Геотермальная энергетическая станция

«Энергияның балама көзі»

«Геотермальді жылыту жүйелері»

Мусагалиев Елжас

3- курс (мамандығы «Электрмен қамтамасыз ету

(салалары бойынша)»

мемлекеттік коммуналдық қазыналық кәсіпорны

“ Орал газ, мұнай және салалық технологиялар колледжі”

Ғылыми жетекшісі: А.Н.Галиаскарова

Орал-2017

Мазмұны

Кіріспе

1.Геотермальды станциялар туралы жалпы мәлімет

2. Геотермалды станциялардың жұмыс принципі

3. Қазақстанда геотермалдық энергетиканың әлеуеті

4. Геотермальды жылыту жүйелері және оны пайдаланудың тиімділігі

Қорытынды

Қолданылған әдебиеттер

Тақырыптың өзектілігі:

Қазіргі таңда дүниежүзінің көптеген елдері жасыл экономика принципін қабылдап, осы бағытта жұмыстанып жатырғаны белгілі. Осы бағытта біздің елімізде де көптеген жаңалықтар енгізілуде. Алайда, геотермальды энергияны қолдану, әсіресе, оны жылыту үшін пайдалану мәселесі әлі де толық зерттеліп, қолданысқа енбей жүрген бағыттардың бірі болып табылады. Сол себепті, аталған жұмыста, осы энергия түрінің ерекшеліктері мен оны қолдану мүмкіндігіның кең аясын көрсетсем деймін. Осы энергия түрін қолдану арқылы еліміздегі экономикалық және экологиялық мәселелерді шешуге ат салысамын деген ойдамын.

«Геотермальді жылыту жүйелері»

Соңғы жылдары экология мәселелері үнемі елдің назарында. Олар әртүрлі әлемдік симпозиумдарда, ғылыми конференцияларда одан басқа әлемдік державалардың басшылары бас қосқанда кеңінен талқыланады. Өнеркәсіптің даму қарқыны, еліміздің өсуі мен болжанған ресурстар тапшылығы, еліміздің Үкіметін, экологиялық мәселелерді жаңаша қарауға және Қазақстанды жасыл экономикаға өтуіне итермеледі.

Жасыл экономика бұл экономикалық теориядағы жаңа бағыттардың бірі. Ол табиғи ресурстарды «табиғи капитал» ретінде қарастырады. Осындай тәсіл, экономиканың табиғатпен байланысын және қолдану принциптерін өзгертеді де, ол мынадай шекті, қорландыру және табиғи ресурстарды жұмсау деген терминдерді анықтайды.

Жасыл экономика теориясы үш негізгі принциптерге негізделеді:

- шектелген кеңістікте ықпал етуді шексіз ұлғайту мүмкін емес;

- шектелген ресурстар жағдайында шексіз ұлғайып жатқан талаптардың қанағаттандырылуын сұрау мүмкін емес;

- жер бетіндегі барлығы өзара байланыста болады.

Қазіргі таңда дүниежүзінің көптеген елдері жасыл экономика принципін қабылдаған. Осы мемлекеттердің экономикалық даму саясаты өнеркәсіптік өндіріс өсімін оңтайландыруға және қоршаған ортаға үнемді көзқарасқа негізделеді. 2013 жылдың 1 маусымында Қазақстан Президенті Н.Назарбаев Қазақстан Республикасы «жасыл экономикаға» өту Тұжырымдамасы жөніндегі Жарлыққа қол қойды.

Президенттің Жарлығында үнемі Қазақстан Республикасының «жасыл экономикаға» өту жөніндегі Тұжырымдамасына сілтеме беріледі. Нақты іс шараларды анықтап қарайтын, жүзеге асыру қабылданған кезде ол еліміздің экономикалық дамуын әлемдік экологиялық талаптарға және стандарттарға негіздеп жасауға мүмкіндік беретін өте үлкен және кешенді құжат болып табылады.Менің ойымша, бұл тек экология саласындағы мамандардың қадала қарайтын немесе оқитын мәселесі емес, сонымен қатар, кәсіпкерлер, мемлекеттік қызметкерлер тағы басқа қарапайым азаматтардың да назарында болуына лайық.

