геотермальная энергетика на Камчатке
Для кого-то Камчатка - это самая дальняя граница географии, для кого-то - родные сопки и невероятной красоты просторы. Это еще и место, где располагаются, пожалуй, наиболее интересные объекты РусГидро - геотермальные электростанции. Итак, вашему вниманию - небольшая экскурсия в страну вулканов, невероятных сугробов и энергии, добываемой прямо из недр земли
Район Мутновского вулкана - одно из самых популярных мест на Камчатке, расположенное в 130 км от Петропавловска-Камчатского. Путь на Мутновку лежит среди живописных сопок и вулканов, густых лесов и рек.
Мутновский вулкан - сложный вулканический массив высотой 2323 метров над уровнем моря, с мощными фумарольными полями, на которых можно наблюдать все разнообразные формы современной газогидротермальной деятельности.
В кратере Мутновского вулкана
По дороге на Мутновку можно полюбоваться величием Вилючинского вулкана, высота которого 2175 метров.
Электростанция, благодаря которой Россия вошла в число передовых стран в области геотермальной энергетики, расположена у подножия действующего Мутновского вулкана и считается одной из самых уникальных станций в мире. По данным геологоразведки здесь расположено богатейшее геотермальное месторождение, запасы которого оцениваются в 300 МВт. Для производства электричества используется горячий пар Земли.
Для современных производителей электроэнергии сегодня все более актуальным становится сохранение окружающей среды. И эту цель в числе приоритетов ставили перед собой проектировщики Мутновских ГеоЭС. Для реализации крупнейшего проекта в России по строительству геотермальных станций на Камчатке в 1994 году было создано ОАО «Геотерм».
Особенностью производства электрической энергии ОАО «Геотерм» является отсутствие в технологическом цикле потребности в органическом топливе; в качестве энергоносителя используется геотермальный флюид, добываемый из продуктивных скважин Мутновского месторождения парогидротерм. Пароводяная смесь проходит через сепараторы, освобождаясь от воды. Воду же закачивают обратно в скважину, не нарушая, таким образом, природного баланса.
На Мутновском месторождении парогидротерм пробурено более 90 скважин.
Новая скважина Гео-1 была пробурена в 2008 году для поддержания располагаемой мощности МГеоЭС. (На фото - буровая установка)
Мутновская ГеоЭС-1 введена в эксплуатацию 10 апреля 2003 года в составе двух энергоблоков 2х25 МВт. Эта уникальная ГеоЭС могла бы занять достойное место в книге рекордов Гиннеса как построенная и действующая в суровых климатических условиях на площадке 800 метров над уровнем моря.
Ряд смонтированного оборудования является эксклюзивными образцами, разработанными специально для Мутновской ГеоЭС-1.
Высокий уровень автоматизации Мутновской ГеоЭС-1 позволяет эксплуатировать её с минимальным количеством персонала, обеспечивая высокую экономичность и надежность эксплуатации оборудования. После пуска в эксплуатацию ГеоЭС Россия вошла в число ведущих стран мира, способных самостоятельно создавать всё оборудование для строительства современных ГеоЭС.
Главная задача персонала - обеспечить бесперебойную работу оборудования. В центре управления круглосуточно ведется наблюдение за мониторами, где отражаются параметры воды, пара и энергии на выходе.
Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт не имеет аналога в России и является одной из наиболее современных геотермальных электростанций в мире. Ее строительство стало возможным благодаря созданию и пуску в 1999 году Верхне-Мутновской ГеоЭС (12 МВт.)
Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС проектировалась, как пилотный проект освоения Мутновского геотермального месторождения с целью подтвердить техническую возможность и экономическую целесообразность получения электроэнергии из геотермального теплоносителя. В составе станции три энергоблока с конденсационными турбинами типа Туман-4К по 4 МВт и комплекс модулей общестанционных систем.
