Share to Facebook 
Share to Twitter 
Share to Linkedin 
PGT SocialWeb - Copyright © 2010 by pagit.eu

Obnovljivi izvori energije

Načini pretvorbe geotermalne energije u električnu energiju E-mail
Autor Ivana Alerić   

U poglavlju Iskorištavanje geotermalne energije u energetici bilo je već riječi o vrstama geotermalnih ležišta. Upravo o vrsti ležišta ovisi izbor tehnologije za proizvodnju električne energije. Temperatura geotermalnog fluida osnovna je odrednica. U tablici su prikazane osnovne tehnologije, ovisno o temperaturi ležišta:

 

Temperatura ležišta

Fluid u ležištu

Primjena

Tehnologija

>220 °C
(visoko temperaturna ležišta)

Voda ili para

Proizvodnja električne energije

Parna turbina (Flash Steam)

Kombinirani ciklus (parna turbina i binarni proces)

Izravno korištenje fluida

Izmjenjivač topline

Toplinska crpka

100° – 220 °C
(srednje temperaturna ležišta)

Voda

Proizvodnja električne energije

Izravno korištenje

Binarni proces

Izravno korištenje fluida

Izmjenjivač topline

Toplinska crpka

50° – 150 °C
(nisko temperaturna ležišta)

Voda

Izravno korištenje

Izravno korištenje fluida

Izmjenjivač topline

Toplinska crpka

 

Za pogon turbine geotermalna energija koristi paru. Para (vlažna ili suha) može biti dobivena direktno iz ležišta, a može se također umjetno proizvoditi u vrućim suhim stijenama, takozvanim naprednim geotermalnim sustavima (više u poglavlju Iskorištavanje geotermalne energije u energetici).

U ležištima s nižim temperaturama fluida, para za pogon turbina dobiva se posredno, zagrijavanjem radnog fluida s vrelištem nižim od vrelišta vode. Razlikujemo Organski Rankineov ciklus (ORC) te tzv. Kalina proces. Razlika je u sastavu radnog fluida, ORC koristi organske sastojke tipa toluol, pentan, propan te ostale ugljikovodike, dok se u Kalina ciklusu koristi mješavina amonijaka i vode. Kalina ciklus nailazi na odbojnost upravo zbog korištenja amonijaka.

U svakom slučaju, geotermalne elektrane se mogu podijeliti u tri osnovna tipa: postrojenja sa suhom parom, postrojenja s isparavanjem (jednostrukim i dvostrukim) te binarna postrojenja. U nastavku slijedi detaljnije o pojedinoj tehnologiji.

Geotermalni izvor - Nevada
Istražno polje u Nevadi, SAD, izvor: geothermal.marin.org


 

  • GEOTERMALNE ELEKTRANE SA SUHOM PAROM

Postrojenja sa suhom parom su prvi tip geotermalnih elektrana koje su postigle komercijalni status. Upravo prvo postrojenje instalirano 1904. u mjestu Larderello u Toskani u Italiji bilo je takvo postrojenje. Koriste suhozasićenu ili pregrijanu paru s tlakovima višim od atmosferskog tlaka, direktno iz ležišta bogatog parom.

Para se, dakle, može direktno iz proizvodne bušotine dovoditi u turbinu i nakon ekspanzije ispuštati u atmosferu. Općenito je generirana para pregrijana, te sadrži samo male količine drugih plinova, uglavnom CO2 i H2S. Ovakav direktni ciklus bez kondenzacije je najjednostavnija i najjeftinija opcija za proizvodnju električne energije iz geotermalne energije. Primjenjuju se u slučajevima kada para sadrži velik udio nekondenzirajućih plinova.

Kod postrojenja s kondenzacijom para se kondenzira na izlazu iz turbine i hladi u konvencionalnim rashladnim tornjevima. Nastali kondenzat može se koristiti u rashladnom sustavu elektrane i utiskivati nazad u ležište. Na taj način ležište se obnavlja te se održava potreban tlak.

Geotermalna elektrana - suha para

Tipične jedinične snage turbina su između 20 i 120 MW.

Ležište Larderello u Italiji i The Geysers u Kaliforniji najveća su svjetska ležišta sa suhom parom. Ukupno instalirana snaga postrojenja sa suhom parom u 2004. godini iznosila je 2.460 MW što predstavlja 28% ukupne svjetske instalirane snage. Prosječna snaga postrojenja sa suhom parom je 39 MW.

Geotermalna elektrana - Geysers
The Geysers – još uvijek najveće geotermalno polje u svijetu, izvor: geothermal.marin.org


 

  • GEOTERMALNE ELEKTRANE S ISPARAVANJEM

U vodom dominantnim ležištima primjenjuje se tehnologija geotermalnih elektrana s isparavanjem. Energent je, u ovome slučaju, voda pod tlakom.