1.Геотермалдық энергетика –  жер қойнауы астындағы энергия есебінен электр энергиясын  және  жылу энергиясын өндіру.Геотермалдық энергетиканың басымдылығы қоршаған орта үшін оның толық қауіпсіздігі болып табылады.  Жоғары температуралы геотермалдық көздерден 1 кВт электр энергиясын өндіру кезінде бөлінетін СО2 саны 13-тен 380 г-ға дейін құрайды (мысалы, көмір үшін ол1 кВт сағ. 1042 г. тең). Алайда, Жер жылуы тым «шашыраңқы», және де әлемнің көптеген аудандарында адам энергияның шамалы ғана бөлігін пайдамен қолдана алады. Соның ішінде пайдалану үшін жарамды геотермалдық ресурстар жер қабаты қалыңдығының жоғарғы 10 километрінің шамамен 1% жалпы жылусыйымдылығын құрайды немесе 137 трлн. ш.о.т. Мұндай стансаны салу өте қымбат, бірақ пайдалану шығыстары өте төмен,  бұл қолайлы объектілерге  арзан энергияны алу мүмкіндігін береді. Бұл энергия жер қыртысындағы жылуды іске жаратады.

Геотермалдық энергияны өндіру кезінде электр стансаларының үш түрі қолданылады:  құрғақ буды,  булауды және бинарлық буды іске жарататын.

• Құрғақ будағы күшті агрегаттар жер қыртысының жарылған жерлерінен буды іске жаратады және генераторды айналдыратын турбиналарды тікелей іске қосу үшін пайдаланылады;

• Булау негізіндегі электр стансалары 200°С температурада жердегі ыстық суды іске жаратады, оған үстіне көтерілгенде қайнауға мүмкіндік береді, сонан кейін булы/су сепараторларда бу фазасын турбиналар арқылы өткізеді;

• Бинарлық будағы стансаларда ыстық су жылу алмастырғыштар арқылы өтеді, турбинаны айналдыратын органикалық сұйықтықты қайнауға келтіреді. Бу конденсаты және қалған геотермалдық сұйықтық стансаның барлық үш түрінде шығарда одан әрі температураны жинау үшін ыстық жер қойнауына қайтадан қайтады.

Жер ядросының геотермалдық энергиясы кейбір жерлерде басқаларға қарағанда, жер бетіне жақын.  Жер асты буына немесе суына қол жеткізуге және үстіне дренаждауға болатын жерлерде,  оларды электр энергиясын өндіру үшін пайдалануға болады. Мұндай геотермалдық көздер жердің кейбір геологиялық тұрақсыз аймақтарында бар, мысалы, Чилиде, Исландияда, Жаңа Зеландияда, АҚШ-та, Филиппинда және Италияда. Мұндай жерлердің екі ең айқын өкілі АҚШ-та Йеллоустоун бассейнінде және солтүстік Калифорнияда. Исландия 170 МВ геотермалдық энергия өндіреді, ал 2000 жылы елдегі барлық тұрғын-үйлердің 86 % геотермалдық энергиямен жылытылды. Жалпы алғанда, операциялық энергияның шамамен 8 000 МВт қолда бар.

 Сондай-ақ, ыстық тас түрлерінен геотермалдық энергия алудың да әлеуеті бар. Ол үшін тереңдігі 3 км. канал қазу қажет. Мұндай каналдардың кейбіреуі суды жерге ағызып тартады, кейбірі сыртқа ағызып тартады. Жылу ресурсы мынадан тұрады: жер астында ыстық, радиогендік граниттік қазба түрлері бар, олар қазба түрлері мен жер беті арасында тұнбаның жеткілікті қабаты болғанда қызады. Бүгінде кейбір компаниялар Австралияда осы технологияны зерттеуде.

