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 Камчаткой 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].
Рис. 1. Тепловая мощность и годовая выработка тепловой энергии
геотермальных месторождений Краснодарского края
В соответствии с программой, утвержденной законодательным собранием Краснодарского края, ведется работа по широкому внедрению геотермальных ресурсов в экономику региона. Разработаны концепции развития геотермального теплоснабжения, бизнес-планы геотермального теплоснабжения гг. Лабинск, Усть-Лабинск, Горячий Ключ, Апшеронск, Анапа, пос. Мостовский [2], в основу которых заложен принцип высокоэффективного комплексного использования геотермальных ресурсов в энергообеспечении жилищно-коммунальных хозяйств, промышленных предприятий и объектов социально-бытового и лечебно-оздоровительного назначения. Наибольшим потенциалом обладают Вознесенское и Южно-Вознесенское месторождения (50 МВт), разделение которых носит условный характер.
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.
Структурная схема системы геотермального теплоснабжения показана на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема геотермального теплоснабжения
В схему входят:
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 гелиоустановки запроектированы фотоэлектрические преобразователи установленной мощностью 1 кВт.
Рис. 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
При работе над этим проектом были решены следующие основные задачи:
- 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 водоснабжение 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. Диссертация д-ра техн. наук. - М., 2004.
Опубликовано в журнале
Энергосбережение № 3/2008
