CC BY
39УДК 631.371
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ С ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
В.А. Бутузов*, Г.В. Томаров**, В.Х. Шетов***
*ОАО «Южгеотепло», ул. Красная, 155/1, г. Краснодар, Россия тел. (861) 2156709, e-mail: [email protected] **ЗАО «Геоинком», ул. Ухтомская, 18 а, г. Москва, Россия, тел. (495) 3602386, e-mail: [email protected] ***ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий», ул. Гаражная, 81, г. Краснодар, Россия, тел. (861) 2154040, e-mail: [email protected]
При общей мощности работающих в мире геотермальных электростанций (ГеоЭС) 8912 МВт и систем геотермального теплоснабжения (СГТ) 28000 МВт в России эксплуатируются ГеоЭС мощностью 84,6 МВт, СГТ мощностью 300 МВт. Лидер развития российской геотермальной энергетики - ЗАО «Геоинком» (Москва). В наибольших масштабах геотермальные ресурсы в России для теплоснабжения используются в Краснодарском крае (12 месторождений, 79 скважин). Принят региональный закон по использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ), программа развития ВИЭ, разработаны пять бизнес-планов СГТ городов. Работу по развитию СТГ в регионе организует ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий». В 2008 г. начата реализация демонстрационного проекта геотермального теплоснабжения с гелиоэнергетической установкой в пос. Розовый (1000 чел., ЦЭ и НТ 3 га теплиц для роз).
Состав проекта: 2 скважины, ЦТП мощностью 5,3 МВт, 13,5 км тепловых сетей, гелиоустановка с тепловыми насосами (воздух-вода). Строительство данного объекта планируется завершить в 2009 г.
GEOTHERMAL POWER PLANT WITH A SOLAR POWER FACILITY V.A. Butuzov*, G.V. Tomarov**, V.Kh. Shetov***
*ОАО «Yuzhgeoteplo» **2АО «Geoinkom» ***Public Office «Center for Energy Saving and New Technologies»
While geothermal power plants operating all over the world generate 8912 MW and geothermal heat supply systems generate 28000 MW, the respective figures in Russia are 84.6 MW and 300 MW. The leading Russian company in geothermal power engineering is ZAO «Geoinkom» (Moscow). In Russia, the basic user of geothermal resources for heat supply is Krasnodar Region (12 fields and 79 wells), where the regional law on the use of renewable energy and the program for promoting renewable energy have been adopted and five business plans for geothermal heat supply systems in various towns have been worked out. Activities for promoting geothermal heat supply systems in the region are coordinated by Public Office «Center for Energy Saving and New Technologies». 2008 gave a start to the demonstration project for geothermal power supply, including a solar power facility in the settlement of Rozovy (1000 people, «Center for Energy Saving and New Technologies» , 3 ha of greenhouses for growing roses).
The project comprises 2 wells, a 5.3 MW central heat supply station, 13.5 km of heat network, and a solar power facility with heat pumps (for air and water). The project is expected to be completed in 2009.
I Ш J
Виталий Анатольевич Бутузов
Место работы: ОАО «Южгеотепло» (Краснодар).
Основные направления деятельности: гелиоэнергетические установки и геотермальная энергетика.
Образование высшее: инженер-теплоэнергетик. Доктор технических наук по специальности 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии». Профессор кафедры «Энергетика и возобновляемые источники энергии» Кубанского государственного аграрного университета.
Профессиональный опыт: 36 лет: на производстве (теплоэнергетика) - от мастера до заместителя главного инженера краевого объединения; на проектировании - от инженера до начальника проектно-конструкторского бюро; в науке - от аспиранта до доктора технических наук.
Основной круг научных интересов: гелиоэнергетические установки, солнечные коллекторы, геотермальная энергетика, комплексное использование возобновляемых источников энергии.
Количество публикаций: 146.
Григорий Валентинович Томаров
Место работы: ЗАО «Геоинком» (Москва).
Основные направления деятельности: геотермальная и атомная энергетика.
Образование высшее: инженер-механик. Доктор технических наук по специальности 05.14.14 «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты». Профессор кафедры «Теплоэнергетические установки» Московского государственного открытого университета.
Профессиональный опыт: 30 лет: на производстве (теплоэнергетика) - от инженера до генерального директора научно-технического предприятия; в научной деятельности - от аспиранта до доктора технических наук.
Основной круг научных интересов: геотермальная и атомная энергетика, проблемы гидрогазодинамики, эрозии-коррозии и водно-химического режима одно- и двухфазных потоков.
Количество публикаций: 122.
ПК-
Владимир Хчимович Шетов
Место работы: ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий», директор. Образование высшее: инженер-строитель. Доктор экономических наук. Профессиональный опыт: 23 года.