Budući da je tlak u bušotini općenito niži od tlaka u ležištu, voda pod tlakom u bušotini struji prema površini. Kao posljedica pada tlaka, određeni dio kapljevine isparava i bušotina istovremeno daje toplu vodu i paru, s tim da je voda dominantna faza. Stoga se ta ležišta također nazivaju i ležišta s vlažnom parom.

Geotermalna voda često sadrži veliku količinu otopljenih minerala, uglavnom klorida, bikarbonata, sulfata, borata, fluorida i silicija. To može prouzročiti zasoljenje cjevovoda i postrojenja. Ovakva eksploatacijska polja proizvode veliku količinu otpadne vode te je upravo zbog velike količine otopljenih minerala geotermalni fluid potrebno vratiti natrag u ležište, putem utisne bušotine.

Vlažna para se ne može koristiti kod standardnih turbina bez rizika oštećenja turbinskih lopatica. Stoga se, kod svih instalacija koje koriste ležišta vlažne pare koriste separatori za odvajanje pare od vode. Proizvodnja električne energije iz ovih polja se ostvaruje pomoću isparavanja kapljevitog geotermalnog fluida u jednom ili nekoliko isparivača na površini.

Od 2004. godine je 135 postrojenja toga tipa u radu u 18 zemalja diljem Svijeta. Postrojenja s jednostrukim isparavanjem čine 29% od svih geotermalnih postrojenja i približno 40% od ukupno instalirane snage geotermalnih elektrana u Svijetu. Jedinične snage se kreću od 3 do 90 MW, dok je prosječna snaga 28,1 MW po jedinici.

Postrojenje s dvostrukim isparavanjem predstavlja poboljšanje s obzirom na postrojenje s jednostrukim isparavanjem u tom smislu da daje 15 – 25% više izlazne snage za iste uvjete geotermalnog fluida. Postrojenje je složenije, skuplje i zahtjevnije po pitanju održavanja, ali više dobivene izlazne snage najčešće opravdava instaliranje takvih postrojenja. Postrojenja s dvostrukim isparavanjem su prilično brojna i nalaze se u radu u 9 zemalja. Sredinom 2004. godine u radu je bilo 70 takvih jedinica, 15% od ukupnog broja geotermalnih elektrana. Jedinične snage se kreću u području 4,7 do 110 MW, dok je prosječna jedinična snaga oko 30 MW.

Geotermalna elektrana s isparavanjem
Geotermalna elektrana s dvostrukim isparavanjem


 

  • GEOTERMALNE ELEKTRANE S BINARNIM CIKLUSOM

Geotermalne elektrane s binarnim ciklusom su, po termodinamičkom principu, najbliže termoelektranama na fosilna goriva ili nuklearnim elektranama kod kojih radni fluid izvodi stvarni zatvoreni ciklus. Radni fluid, odabran prema povoljnim termodinamičkim svojstvima, prima toplinu od geotermalnog fluida, isparava, ekspandira u turbini, kondenzira, te se vraća u isparivač pomoću napojne pumpe.

Prva binarna geotermalna elektrana stavljena je u pogon nedaleko mjesta Petropavlovsk na ruskom otoku Kamchatka 1967. godine. Imala je snagu 670 kW, te je opsluživala malo selo i nekoliko farmi kako s električnom energijom tako i toplinom za potrebe staklenika.

Danas su binarna postrojenja najčešće korišteni tip geotermalnih elektrana s ukupnom instaliranom snagom 274 MW. Čine 33% od svih geotermalnih elektrana u radu, ali proizvode samo 3% od ukupne snage.

Očigledno, prosječna snaga po jedinici je mala, samo 1,8 MW, mada dolaze u eksploataciju i jedinice sa snagama 7 - 10 MW s tzv. naprednim ciklusom. Također je nekoliko postrojenja s binarnim ciklusom pridodano postojećim postrojenjima s isparavanjem kako bi se što više iskoristilo topline iz geotermalnog fluida.

Binarna postrojenja omogućavaju pretvorbu geotermalne topline u električnu energiju iz nisko temperaturnih ležišta tople vode (tzv. vodom dominantnih ležišta) s temperaturom preko 85 °C. Također, ta je tehnologija pogodna i za eksploataciju srednje temperaturnih izvora s vlažnom parom s visokim omjerom voda/para kod temperatura koje su preniske za praktičnu primjenu sustava s isparavanjem. Binarna postrojenja pretvaraju toplinu srednje temperaturnih izvora u električnu energiju efikasnije nego ostale tehnologije.