Для тех, кто здесь работает, созданы максимально комфортные условия. В 20-ти минутах ходьбы от Малой долины гейзеров построено общежитие ОАО «Геотерм», где живет персонал. Для работников оборудованы тренажерный зал, библиотека, комната отдыха, бассейн и сауна.
Уникальные виды Мутновского вулкана и Малой долины гейзеров привлекают туристов со всех уголков земного шара.
Глядя на эти здания, забываешь, что находишься на высоте 800 метров над уровнем моря, и, что в радиусе минимум 60 км нет ни одного населенного пункта, а когда вспоминаешь об этом, то проникаешься невольным восхищением к людям, чьи силы и души вложены в эту поистине стройку века.
Сказать, что камчатский климат суровый - значит, не сказать ничего. Здесь, у подножия Мутновского вулкана, погода меняется несколько раз в день, сила ветра может достигать 50 метров в секунду. Часто погода становится причиной нештатных ситуаций.
И персонал станций, работающий вахтовым методом, 15 суток через 15, не видят ничего необычного в том, что смена не приехала вовремя, задержавшись на пару дней в пути.
10 месяцев в году на Мутновском перевале лежит снег. Метеорологи называют Мутновку камчатским полюсом снежности - высота снежного покрова в районе станций может достигать 10-15 метров и более. Район расположения станции относится к девятибалльной зоне по шкале сейсмоопасности MSK-64.
Даже в июле приходится продвигаться в тоннеле, пробитом сквозь 5-метровую толщу снега.
Ясная, теплая погода нечасто балует перевалы в районе Мутновского вулкана. Но если тепло установилось, небо посветлело и открылось, то и здесь можно почувствовать лето. В такие чистые, солнечные дни Мутновская геотермальная станция предстает взору на фоне грандиозных вулканов - Вилючинского или Мутновского (смотря с какой стороны смотреть) - и выглядит тогда просто красавицей.
Доля электроэнергии Мутновских ГеоЭС в общем электропотреблении ЦКЭУ составляет около 30%. Это позволяет значительно ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута и значительно улучшить экологическую обстановку в области. Важнейшим экологическим преимуществом ГеоЭС по сравнению с традиционными электростанциями является значительное снижение выбросов, ответственных за парниковый эффект, и полное исключение выбросов СО2.
Может быть, поэтому этот уникальный энергетический комплекс так гармонично вписывается в экосистему Мутновского вулкана, не нарушая жизнедеятельность растительного и животного мира.
Недалеко от Мутновских геотермальных станций можно встретить торбаганов (местных сусликов), лис и даже медведей.
Геотермальные проекты РусГидро
Инвестпрограмма компании на ближайшие годы включает в себя строительство бинарного блока мощностью 2,5 МВт, а также увеличение на 13 МВт установленной мощности Мутновской ГеоЭС-1 (текущая установленная мощность - 50 МВт) за счет использования вторичного тепла, что превышает мощность работающей на том же парогидротермальном месторождении Верхнемутновской ГеоЭС (12 МВт).
Бинарный родственник холодильника
В случае классического геотермального цикла на лопатки турбины электрогенератора поступает пар, отделенный от перегретой в недрах земли воды, после чего конденсат и избыток воды закачивается обратно в скважину. При этом геотермальную воду необходимо очищать от растворенных в ней газов, разрушающих трубы и оказывающих негативное влияние на экосферу. Кроме того, относительно высокая температура кипения воды приводит к потере заметной части энергии с конденсатом.
Этих недостатков лишен бинарный цикл, где геотермальная вода в теплообменниках нагревает относительно низкокипящий теплоноситель, раскручивающий турбину в режиме замкнутого цикла. В итоге повышается КПД установки (вода отдает больше тепла, можно использовать воду с температурой ниже 100°С) и обеспечивается минимизация вредных выбросов в атмосферу.
