum Blasenabsorber geleitet und im geothermischen Abwasser gelöst, das anschließend in den Entsorgungsbrunnen gepumpt wird. Laut Testdaten des im Bau befindlichen Ocean GeoTPP (Kurilen) sind 93.97 % des anfänglichen Schwefelwasserstoffs im sprudelnden Absorber gelöst.

Temperaturunterschied im Dampfgenerator reduziert die Frischdampfenthalpie einer Zweikreisanlage h₁ Im Vergleich zu einem Einkreis steigt jedoch im Allgemeinen der Wärmeverlust in der Turbine aufgrund einer Abnahme der Abdampfenthalpie h₂. Die thermodynamische Berechnung des Kreisprozesses erfolgt wie bei einem konventionellen Dampfturbinen-Wärmekraftwerk (siehe Abschnitt Solare Dampfturbinenanlagen).

Die Durchflussmenge von Warmwasser aus Geothermiebrunnen für eine Anlage mit einer Leistung von N, kW, wird aus dem Ausdruck bestimmt

, kg/s , (4.3)

wo - Temperaturunterschied des Erdwärmewassers am Ein- und Austritt des Dampferzeugers, °C, - Die Effizienz des Dampferzeugers. Der Gesamtwirkungsgrad moderner Zweikreis-Dampfturbinen-GeoTEPs beträgt 17.27 %.

In Lagerstätten mit einer relativ niedrigen Temperatur des geothermischen Wassers (100–200 °C) werden Zweikreisanlagen für niedrigsiedende Arbeitsflüssigkeiten (Frone, Kohlenwasserstoffe) eingesetzt. Es ist auch wirtschaftlich gerechtfertigt, solche Anlagen zur Nutzung der Wärme des abgetrennten Wassers aus GeoTPPs mit einem Kreislauf zu verwenden (anstelle eines Wärmetauschers in Abb. 4.1). In unserem Land wurde zum ersten Mal weltweit (im Jahr 1967) unter wissenschaftlicher Leitung ein Kraftwerk dieser Art auf Basis von Freon R-12 mit einer Leistung von 600 kW im Geothermiefeld Paratunsky (Kamtschatka) gebaut Institut für Thermophysik der sibirischen Zweigstelle der Akademie der Wissenschaften der UdSSR. Der Kühlmitteltemperaturunterschied betrug 80...5^оBei einer Temperatur von ca. 5 °C wurde dem Kondensator kaltes Wasser aus dem Fluss zugeführt. Paratunka mit einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von XNUMX^оS. Leider wurden diese Arbeiten aufgrund der früheren Billigkeit fossiler Brennstoffe nicht entwickelt.

Derzeit hat JSC „Kirovskiy Zavod“ ein Projekt und eine technische Dokumentation für ein Zweikreis-Geothermiemodul mit einer Leistung von 1,5 MW auf Freon R142v (Ersatzkühlmittel – Isobutan) entwickelt. Das Leistungsmodul wird vollständig im Werk hergestellt und per Bahn geliefert. Die Bau- und Installationsarbeiten sowie der Anschluss an das Stromnetz erfordern minimale Kosten. Es wird erwartet, dass die Fabrikkosten für die Serienproduktion von Leistungsmodulen auf etwa 800 US-Dollar pro Kilowatt installierter Leistung sinken werden.

Neben dem GeoTPP, das mit einem homogenen niedrigsiedenden Wärmeträger betrieben wird, entwickelt ENIN eine vielversprechende Anlage auf Basis eines gemischten Wasser-Ammoniak-Arbeitsmediums. Der Hauptvorteil einer solchen Anlage ist die Möglichkeit ihrer Verwendung in einem weiten Temperaturbereich von geothermischem Wasser und Dampf-Wasser-Gemischen (von 90 bis 220).^оMIT). Bei einem homogenen Arbeitsmedium beträgt die Abweichung der Temperatur am Austritt des Dampferzeugers 10...20^оC vom berechneten Wert führt zu einem starken Rückgang der Effizienz des Zyklus – um das 2.4-fache. Durch Änderung der Konzentration der Komponenten des gemischten Wärmeträgers ist es möglich, eine akzeptable Leistung der Anlage bei unterschiedlichen Temperaturen sicherzustellen. Die Leistung der Ammoniak-Wasser-Turbine ändert sich in diesem Temperaturbereich um weniger als 15 %. Darüber hinaus weist eine solche Turbine die besten Gewichts- und Größenparameter auf und das Wasser-Ammoniak-Gemisch weist bessere Wärmeübertragungseigenschaften auf, was es ermöglicht, den Metallverbrauch und die Kosten des Dampferzeugers und Kondensators im Vergleich zu einem darauf basierenden Leistungsmodul zu reduzieren ein homogenes Kühlmittel. Solche Kraftwerke können in großem Umfang zur industriellen Abwärmenutzung eingesetzt werden. Auf dem internationalen Markt für geothermische Ausrüstung besteht möglicherweise eine starke Nachfrage.