Жылу сорғылары – ыстық сумен қамтамасыз ету және жылыту үшін жеке меншік коттедждерден, көппәтерлі тұрғын үйлерден, әлеуеті төмен көздің жылуын пайдалану есебінен, одан да жоғары температуралы жылу тасығышқа оны тасымалдау арқылы жылу алуға мүмкіндік беретін тиімді және экологиялық таза жылу жүйелер болып табылады.

2. Кез келген жылу сорғысы үш негізгі агрегаттан: жылу алмастырғыштан (буландырғыш), компрессордан (қысымды көтеретін) және конденсатордан тұрады. Бұл агрегаттар бір-бірімен тұйықталған құбырмен байланысқан. Құбыр жүйесінде хладагент циркуляцияға түседі, ол циклдің бір бөлігінде сұйықтық, басқасында –газ. Әр жылу сорғысында жылу көзі болуы қажет, оның температурасының төмендігі соншалық (0-25°С), оны тікелей пайдалану мүмкін емес. Жылу көзі ретінде таулы-тас түрі, жер (грунт) немесе су болуы мүмкін. Жылу сорғысының жұмыс істеу принципі келесідей. Салқындалған жылу тасығыш жерге немесе көлдің түбінде төселген құбырдан өткенде бірнеше градусқа қызады. Сонан кейін жылу сорғысының ішінде жылу тасығыш, жылу алмастырғыш (буландырғыш) арқылы қоршаған ортадан жиналған жылуды хладагентпен толтырылған жылу сорғысының ішкі контурына береді. Хладагентте қайнаудың өте төмен температурасы бар. Буландырғыш арқылы өтіп, ол сұйықтық күйінен газ тәріздес күйге түседі. Бұл төмен қысымда және -5°С температурасында болады. Буландырғыштан газ тәріздес хладагент компрессорға түседі, сол жерде жоғары қысым мен жоғары температура күйіне дейін сығылады. Одан кейін ыстық газ екінші жылу алмастырғышқа, конденсаторға түседі. Конденсаторда үйді жылыту жүйесінің кері құбырынан ыстық газ бен жылу тасығыш арасында жылу алмасу болады. Хладагент өз жылуын жылыту жүйесіне береді, салқындайды да, қайтадан сұйықтық күйіне ауысады, ал жылыту жүйесінің қызған жылу  тасығышы жылыту құралдарына  түседі.  Конденсатор арқылы өткеннен кейін сұйық хладагент әлі суыған болуы мүмкін, ал жылыту жүйесінің тікелей құбырының су температурасы қосымша орнатылған сабкулер (сабкулер–қосымша энергияны алу құрылғысы) арқылы көтеріледі. Хладагенттің арнайы редукциялық клапан арқылы өтуі кезінде оның (хладагенттің) қысымы төмендейді, ол қайтадан буландырғышқа түседі, содан кейін жүйенің сыртқы контурына барады. Осылайша цикл қайталанып отырады.