Kod binarnih postrojenja izmjenjivač topline prenosi toplinu s geotermalnog fluida dobavljenog iz proizvodne bušotine u primarni krug na lako hlapljivi radni fluid u sekundarnom krugu, kao što su halogeni ugljikovodici (npr. Freon, Frigen), propan, izobutan, pentan, amonijak. Taj je termodinamički ciklus poznat kao Organski Rankineov Ciklus (ORC). Radni fluid u sekundarnom krugu isparava u isparivaču pomoću geotermalne topline iz primarnog kruga. Para ekspandira prolaskom kroz turbinu (u ovom se slučaju često naziva «organska turbina»), koja je spojena s električnim generatorom. Ispušna para se kondenzira u vodom ili zrakom hlađenom kondenzatoru, a kondenzat se napojnom pumpom vraća u isparivač. Ohlađena geotermalna voda može se ispustiti u okoliš ili vratiti natrag u ležište bez isparavanja, što minimalizira problem taloženja otopljenih minerala.

Tipične jedinične snage su 1 – 3 MW. Tehnologija binarnih postrojenja se pojavljuje kao najisplativiji, najefikasniji i najpouzdaniji način za pretvorbu velikog broja nisko temperaturnih izvora u električnu energiju, kojih je relativno dosta po svijetu.

Iskoristivost binarnih postrojenja poboljšana je uvođenjem Kalina tehnologije. Mješavina vode i amonijaka isparava unutar konačnog temperaturnog područja, proizvodeći dvokomponentnu paru (npr. 70% amonijak i 30% voda) za razliku od ORC koji se temelji na čistim fluidima koji isparavaju kod određene temperature isparavanja. No danas postoji tek jedna geotermalna elektrana koja koristi Kalina ciklus, Husavik na Islandu i koja je raspoloživa za usporedbe; nekoliko ih je u fazi izgradnje. Nasuprot tome, ORC je ovladana tehnologija sa stotinama MW instaliranih različitih postrojenja diljem Svijeta.

Geotermalna elektrana s binarnim ciklusom
Geotermalna elektrana s binarnim ciklusom


 

  • USPOREDBA GEOTERMALNIH ELEKTRANA S KONVENCIONALNIM ELEKTRANAMA

Bez obzira na to koristi li se geotermalna energija za proizvodnju električne energije ili izravno, karakteristike geotermalnih ležišta određuju tehnologiju za iskorištavanje. Geotermalni fluid često sadrži velike količine plinova kao što je vodikov sulfid i razne kemijske otopine koje mogu biti i vrlo otrovne. Zbog toga se mogu pojaviti problemi korozije, erozije i taloženja kemijskih spojeva što dovodi do propadanja cjevovoda i turbina pa čak i smanjenja učinkovitosti postrojenja. Ti problemi se izbjegavaju kombinacijom upotrebe materijala otpornih na koroziju, kontrolom temperature fluida, pročišćavanjem pare i uporabom sredstava za sprječavanje korozije.

 

Specifičnosti geotermalnih elektrana:

  • nema izgaranja goriva, što smanjuje troškove, ali također minimalizira i zagađenje okoliša
  • niska temperatura i tlak pare ima za posljedicu nisku termodinamičku iskoristivost postrojenja (tipično ~15%) u usporedbi s termoelektranama na fosilna goriva (35-38%)
  • dugotrajni i složeni postupak puštanja u pogon svrstava geotermalne elektrane pogodnijima za pokrivanje baznog opterećenja nego za pokrivanje vršnog opterećenja
  • geotermalne elektrane trebaju biti smještene što bliže proizvodnoj bušotini kako bi se izbjegli transportni gubici
  • geotermalna elektrana snage 100 MW troši oko 80 t/h pare. Taj se protok obično postiže s više proizvodnih bušotina koje crpe isto ležište
  • para ima popriličnu količinu minerala, koji uvjetuju eroziju i koroziju elemenata turbine. To zahtijeva kontinuirano i značajno održavanje
  • početni troškovi geotermalne elektrane su viši budući da je osim elektrane potrebno izgraditi i bušotinu, što predstavlja zapravo najveći trošak. Međutim, s vremenom se troškovi smanjuju budući da je raspoloživost resursa stabilna i predvidiva. Također, geotermalna elektrana nije ovisna o tržišnim kretanjima cijena energenata
Tags:     geotermalna energija      načini pretvorbe      električna energija
Index članka
Načini pretvorbe geotermalne energije u električnu energiju
Geotermalne elektrane sa suhom parom
Geotermalne elektrane s isparavanjem
Geotermalne elektrane s binarnim ciklusom
Usporedba geotermalnih elektrana s konvencionalnim elektranama
Sve stranice
 

Obnovljivi izvori energije za početnike

OIE u regiji

Nove tehnologije

Nova energetika

Zadnje vijesti

Želite li više koristiti obnovljive izvore energije?