Принципиальная схема бинарной электрической станции (БЭС)
Технические характеристики проектируемого бинарного блокаУстановленная мощность2,5 МВт Температура воды на входе120°СТемпература воды на выходе63°СРасход термальной воды 120 кг/сРасход охлаждающей воды1500 м3/час
Первая в мире геотермальная электростанция с бинарным циклом была построена в 1967 г. советскими учеными (Институт теплофизики СО РАН имени С.С. Кутателадзе) на Паратунском геотермальном месторождении с использованием в качестве рабочего тела фреона-12.
В мире станции бинарного цикла получили широкое распространение. На фото - оборудование фирмы ORMAT:
Энергия остатков тепла
Идея строительства энергоблоков вторичного вскипания на Мутновской ГеоЭС-1 была предложена ОАО «Геотерм» в рамках программы развития геотермальных энергетики в Камчатском крае.
Необходимость таких технических решений обусловлена тем, что в настоящее время значительное количество сепарата (более 1000 тонн в час) с температурой около 150°С, получаемого в результате разделения паровоздушной смеси от продуктивных скважин Мутновского месторождения, не используется и закачивается обратно в резервуар.
В то же время за счет рационального использования низкопотенциального тепла можно получить более 13 МВт электрической энергии без дополнительных затрат на бурение геотермальных скважин и добычу теплоносителя. В этом разрезе проект является проектом повышения энергоэффективности Мутновских ГеоЭС.
Техническое решение по использованию вторичного тепла родственно вышеописанному бинарному блоку. Энергоустановка состоит из двух контуров. В первом контуре рабочим телом является геотермальный теплоноситель и получаемые из него в расширителе пар и сепарат. Во втором контуре используется органическое рабочее тело.
Принципиальная тепловая схема комбинированного энергоблока с пароводяным и бинарным циклами
Технические характеристики комбинированного блокаМощность бинарных энергоблоков5 МВт Мощность энергоблоков на вторичном паре8 МВтСуммарная установленная мощность13 МВтПланируемая среднегодовая выработка91 млн кВтчКПД установки (брутто)8%
В 2009 году проект включен в программу развития энергетики Камчатского края, стратегию развития энергетики Дальнего Востока и Забайкалья во исполнение поручения Президента РФ по включению в ФЦП проектов использования геотермальных ресурсов Камчатского края (перечень поручений Президента РФ по итогам рабочей поездки в ДФО № пр 2191 от 16.10.2008).
Район Мутновского вулкана - одно из самых популярных мест на Камчатке, расположенное в 130 км от Петропавловска-Камчатского. Путь на Мутновку лежит среди живописных сопок и вулканов, густых лесов и рек.
Мутновский вулкан - сложный вулканический массив высотой 2323 метров над уровнем моря, с мощными фумарольными полями, на которых можно наблюдать все разнообразные формы современной газогидротермальной деятельности.
В кратере Мутновского вулкана
По дороге на Мутновку можно полюбоваться величием Вилючинского вулкана, высота которого 2175 метров.
Электростанция, благодаря которой Россия вошла в число передовых стран в области геотермальной энергетики, расположена у подножия действующего Мутновского вулкана и считается одной из самых уникальных станций в мире. По данным геологоразведки здесь расположено богатейшее геотермальное месторождение, запасы которого оцениваются в 300 МВт. Для производства электричества используется горячий пар Земли.
Для современных производителей электроэнергии сегодня все более актуальным становится сохранение окружающей среды. И эту цель в числе приоритетов ставили перед собой проектировщики Мутновских ГеоЭС. Для реализации крупнейшего проекта в России по строительству геотермальных станций на Камчатке в 1994 году было создано ОАО «Геотерм».
Особенностью производства электрической энергии ОАО «Геотерм» является отсутствие в технологическом цикле потребности в органическом топливе; в качестве энергоносителя используется геотермальный флюид, добываемый из продуктивных скважин Мутновского месторождения парогидротерм. Пароводяная смесь проходит через сепараторы, освобождаясь от воды. Воду же закачивают обратно в скважину, не нарушая, таким образом, природного баланса.
На Мутновском месторождении парогидротерм пробурено более 90 скважин.