Жылу сорғылары  энергияның жылу көздері ретінде жер учаскесінің грунтын пайдалануына болады. Жылу тасығыш циркуляцияға түсетін құбырды тереңдігі 80 см.-ден 1.30 см.-ге дейінгі жерге көмеді, бұл аймақ климатының және топырақтың тоңдану тереңдігіне байланысты (көршілес құбырлар арасындағы ең аз қашықтық –0,8–1 м. болуы тиіс). Ешқандай топырақтың арнайы әзірлеуі  талап етілмейді. Грунтқа  кейбір талаптар ғана бар.  Сөйтіп, ылғалды грунты бар,  мінсіз түрі – жер асты сулары жақын келген учаскені пайдалану дұрыс.   Алайда  жүйені орнату үшін құрғақ грунт кедергі болмайды, тек қана контур ұзындығын (құбырдың) ұлғайту керек. Құбырдың 1 метріне келетін жылу қуатының шамалы мәндері  20-30 Вт. Сонымен, өнімділігі 10 кВт жылу сорғысын орнату үшін ұзындығы 350-450 метр жер контуры қажет. Оны төсеу үшін аумағы шамамен 400 шаршы м. жер учаскесі қолайлы. Ал бау-бақша өсімдіктеріне келсек, дұрыс есептегенде, контурдың  жасыл желектерге ешқандай әсер жоқ. Сондай-ақ, жылыту үшін жартас түрлерінің жылуын пайдалану мүмкіндігі бар.  Жартаста тереңдігі 60-200 м. (тереңдігі үйдің жылудағы қажеттілігіне және жылу сорғысының көлеміне байланысты) және диаметрі 10-15 см. жылу скважинасы бұрғыланады. Бұрғы скважинасына «U» әрпінің қалпы бар құбыр орнатылады. Бұл жылу сорғысының жұмыс істеу принципі жылу грунтын пайданудағымен бірдей.  Жер асты суларын да,  грунта бұрғыланған скважиналар арқылы жылу көзі ретінде пайдалануға болады. Жақын арадағы су айдындары немесе өзендер мінсіз нұсқа болып табылады.  Мұндай әдістің басымдығы – қысқа сыртқы контурда, қоршаған ортаның «жоғары» температурасында (су айдынында қыста температура  жайлы және +4С-тан төмен сирек түседі), жылу сорғысымен энергияны түрлендірудің жоғары коэффицентінде. 1 метр құбырға келетін жылу қуатының шамалы мәні – 30 Вт. Сонымен, өнімділігі 10 кВт жылу сорғысын орнату үшін көлге ұзындығы 300 м. контур төсеу қажет. Құбыр бетіне қалқып шықпауы үшін «шлангтың» бір погондық метріне шамамен 5 кг. жүкті іледі. Назар аударыңыз, құбыр неғұрлым терең  салынған болса, оны зақымдау тәуекелі аз.  Тәжірибе көрсеткендей, жылу сорғысы жылыту мен ыстық сумен қамтамасыз етудегі жалпы жылдық энергия қажеттілігін 70-90% (жылу көзіне байланысты) жабуы тиіс. Қыста төмен температурада жылу сорғысы жинақталған пиктік  доводчик немесе қолда бар қазандық жабдықтарымен бірге  қолданылады. Жылу сорғысының және де жылу көзінің қуаты көптеген факторлармен байланысты: үйдің энергетикалық қажеттілігімен, оның оқшаулануымен, салынған жылымен, орнатылған жылыту жүйесімен және т.б. Тәжірибе көрсеткендей, жылу сорғысы қоршаған ортаны зиянды қоқыстармен ластамай және табиғи ресурстарды шамадан тыс тұтынбай, жылыту үрдісін жүзеге асыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар ақшалай шығындардың азаюы да байқалады.

3. Қазақстан орта және төмен температурадағы геотермалдық судың елеулі ресурстарына ие. Қапланбек (Шымкент қаласынан жақын арада) геотермалдық кенішінің су температурасы 80°С, тұрғын-үйлерді жылумен жабдықтау үшін пайдаланылады. Алматы қаласының жанында температурасы 80-120°С  геотермалдық көз бар, ол қыста жылыжайды жылытуға және жазда ауабаптағыш ретінде пайдаланылады. 2007 жылдағы жағдайға қарағанда, Қазақстан геотермалдық ресурстарды электр энергиясын өндіру үшін пайдаланбайды.

Геотермалдық ресурстарды бағалау мұнай мен газды барлау және өндіру үшін бұрғыланған көптеген скважиналар негізінде жүргізілді. Болашағы зор геотермалдық резервуарлар Қазақстанның оңтүстігі мен оңтүстік-батысында борлық түзілулерден пайда болды. Негізгі геотермалдық аудандар:

• Шымкент қаласының маңында, Жамбыл, Қызылорда, тереңдігі 1200-2100 м, температура 45-80 ° С,  жалпы минералдау 1 г/л.

• Шу өзенінің алқабы және Қызылқұм шөлінің солтүстігі; геотермалдық градиент 35 °/ км, температура 80-90 ° С, жалпы минералдау 1,5 г/л.

• Іле өзенінің алқабы(Панфилов егісі); борлық сусорғы көкжиегі –тереңдігі 2000-3500 м, температура 90-115 °C, жалпы минералдау 1,5 г/л, жұмсау 20-90 л/с; аса терең (4500 м) сусорғы көкжиегі температурасы 170 ° C. араласуымен анықталды.

