Геотермальная энергетика

Геотермальная энергия, т.е. теплота недр Земли, уже используется в ряде стран, например в Исландии, России, Италии и Новой Зеландии. Земная кора толщиной 32-35 км значительно тоньше лежащего под ней слоя - мантии, простирающейся примерно на 2900 км к горячему жидкому ядру. Мантия является источником богатых газами огненно-жидких пород (магмы), которые извергаются действующими вулканами. Тепло выделяется в основном вследствие радиоактивного распада веществ в земном ядре. Температура и количество этого тепла столь велики, что оно вызывает плавление пород мантии. Горячие породы могут создавать тепловые "мешки" под поверхностью, в контакте с которыми вода нагревается и даже превращается в пар. Поскольку такие "мешки" обычно герметичны, горячая вода и пар часто оказываются под большим давлением, а температура этих сред превышает точку кипения воды на поверхности земли. Наибольшие геотермальные ресурсы сосредоточены в вулканических зонах по границам корковых плит.

Основным недостатком геотермальной энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены, если изыскания не показывают наличия значительных залежей горячей породы или возможности бурения скважин до мантии. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.



Разработанные в ЭНИН геотермальные установки с использованием паро-водяной смеси, поступающей непосредственно из геотермальной скважины, или пара после сепараторов ГеоТЭС, и струйных насосов-инжекторов предназначены для горячего водо- и теплоснабжения и для реинжекции сливных вод в пласт через скважины закачки.

Они могут существенно (в 2-3 раза) снижать минерализацию солей в воде благодаря смешению с холодной и слабоминерализованной водой из поверхностных источников, а также подавать горячие рассолы на предприятия для извлечения из них ценного сырья. Т.е. они устраняют загрязнение (тепловое и солевое) окружающей среды, характеризуются простотой, надежностью и низкой стоимостью.

Струйный насос (инжектор-конденсатор) работает как насос, поднимающий воду из источника и подающий ее потребителю. Струйный насос содержит паровое и жидкостное сопла, камеру смешения и диффузор. В камере смешения струйного аппарата, являющейся эффективным теплообменником смешивающего типа, происходит ее интенсивный нагрев, а в диффузоре - существенное повышение давления. Такой насос не требует ухода, достаточно дешев и несложен в изготовлении и обслуживании. В нем отсутствуют трущиеся и вращающиеся детали, что гарантирует длительный срок службы.

Характеристики струйного насоса позволяют эффективно работать в достаточно широком диапазоне изменения режимных и геометрических параметров. В частности, для регулирования выходных параметров в насосах на Паужетке (Камчатка) применен сменный набор горловин диффузора.

Важной особенностью струйных насосов в геотермальных установках является то, что для перекачки горячей воды используется вторая ступень инжектора. При этом струйные насосы заменяют дорогостоящие и громоздкие центробежно-вихревые насосы с электроприводом для работы на горячих минерализованных водах.

В ЭНИНе были созданы и успешно использовались на Камчатке различные по конструкции и по производительности струйные насосы, перекачивающие или поднимающие из источника от 1 до 60 т/час холодной и горячей минерализованной воды. Габариты инжекторов - длина 0,5 - 3,5 м, диаметр до 0,3 м, масса - от 5 до 350 кг.

Установки и их отдельные элементы защищены патентами РФ, США и других стран. Они могут быть успешно применены и на других геотермальных месторождениях, аналогичных Паужетскому.