Новая скважина Гео-1 была пробурена в 2008 году для поддержания располагаемой мощности МГеоЭС. (На фото - буровая установка)
Мутновская ГеоЭС-1 введена в эксплуатацию 10 апреля 2003 года в составе двух энергоблоков 2х25 МВт. Эта уникальная ГеоЭС могла бы занять достойное место в книге рекордов Гиннеса как построенная и действующая в суровых климатических условиях на площадке 800 метров над уровнем моря.
Ряд смонтированного оборудования является эксклюзивными образцами, разработанными специально для Мутновской ГеоЭС-1.
Высокий уровень автоматизации Мутновской ГеоЭС-1 позволяет эксплуатировать её с минимальным количеством персонала, обеспечивая высокую экономичность и надежность эксплуатации оборудования. После пуска в эксплуатацию ГеоЭС Россия вошла в число ведущих стран мира, способных самостоятельно создавать всё оборудование для строительства современных ГеоЭС.
Главная задача персонала - обеспечить бесперебойную работу оборудования. В центре управления круглосуточно ведется наблюдение за мониторами, где отражаются параметры воды, пара и энергии на выходе.
Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт не имеет аналога в России и является одной из наиболее современных геотермальных электростанций в мире. Ее строительство стало возможным благодаря созданию и пуску в 1999 году Верхне-Мутновской ГеоЭС (12 МВт.)
Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС проектировалась, как пилотный проект освоения Мутновского геотермального месторождения с целью подтвердить техническую возможность и экономическую целесообразность получения электроэнергии из геотермального теплоносителя. В составе станции три энергоблока с конденсационными турбинами типа Туман-4К по 4 МВт и комплекс модулей общестанционных систем.
Для тех, кто здесь работает, созданы максимально комфортные условия. В 20-ти минутах ходьбы от Малой долины гейзеров построено общежитие ОАО «Геотерм», где живет персонал. Для работников оборудованы тренажерный зал, библиотека, комната отдыха, бассейн и сауна.
Уникальные виды Мутновского вулкана и Малой долины гейзеров привлекают туристов со всех уголков земного шара.
Глядя на эти здания, забываешь, что находишься на высоте 800 метров над уровнем моря, и, что в радиусе минимум 60 км нет ни одного населенного пункта, а когда вспоминаешь об этом, то проникаешься невольным восхищением к людям, чьи силы и души вложены в эту поистине стройку века.
Сказать, что камчатский климат суровый - значит, не сказать ничего. Здесь, у подножия Мутновского вулкана, погода меняется несколько раз в день, сила ветра может достигать 50 метров в секунду. Часто погода становится причиной нештатных ситуаций.
И персонал станций, работающий вахтовым методом, 15 суток через 15, не видят ничего необычного в том, что смена не приехала вовремя, задержавшись на пару дней в пути.
10 месяцев в году на Мутновском перевале лежит снег. Метеорологи называют Мутновку камчатским полюсом снежности - высота снежного покрова в районе станций может достигать 10-15 метров и более. Район расположения станции относится к девятибалльной зоне по шкале сейсмоопасности MSK-64.
Даже в июле приходится продвигаться в тоннеле, пробитом сквозь 5-метровую толщу снега.
Ясная, теплая погода нечасто балует перевалы в районе Мутновского вулкана. Но если тепло установилось, небо посветлело и открылось, то и здесь можно почувствовать лето. В такие чистые, солнечные дни Мутновская геотермальная станция предстает взору на фоне грандиозных вулканов - Вилючинского или Мутновского (смотря с какой стороны смотреть) - и выглядит тогда просто красавицей.
Доля электроэнергии Мутновских ГеоЭС в общем электропотреблении ЦКЭУ составляет около 30%. Это позволяет значительно ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута и значительно улучшить экологическую обстановку в области. Важнейшим экологическим преимуществом ГеоЭС по сравнению с традиционными электростанциями является значительное снижение выбросов, ответственных за парниковый эффект, и полное исключение выбросов СО2.