• Алматы қаласының төңірегі; тереңдігі 2500-3500 м, температура 80-120 ° C.

• Талдықорған облысы; ыстық (90°С)  судың елеулі ресурстары табылды.

• Үстірт платосы (Каспий теңізінің жағалауы жанында); мұнай скважиналарының деректері ыстық судың ( 120°C) елеулі ресурстарын көрсетеді  ( 120 ° C).

4.Бірнеше уақыттан бері адамдардың өздерінің қажеттілігін өтеуге бағытталған белсенділігі қоршаған ортаға өз әсерін тизізуде. Жылу электр станцияларының қоршаған ортаға тигізер әсері орасан болғандықтан геотермальды жылыту жүйесін пайдаланудың белсенділігі артуда.

Америка мен Еуропа елдерінде геотермальды қондырғылар көп уақыттан бері жылу энергиясының көзі ретінде қолданылып келеді,соның ерекшеліктері мен артықшылықтарын таразылай отырып, мен де осы дәстүрлі емес энергия көзін елімізде жылу жүйесі ретінде қолдануды ұсынғым келеді.

Мұндай энергия көзінің экологиялық потенциалы мен рентабельділігі оның құнының жоғарылығына қарамастан болашақта дүние жүзі бойынша кең қолданысқа ие болады деп ойлаймын. Оның жұмыс жасау жүйесі жер жылуын тұтыну мен оны түрлендіруге негізделгенін атап өтсем деймін.

Геотермальды жылыту жүйесінің қондырғысын қарапайым тоңазытқыш жұмысымен түсіндіруге болады. Принципиалды айырмашылығы тоңазытқыш салқындатылған ауамен жұмыс жасаса, жылыту жүйесінің насосы жылытылған ауамен жұмыс жасайды.

Үйді жылытудың тереңдетілген жүйесінің жұмыс принципі жер энергиясы есебінен ерекше жабдықты қолдануға негізделген. Ол келесі жұмыстарды атқарады: қоршаған орта жылуын аккумиляциялайды да оны жылыту жүйесінің жылу таратқышына береді. Бұл үшін келесі түйіндер қолданылады:

• Буландырғыш – жердің астына тереңдетіп орнатылады. Буландырғыштың негізгі міндеті- топырақтағы жылу энергиясын өзіне сіңдіріп алу болып табылады.

• Конденсатор – антифризді қажетті температураға дейін жеткізеді.

• Жылу насосы – антифризді жүйеде циркуляциялайды. Барлық қондырғылардың жұмысын бақылайды.

• Буферлі бак – жылу таратқышқа энергияны беру үшін жылытылған антифризді бір орында жинайды. Ол ішінде жылу жүйесінің суы бар ішкі бактан тұрады.

Геотермальды жылыту жүйесінің үш негізгі қағидасы бар:

1. Бірінші нұсқа терең топырақтық суының жылу энергиясын қолдануға мүмкіндік береді. Су жоғарғы температураға жетеді, ал, жылу насосы оны одан әрі қыздырады. Осыдан соң су жылу алмастырғышқа түсіп, өзінің энергиясының көп бөлігін таратады.

2. Келесі әдіс қосымша шығындарды қажет етеді. Тереңдігі 75 м және одан жоғарыға жететін топыраққа антифризді резервуар жібереді. Ол қызып, жылу насосының көмегімен жоғарыға көтеріліп, жылу алмастырғышқа барады. Энергия жылу алмастырғышқа берілгеннен кейін антифриз қайтадан шахты резервуарына түсіріледі.

3. Үшінші қағида топырақ шахтасын орнатуды қажет етпейді. Ол су қоймасына жолы бар ғимараттарды жылытуға арналған. Бұл жағдайда су қоймасының түбіне су жылуын өзіне сіңіретін және тарататын арнайы горизонталды зонд орнатылады.

Геотермальды жылытудың сұлбасының көптеген жағымды сипаттамалары бар. Өндірілген энергия көлемі насостың жұмысына кететін энергиядан әлдеқайда артық екендігі дәлелденген.

