Статьи
27 Фев 2010
В. А. Бутузов, доктор техн. наук, генеральный директор ОАО «Южгеотепло» (г. Краснодар),
Г. В. Томаров, доктор техн. наук, генеральный директор ЗАО «Геотерм-ЭМ» (Москва),
В. Х. Шетов, доктор экон. наук, директор ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» (г. Краснодар)
Теплоснабжение, организованное на основе использования горячей воды подземных водоносных слоев различной глубины, позволяет применять для отопления как тепло солнечной радиации, так и энергию других возобновляемых источников энергии. В статье дается краткий обзор строительства в России геотермальных систем теплоснабжения и рассказывается об опыте реализации в Краснодарском крае уникального проекта создания такой системы с использованием энергии солнечной радиации и тепловых насосов, целью которого была адаптация к российским условиям совместного применения российских и зарубежных энерготехнологий, работающих на нетрадиционных источниках энергии.
Геотермальные источники энергии вносят ощутимый вклад в обеспечение экологически чистой и рациональной энергией. К настоящему времени в мире построены геотермальные электростанции* (ГеоЭС) общей установленной мощностью 8 912 МВт, в том числе энергоблоки единичной мощностью 110 МВт, а суммарная мощность геотермальных систем теплоснабжения достигает 28 000 МВт [1].
Россия обладает значительными запасами геотермальных ресурсов. Имеется опыт разработки и строительства ГеоЭС и геотермальных систем теплоснабжения. На Камчатке и Курильских островах много лет успешно эксплуатируется пять ГеоЭС, самая мощная из которых (50 МВт) – Мутновская – обеспечивает до 30 % всей потребляемой Камчат-кой электрической энергии [1]. Геотермальные системы теплоснабжения эксплуатируются на Камчатке, Курилах, в Дагестане, в Ставропольском и Краснодарском краях. Для этих целей ежегодно добывается до 30 млн м3 геотермальной воды с температурой 80–110 °С [2]. Также следует отметить, что наибольшее количество геотермальной воды добывается и используется в Краснодарском крае.
В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений, где пробурено 79 скважин с температурой теплоносителя на устье 75–110 °С и тепловой мощностью до 5 МВт. На рис. 1 приведены значения тепловой мощности и годовой выработки тепловой энергии основных геотермальных месторождений Краснодарского края [3].
Рисунок 1.
Тепловая мощность и годовая выработка тепловой энергии геотермальных месторождений Краснодарского края
С целью адаптации и отработки совместного применения российских и зарубежных энерготехнологий, использующих различные возобновляемые нетрадиционные источники энергии в Краснодарском крае, реализуется уникальный проект создания геотермального теплоснабжения пос. Розовый. В соответствии с бизнес-планом и проектно-сметной документацией система геотермального теплоснабжения пос. Розовый включает гелиоустановки для обеспечения горячего водоснабжения в летний период, когда геотермальные скважины не работают, накапливая гидропотенциал. Кроме того, в технологической схеме используется тепловой насос и фотоэлектрические модули.
Рисунок 2.
Структурная схема геотермального теплоснабжения
– две геотермальные скважины (3Т, 4Т) с общим расчетным дебитом 1 718,4 м3/сут. с повысительными насосами и баками;
– магистральные тепловые сети от скважин до ЦТП (Ду = 150 мм) общей протяженностью 1,6 км;
– центральный тепловой пункт тепловой мощностью 5,28 МВт с теплообменным и насосным оборудованием;
– гелиотеплонасосная установка производительностью 8–20 м3/сут. при температуре ГВС 55 °С;
– распределительные тепловые сети диаметром 32–150 мм общей протяженностью 12 км;
– сливной трубопровод обработанной геотермальной воды Ду = 200 мм, длиной 0,465 км;
– насосная станция аварийного расхолаживания;
– сети электроснабжения 10–0,4 кВ;
– трансформаторная подстанция 150 кВт;
– АСУ системы геотермального теплоснабжения.
Особенностью геотермальных скважин является снижение давления на устье до 3 м вод. ст. в отдельные дни отопительного сезона. Предусмотрены насосы с частотно-регулируемым приводом, баки разрыва струи, приборы учета тепловой энергии. Конструкция скважинного сборно-разборного павильона позволяет производить капитальный ремонт скважины.
Центральный геотермальный тепловой пункт запроектирован в центре тепловых нагрузок. Подключение системы теплоснабжения к геотермальным скважинам выполнено по независимой схеме. Расчетные температурные графики потребителей поселка 90–60 °С определяются существующими системами отопления. Система теплоснабжения поселка двухтрубная с открытым водоразбором на горячее водоснабжение. Геотермальная вода после нагрева теплоносителя системы теплоснабжения поселка поступает в теплообменники теплиц, работающих с расчетным температурным графиком 60–30 °С. Охлажденный геотермальный теплоноситель сбрасывается в существующий пруд.
Проектом предусмотрена насосная станция аварийного расхолаживания. В здании ЦТП помимо технологического оборудования предусмотрены помещения для демонстрационного центра технологий использования ВИЭ.
Проектом предусматривается на первом этапе сброс обработанной геотермальной воды в пруд, а на втором – ее обратная закачка. Для восстановления внутрипластового давления месторождения в летнее время запроектирована гелиоустановка для горячего водоснабжения с тепловыми насосами «воздух-вода» для нагрева воды при пасмурной погоде. На рис. 3 представлена схема данной гелиотеплонасосной установки с фотоэлектрическим приводом насосов. Солнечные коллекторы расположены на навесе на высоте 3,5–4,2 м над землей. Для электроснабжения циркуляционных насосов гелио-установки запроектированы фотоэлектрические преобразователи установленной мощностью 1 кВт.
Рисунок 3.
Схема гелиотеплонасосной установки
1 – солнечные коллекторы
2 – фотоэлектрические преобразователи (ФЭП)
3 – драйкулеры
4 – насос контура ТН
5 – тепловой насос (ТН)
6 – насос ТН-теплообменник
7 – тепловычислитель
8 – расходомер
9 – термодатчик
10 – теплообменник ТН
11 – насос контура теплообменника
12 – насос ГВС
13 – бак-аккумулятор
14 – инвентор ФЭП
15 – электродвигатель
16 – насос гелиоконтура
– надежное обеспечение теплоснабжения объектов в условиях переменного дебита скважин;
– каскадное срабатывание теплового потенциала геотермального теплоносителя последовательно в системах отопления жилых домов и далее в теплицах;
– восстановление давлений скважин в межотопительный период за счет работы на горячее водоснаб-жение гелиотеплонасосной установки;
– устойчивое горячее водоснабжение в межотопительный период от комбинированной солнечной водонагревательной установки с тепловыми насосами, использующими тепло воздуха;
– выделение отдельных контуров теплоснабжения объектов по этажности и назначению (теплицы).
Литература
1. Поваров О. С., Томаров Г. В. Развитие геотермальной энергетики в России и за рубежом // Теплоэнергетика. – 2006. – № 3.
2. Шетов В. Х., Бутузов В. А. Геотермальная энергетика // Энергосбережение. – 2006 – № 4. – С.70–71.
3. Бутузов В. А. Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии. Дис… д-ра техн. наук. – М., 2004.
Начало активности (дата): 27.02.2010