Основной круг научных интересов: экономика энергетики, геотермальная энергетика, ге-лиоэнергетические установки, комплексное использование возобновляемых источников энергии.
Состояние и тенденции развития
В современной энергетике все большее распространение получает использование возобновляемых источников энергии, в том числе геотермальных. В мире работают геотермальные электростанции (Гео-ЭС) общей установленной мощностью 8912 МВт, в том числе энергоблоки единичной мощностью 110 МВт. Мощность геотермальных систем теплоснабжения в мире - 28000 МВт [1].
Россия имеет большие запасы геотермальной энергии. Разведано 47 геотермальных месторождений, на которых пробурено более 3000 скважин общей стоимостью в современных ценах более 4-х миллиардов долларов США [1]. В СССР был составлен атлас ресурсов термальных вод и на его основе - схема их использования. Наибольшими геотермальными ресурсами обладает Камчатка, Курилы, Северный Кавказ.
Развитие геотермальной энергетики в нашей стране началось со строительства в 1966 г. на Камчатке Паужетской ГеоЭС мощностью 14,5 МВт. В 1967 г. также на Камчатке была построена первая в мире Па-ратунская бинарная ГеоЭС мощностью 0,8 МВт с промежуточным легкокипящим рабочим телом, что позволило использовать низкопотенциальные геотермальные ресурсы. В 1992 г. на острове Кунашир (Курилы) введена в эксплуатацию ГеоЭС «Омега-500» мощностью 0,5 МВт. Блочный принцип сооружения был успешно апробирован при строительстве в 1999 г. на Камчатке Верхне-Мутновской ГеоЭС мощностью 12 МВт. Самая мощная ГеоЭС России была построена в 2002 г. на Камчатке - Мутновская станция установленной мощностью 50 МВт (рис. 1).
Рис. 1. Мутновская ГеоЭС (Камчатка)
В 2006 г. завершено строительство Океанской Гео-ЭС на острове Итуруп (Курилы) мощностью 3,4 МВт. Таким образом, общая установленная мощность ГеоЭС России составляет 84,6 МВт. Геотермальные системы теплоснабжения эксплуатируются на Камчатке, Курилах, в Дагестане, в Ставропольском и Краснодарском краях. Мощность геотермальных систем теплоснабжения в России составляет около 300 МВт.
В настоящее время ведущей геотермальной инжиниринговой организацией России в развитии геотермальной энергетики является ЗАО «Геоинком» (генеральный директор Г.В. Томаров).
ОАО РАО «ЕЭС России» и ОАО «ГидроОГК» определило в качестве приоритетных следующие геотермальные проекты:
- сооружение II очереди Мутновской ГеоЭС мощностью 50 МВт;
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (66) 2008
© Scientific Technical Centre «TATA», 2008
- в Камчатской области: Паужетская и Мутнов-ская бинарные ГеоЭС с установленными мощностями соответственно 2,5 и 12 МВт, система геотермального теплоснабжения объектов Елизовского района мощностью 20 МВт;
- на Курильских островах: расширение Океанской ГеоЭС на острове Итуруп до 12,6 МВт, расширение Менделеевской ГеоЭС на острове Кунашир до 10 МВт, строительство Северо-Курильской ГеоЭС на острове Парамушир мощностью 12,5 МВт, система геотермального теплоснабжения г. Курильска на острове Итуруп мощностью 12 МВт;
- в Краснодарском крае: бинарная ГеоЭС мощностью 2,5 МВт и система геотермального теплоснабжения мощностью 40 МВт г. Лабинска; система геотермального теплоснабжения пос. Мостовского мощностью 20 МВт, демонстрационный проект геотермального теплоснабжения с использованием других видов возобновляемых источников энергии в пос. Розовый мощностью 5,3 МВт;
- в Ставропольском крае: бинарная ГеоЭС мощностью 4 МВт и система геотермального теплоснабжения на Казьминском месторождении мощностью 60 МВт;
- в Калининградской области: бинарная ГеоЭС мощностью 4 МВт и геотермального теплоснабжения г. Светлый мощностью 60 МВт.
Региональный опыт геотермального теплоснабжения
Из добываемых ежегодно в России 30 млн м3 геотермальной воды наибольшее ее количество используется в Краснодарском крае [2]. Этот быстро развивающийся регион с населением 5 млн человек нуждается в новых экологически чистых энергоресурсах. Практически на всей территории края есть геотермальные воды. В настоящее время здесь эксплуатируются 12 геотермальных месторождений, на которых пробурено 79 скважин с температурой теплоносителя на устье 75-110 °С и тепловой мощностью до 5 МВт каждая. На рис. 2 приведены значения тепловой мощности и возможной годовой выработки тепловой энергии основных геотермальных месторождений Краснодарского края [3].