Қорытынды

Бүгінгі таңда әлем энергетикасы жаңартуға келмейтін энергия көздерін пайдалануда. Басты энергия көзі ретінде мұнай, газ және көмір қолданылуда. Энергетика дамуының жақын арадағы мақсаты ең басты энергия тасушылардың арақатынасын зерттеу және ең бастысы, сұйық отынның үлесін азайтумен байланысты зерттеу жұмыстарын жүргізу. Қазіргі уақытта табиғатқа, адам өміріне зиянын келтірмейтіндей энергияның балама көздерін ойлап табу мәселесін алдыңғы қатарда шешілетін әлемдік мәселелер деңгейінде қарастырған жөн. Адам баласы өз қажеттіліктерін қанағаттандыру мақсатында жер анадан барлығын алуда. Оның ресурстары шексіз емес. Осы себепті әлемде үлкен үміт аталмыш энергияның балама көздеріне артылуда. Олардың артықшылығы дәстүрлі энергия көздерінен артықшылығы үнемі жаңарып отырылуы мен олардың табиғи таза энергия көзі болып табылуында. Табиғи ресурстардың шектелуі, оларды үнемдеу мен қайталама шикізаттың қолдануына итермелейді. Қазақстанның әлемдік мұнай, газ, металл, минералды тыңайтқыштарды өндіруде үлесі едәуір болғанымен, энергетикалық және шикізат проблемалары туындауы әбден мүмкін. Бұл, атап айтқанда, біздің мемлекет халық табысының бір бірлігіне отын электрэнергиясын, металды тым көп жұмсайтындығымен түсіндіріледі. Бұл проблема Қазақстанның ғана емес бүкіл дүние жүзі елдерінің проблемасына айналмақ. Сол себепті оны шешу үшін барлық мемлекеттердің ат салысуы қажет. Менің ойымша,оны шешудің ең тиімді жолы энергияның балама көздерін пайдалану болып отыр. Осыған орай, мен, өз жұмысымда геотермальды энергияны, оның жұмыс принципі мен қолданылуын толықтай зерттей, отырып, оның артықшылықтарын анықтадым.

Әрбір Қазақстан азаматы қазіргі таңда жеке үйлер, аулалар мен көшелер экологиясы болсын, айналасындағы жағдайға өзі жауапты екенін сезінуі тиіс. Егер біз Қазақстанды ұрпақ үшін сақтап қалғымыз келсе, еліміздің өсуі мен өркендеуі туралы ойлайтын болсақ, әрқайсысымыз өзіміздің санамызды өзгертіп, қоршаған ортаға көзқарасты өзгертуіміз қажет деген ойдамын.

Шешім:

Жердің жылуы есебінен жұмыс жасайтын геотермальды жылыту жүйесі энергетика саласындағы жаңа бағыт болса да оның болашағы зор екені айдан-анық. Арнайы жабдық қондырғысын ортану арқасында арзан және жылу энергиясының сарқылмайтын түрін қолдану мүмкіндігі табылып отыр. Сонымен қатар, басқа жылу жүйелерімен салыстырғанда бұл жобаның экологиялық қауіпсіздік деңгейі жоғары болып табылады. Себебі, мұндай жылыту қоршаған ортаға жаман әсерін тигізетін қалдықтарды қалдырмайды.

Геотермальды жылыту жүйесінің қондырғысы дұрыс орнатылған жағдайда ол басқа да түрлі жыыыылыту аспаптарына қарағанда ешқандай техникалық қолдаусыз, ең аз дегенде 30 жыл жұмыс жасайды. Жоғарыда аталған артықшылықтары мен ерекшеліктерін есепке ала отырып, геотермальды энергия жүйесін қолдану біз үшін берден-бір дұрыс шешім болады деген ойдамын.

Қолданылған әдебиеттер

1. https://ru.wikipedia.org/wiki

3. http://facepla.net/index.php/content-info/554-geothermal

4.ttp://knowledge.allbest.ru/physics/2c0b65625a3bc78a4c53b88421216c27_0.html