Die Berechnung von GeoTEU mit niedrigsiedenden und gemischten Arbeitsflüssigkeiten erfolgt anhand von Tabellen thermodynamischer Eigenschaften und h-s-Diagrammen der Dämpfe dieser Flüssigkeiten.

Die in der Literatur häufig erwähnte Möglichkeit der Nutzung der thermischen Ressourcen des Weltmeeres grenzt an das Problem von GeoTES. In tropischen Breiten beträgt die Temperatur des Meerwassers an der Oberfläche etwa 25 °C^оC, in einer Tiefe von 500...1000 m - etwa 2...3^оC. Bereits 1881 äußerte D'Arsonval die Idee, diesen Temperaturunterschied zur Stromerzeugung zu nutzen. Das Installationsdiagramm für eines der Projekte zur Umsetzung dieser Idee ist in Abb. 4.3 dargestellt. XNUMX.

Abb.4.3. Schema eines Meereswärmekraftwerks: 1 - Pumpe zur Versorgung mit warmem Oberflächenwasser; 2 - Dampferzeuger mit niedrigsiedendem Kühlmittel; 3 - Turbine; 4 - elektrischer Generator; 5 - Kondensator; 6 - Kaltwasserversorgungspumpe; 7 - Förderpumpe; 8 - Schiffsplattform

Pumpe 1 versorgt den Dampferzeuger 2 mit warmem Oberflächenwasser, wo das niedrigsiedende Kühlmittel verdampft. Bei einer Temperatur von ca. 20 °C dämpfen°C wird zur Turbine 3 geleitet, die den elektrischen Generator 4 antreibt. Der Abgasdampf gelangt in den Kondensator 5 und wird durch kaltes Tiefenwasser kondensiert, das von der Umwälzpumpe 6 zugeführt wird. Die Speisepumpe 7 führt das Kühlmittel zum Dampferzeuger zurück.

Beim Aufstieg durch die warmen Oberflächenschichten erwärmt sich Tiefenwasser auf mindestens 7...8°C bzw. der austretende Nassdampf des Kühlmittels hat eine Temperatur von mindestens 12...13°C. Als Ergebnis wird der thermische Wirkungsgrad dieses Zyklus sein = 0,028 und für einen realen Zyklus - weniger als 2 %. Gleichzeitig zeichnet sich das Ozean-KWK durch hohe Energiekosten für den Eigenbedarf aus, es erfordert einen sehr hohen Verbrauch an warmem und kaltem Wasser sowie einem Kühlmittel, der Energieverbrauch der Pumpen wird die von der Einheit erzeugte Energie übersteigen . In den Vereinigten Staaten führten Versuche, solche Kraftwerke in der Nähe der Hawaii-Inseln zu errichten, zu keinem positiven Ergebnis.

Ein weiteres Meereswärmekraftwerksprojekt – thermoelektrisch – beinhaltet die Nutzung des Seebeck-Effekts durch die Platzierung von Thermoelektrodenverbindungen in der Oberfläche und in tiefen Schichten des Ozeans. Der ideale Wirkungsgrad einer solchen Anlage liegt wie beim Carnot-Zyklus bei etwa 2 %. Abschnitt 3.2 zeigt, dass der tatsächliche Wirkungsgrad thermischer Konverter um eine Größenordnung niedriger ist. Dementsprechend wäre es für die Wärmeabfuhr in den Oberflächenschichten des Meerwassers und die Wärmeübertragung in den tieferen Schichten erforderlich, sehr großflächige Wärmeaustauschflächen („Unterwassersegel“) zu errichten. Dies ist für Kraftwerke praktisch spürbarer Leistung unrealistisch. Die geringe Energiedichte stellt ein Hindernis für die Nutzung der Meereswärmereserven dar.

Autor: Labeish V.G.

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