Сферы применения ORC-установок

Использование ORC в геотермальной энергетике

Геотермальные источники энергии

Геотермальная энергетика — это направление энергетики, использующее тепло, получаемое из земных недр.

Температура ядра Земли предположительно составляет 5400 градусов Цельсия, при этом поверхность планеты является достаточно холодной. В земной коре температура повышается по мере увеличения глубины в среднем на 25–30 °C/км, однако на границах тектонических плит горячие породы могут находиться вблизи от поверхности. Такие горячие породы являются основным источником тепла для современных геотермальных электростанций.

Основными преимуществами геотермальной энергии являются ее прак-тическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружаю-щей среды, времени суток и поры года. Тепло горных пород переносится с помощью воды. Существует несколь-ко способов ее нагрева в горных породах, которые широко применяются в геотермальной энергетике.

Гидротермальные системы. Вода естественным образом проникает в трещины и поры горных пород, где нагревается за счет тепла земной коры. Такую воду извлекают из специально пробуренных скважин. Использование горячих источников и гейзеров. Вода, нагреваемая магмой или горными породами, поднимается на поверхность в виде горячих источников или гейзеров.

Искусственное создание резервуаров. Вода закачивается в скважину, где она нагревается и затем извлекается. После использования для выработ-ки электроэнергии охладившаяся вода вновь закачивается в скважину и снова нагревается. Данный цикл является замкнутым.

В жидкости, извлекаемой из скважин, помимо воды, содержатся соли, а также различные растворенные газы. Такой раствор является геотермальной жидкостью.

Геотермальные электростанции

Геотермальная электростанция — тепловая электростанция, которая вырабатывает электрическую энергию из тепла, полученного из подземных источников.

Для производства электроэнергии используются три вида геотермальных электростанций:

• системы, использующие сухой пар. В данных системах температура геотермального источника находится в диапазоне 250—300 °C, и на поверхность Земли поступает только пар. Из скважины пар нагнетается непосредственно в турбину, соединенную с электрогенератором. Это самый простой способ получения энергии. Однако таких источников на планете, к сожалению, мало. 

• системы, использующие влажный пар. Если температура геотермального источника превышает 150 °C, то из скважины поступает смесь пара и жидкости. Перед тем как направить пар в турбину, его отделяют от жидкости (ее закачивают обратно в скважину). Перед закачкой тепло этой жидкости утилизируют для выработки электроэнергии. 

• бинарные системы. Из скважины извлекают геотермальную жидкость, являющуюся источником тепла, которое, в свою очередь, используется для нагрева и испарения легкокипящей жидкости, приводящей в движение турбину. После использования геотермальная жидкость снова закачивается в скважину. В данной системе задействованы два контура — геотермальной и легкокипящей жидкости, поэтому она называется бинарной.

В настоящее время прирост установленной мощности геотермальных электростанций осуществляется в основном за счет сооружения энергоблоков с бинарным циклом. Именно бинарные ORC-электростанции производятся корпорацией TICA Group и поставляются ее официальным представителем в России и странах СНГ — компанией «ТИКА ПРО».

Причины широкого распространения ORC-систем в геотермальной энергетике:

• Возможность использования низкотемпературных источников тепла; 

• более высокий КПД при использовании среднетемпературных источников тепла;

• модульность. ORC-энергоустановки могут быть размещены непосредственно возле устья скважины, благодаря чему сокращаются тепловые потери при перекачке геотермальной жидкости; 

• модульность и малые габариты установки упрощают монтаж оборудования, в том числе в отдаленных районах; 

• простота наращивания установленной мощности электростанции благодаря вводу в эксплуатацию новых скважин и добавлению дополнительных ORC-модулей; 

• маломощные ORC-установки дают возможность использовать скважины с небольшим дебитом (расходом) геотермальной жидкости; 

• турбина не подвергается эрозии, как в случае использования влажного пара. В результате увеличивается рабочий ресурс турбины; 

• надежность ORC-установок, возможность их эксплуатации при низких температурах; 

• простота обслуживания.

Использование ORC в солнечной энергетике

Особенности тепловых солнечных электростанций

Принцип работы типичной тепловой солнечной электростанции выглядит следующим образом. Система зеркал различной формы концентрирует солнечное излучение на теплоприемнике. В нем энергия солнечного излучения превращается в тепло, которое передается теплоносителю. В свою очередь он отдает тепло турбогенератору, вырабатывающему электроэнергию. Как правило, турбогенератор работает в соответствии с циклом Ренкина с водяным паром. Система эксплуатируется при температуре от 400 °C и выше, которая может быть достигнута только при высокой концентрации солнечной энергии.

Оптическая система позволяет фокусировать на теплоприемнике только прямые солнечные лучи. Рассеянное солнечное излучение в основном не попадает на теплоприемник, и существенная доля энергии теряется. В течение дня необходимо постоянно следить за положением Солнца и постоянно подстраивать зеркала. Система подстройки значительно увеличивает стоимость как изготовления, так и эксплуатации электростанции. Использование паров органических жидкостей вместо водяного пара в солнечной энергетике имеет те же преимущества, что и при других вариантах эксплуатации ORC-систем:

• более высокий КПД; 

• небольшие габариты установки; 

• более простая конструкция.