Рис. 2. Тепловые мощности и годовая выработка теплоэнер-гии геотермальных месторождений Краснодарского края
В основе развития геотермального теплоснабжения в данном регионе - закон об использовании ВИЭ в Краснодарском крае. Законодательным собранием региона принята программа развития ВИЭ на 20062010 гг., предусматривающая в том числе строительство объектов геотермальной энергетики с объемом финансирования 105 млн рублей. Администрацией Краснодарского края работа по использованию геотермальных ресурсов поручена ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» (ЦЭ и НТ).
«ЦЭ и НТ» под руководством его директора д-ра экон. наук В.Х. Шетова в области геотермального теплоснабжения утверждена Концепция развития края, выполнены бизнес-планы городов Лабинска, Усть-Лабинска, Апшеронска, Горячего Ключа, Анапы, поселков Мостовской и Розовый.
Демонстрационный проект геотермального теплоснабжения в пос. Розовый
В Краснодарском крае наибольшим потенциалом обладают Вознесенское и Южно-Вознесенское месторождения (50 МВт), разделение которых носит условный характер. В гидрогеологическом отношении это одна система с одинаковыми параметрами скважин. Две скважины этих месторождений обеспечивают теплоснабжение поселка Розовый (1000 человек, 3 га теплиц для выращивания роз), расположенного в 200 км от Краснодара (Лабинский район, предгорье Малого Кавказа). Существующие тепловые сети поселка фактически пришли в негодность, оборудование теплового пункта не обеспечивает в необходимых объемах и требуемого качества теплоснабжения населения и теплиц.
В 2007 г. по заказу ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» и администрации муниципального образования Лабинского района ЗАО «Геоинком» (Москва) разработало проект модернизации геотермального теплоснабжения пос. Розовый, в котором были решены следующие задачи:
- надежное теплоснабжение объектов в условиях переменных дебитов скважин;
- каскадное срабатывание теплового потенциала геотермального теплоносителя последовательно в системах отопления жилых домов, далее в теплицах со сбросом в рыборазводные пруды;
- восстановление внутрипластовых давлений скважин в межотопительный период за счет работы гелио-энергетической установки (горячее водоснабжение);
- выделение отдельных контуров теплоснабжения объектов по этажности (здания поселка) и назначению (теплицы).
Структурная схема теплоснабжения пос. Розовый показана на рис. 3. Данная система состоит из двух геотермальных скважин ( № 3Т, № 4Т) с общим расчетным дебитом 1718,4 м3/сут., магистральных тепловых сетей от скважин до центрального теплового пункта (ЦТП) в центре поселка диаметром 150 мм и протяженностью 1,6 км, ЦТП тепловой мощностью
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (66) 2008
© Научно-технический центр «TATA», 2008
131
5,28 МВт, гелиоэнергетической установки с тепловыми насосами производительностью до 30 м3/сут. при температуре 55 °С, распределительных тепловых сетей диаметрами от 150 до 32 мм общей протяженностью 12 км, сливного трубопровода охлажденной геотермальной воды диаметром 200 мм протяженностью 0,5 км, насосной станции аварийного расхолаживания, сетей электроснабжения 10 кВ и 0,4 кВ, трансформаторной подстанции мощностью 150 кВт, АСУ системы теплоснабжения.
Piia 3. Структурная схема геотермального теплоснабжения
Нестабильность гидравлического режима, износ оборудования потребовали выполнения модернизации геотермальных скважин. На рис. 4 представлена принципиальная схема обустройства скважин.
Описание схемы: геотермальная вода от скважины «1» с расчетным расходом 39,38 м3/ч через клапан регулятора уровня «4» поступает в бак разрыва струи «7» вместимостью 6 м3, оборудованный датчиками уровня «6». Работой клапана «4» управляет контроллер «5» - «Контар» МС8. При достаточном давлении геотермального теплоносителя (осень, весна) - 2 кгс/см2 предусмотрена возможность работы с открытой байпасной линией с задвижкой «11». Подача геотермальной воды к ЦТП производится автоматизированной насосной станцией «8» АНУ2 АЦМС 45-2-2 с частотным регулированием по датчику давления. Учет геотермального носителя осуществляется комплектом приборов: расходомеры электромагнитные ПРЭМ «3», датчик температуры Pt-100, датчик давления Метран-55-515-МП, тепло-вычислитель ВКТ-5 «12». Информация контроллера заполнения бака «5», насосной станции «7», тепло-вычислителя «11» после обработки в щите автоматики «9» посредством модема «10» по GSM каналу передается на сервер АСУ ЦТП.
к ЦТП
Рис. 4. Схема обустройства скважин и системы подачи геотермального теплоносителя на ЦТП
Для обеспечения оперативности производства ремонтных работ фонтанной арматуры и ствола скважины, опытной обратной закачки геотермальной воды они выполнены разборными металлическими с технологической шахтой в верхней части для спуска приборов.
На рис. 5 и 6 представлены павильоны скважин до и после модернизации. Особенностью конструкции сборно-разборного павильона (рис. 6) является возможность выполнения капитального ремонта скважин.
Решетка приточная
Вентиляционная шахта вытяжная
Каркас кровли
Секции панельные
Отмостка
ешетка приточная
Рис. 5. Скважина № 3-Т до модернизации
Рис. 6. Павильон скважины после модернизации
Рис. 7. Технологическая схема ЦТП
Схема подключения систем отопления зданий поселка и теплиц - независимая двухступенчатая. На рис. 7 приведена принципиальная тепловая схема геотермального ЦТП.
Геотермальный теплоноситель каждой скважины после грязевиков «1» в I ступени пластинчатых теплообменников «2» Е = 44,0 м2 нагревает теплоноситель системы теплоснабжения поселка, во II ступени пластинчатых теплообменников «3» Е = 164,9 м2 нагревает теплоноситель теплиц и с температурой
30 °С насосами 4 подается по сливному трубопроводу в пруд. На сливе геотермальной воды в пруд запроектирована автоматизированная станция с насосами «5» для аварийного расхолаживания.
При увеличении температуры геотермальной воды свыше 30 °С по сигналу датчика температуры Р-100 контроллер «6» включает в работу насосы «5» и закрывает регулирующий клапан «7». Регулирование температуры сетевой воды на системе отопления жилых зданий и теплиц осуществляется контролле-
"Д\ ^ i
133
ром «8» типа «КОНТАР» по температуре наружного воздуха изменением расхода геотермального теплоносителя трехходовым регулирующим клапаном «9» типа VFG 34 и регулирующим клапаном «10» типа VFG2. Циркуляция теплоносителя в системах отопления зданий поселка осуществляется насосами «11» типа Hydro МРС-Е 3 CRV45-2 с частотным регулированием. Подпитка данного контура производится химочищенной водой в установке «12» типа RFS-1061/50SE-ALT1 в течение отопительного сезона и после гелиоустановки в межотопительный период. Циркуляция теплоносителя в системе теплоснабжения теплиц производится насосами «13» типа ТРЕ 65-410/2. Подпитка данного контура предусмотрена геотермальной водой регулирующим клапаном «14» после насоса «4».
ЦТП оборудован пятью узлами учета теплоносителя и тепловой энергии. Тепловычислитель «В1» учитывает расходы, температуры, количество тепловой энергии геотермального теплоносителя на входе в ЦТП от каждой скважины, расход и температуру количества тепловой энергии охлажденного геотермального теплоносителя на выходе из ЦТП. Тепло-вычислитель «В2» учитывает расходы, температуры, количество тепловой энергии, подаваемой в системы отопления 3-этажной застройки, подпиточной воды. Тепловычислитель «В3» учитывает расходы, температуры, количество тепловой энергии, подаваемой в систему.
На рис. 8 и 9 представлено оборудование ЦТП до и после модернизации, а на рис. 10 - здание строящегося ЦТП.
Рис. 9. Оборудование ЦТП после модернизации
Рис. 10. Здание строящегося ЦТП
В едином комплексе ЦТП на навесе с колоннами высотой 4 м запроектирована гелиоэнергетическая установка (рис. 11). На первом плане - фотоэлектрические модули установленной мощностью 1 кВт.
Рис. 8. Оборудование ЦТП до модернизации
Рис. 11. Гелиоэнергетическая установка
Схема гелиоэнергетической установки включает блок солнечных коллекторов, фотоэлектрические преобразователи, тепловой насос и другое оборудование (рис. 12).
Целью проекта является демонстрация преимуществ, внедрение и совершенствование отечественных энерготехнологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (геотер-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (66) 2008
© Scientific Technical Centre «TATA», 2008
мальное тепло, солнце, биомасса и др.) с отработкой реальной модели по организации и работе предприятия, основной деятельностью которого является коммерческое использование геотермальных и дру-
гих ВИЭ в условиях рыночных отношений и инвестиционного климата Краснодарского края.
В 2008 году начата реализация геотермального демонстрационного проекта со сроком ввода в эксплуатацию в 2009 г.
Рис. 12. Схема трубопроводов 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
Список литературы 2. Шетов В.Х., Бутузов В.А. Геотермальная энер-
гетика // Энергосбережение. 2006. № 4. 1. Поваров О.С., Томаров Г.В. Развитие геотер- 3. Бутузов В.А. Повышение эффективности сис-мальной энергетики в России и за рубежом // Тепло- тем теплоснабжения на основе возобновляемых ис-энергетика. 2006. № 3. точников энергии. Диссертация доктора технических
наук: 05.14.08-ЭНИН, Москва, 2004.