Может быть, поэтому этот уникальный энергетический комплекс так гармонично вписывается в экосистему Мутновского вулкана, не нарушая жизнедеятельность растительного и животного мира.
Недалеко от Мутновских геотермальных станций можно встретить торбаганов (местных сусликов), лис и даже медведей.
Геотермальные проекты РусГидро
Инвестпрограмма компании на ближайшие годы включает в себя строительство бинарного блока мощностью 2,5 МВт, а также увеличение на 13 МВт установленной мощности Мутновской ГеоЭС-1 (текущая установленная мощность - 50 МВт) за счет использования вторичного тепла, что превышает мощность работающей на том же парогидротермальном месторождении Верхнемутновской ГеоЭС (12 МВт).
Бинарный родственник холодильника
В случае классического геотермального цикла на лопатки турбины электрогенератора поступает пар, отделенный от перегретой в недрах земли воды, после чего конденсат и избыток воды закачивается обратно в скважину. При этом геотермальную воду необходимо очищать от растворенных в ней газов, разрушающих трубы и оказывающих негативное влияние на экосферу. Кроме того, относительно высокая температура кипения воды приводит к потере заметной части энергии с конденсатом.
Этих недостатков лишен бинарный цикл, где геотермальная вода в теплообменниках нагревает относительно низкокипящий теплоноситель, раскручивающий турбину в режиме замкнутого цикла. В итоге повышается КПД установки (вода отдает больше тепла, можно использовать воду с температурой ниже 100°С) и обеспечивается минимизация вредных выбросов в атмосферу.
Принципиальная схема бинарной электрической станции (БЭС)
Технические характеристики проектируемого бинарного блокаУстановленная мощность2,5 МВт Температура воды на входе120°СТемпература воды на выходе63°СРасход термальной воды 120 кг/сРасход охлаждающей воды1500 м3/час
Первая в мире геотермальная электростанция с бинарным циклом была построена в 1967 г. советскими учеными (Институт теплофизики СО РАН имени С.С. Кутателадзе) на Паратунском геотермальном месторождении с использованием в качестве рабочего тела фреона-12.
В мире станции бинарного цикла получили широкое распространение. На фото - оборудование фирмы ORMAT:
Энергия остатков тепла
Идея строительства энергоблоков вторичного вскипания на Мутновской ГеоЭС-1 была предложена ОАО «Геотерм» в рамках программы развития геотермальных энергетики в Камчатском крае.
Необходимость таких технических решений обусловлена тем, что в настоящее время значительное количество сепарата (более 1000 тонн в час) с температурой около 150°С, получаемого в результате разделения паровоздушной смеси от продуктивных скважин Мутновского месторождения, не используется и закачивается обратно в резервуар.
В то же время за счет рационального использования низкопотенциального тепла можно получить более 13 МВт электрической энергии без дополнительных затрат на бурение геотермальных скважин и добычу теплоносителя. В этом разрезе проект является проектом повышения энергоэффективности Мутновских ГеоЭС.
Техническое решение по использованию вторичного тепла родственно вышеописанному бинарному блоку. Энергоустановка состоит из двух контуров. В первом контуре рабочим телом является геотермальный теплоноситель и получаемые из него в расширителе пар и сепарат. Во втором контуре используется органическое рабочее тело.
Принципиальная тепловая схема комбинированного энергоблока с пароводяным и бинарным циклами
Технические характеристики комбинированного блокаМощность бинарных энергоблоков5 МВт Мощность энергоблоков на вторичном паре8 МВтСуммарная установленная мощность13 МВтПланируемая среднегодовая выработка91 млн кВтчКПД установки (брутто)8%
В 2009 году проект включен в программу развития энергетики Камчатского края, стратегию развития энергетики Дальнего Востока и Забайкалья во исполнение поручения Президента РФ по включению в ФЦП проектов использования геотермальных ресурсов Камчатского края (перечень поручений Президента РФ по итогам рабочей поездки в ДФО № пр 2191 от 16.10.2008).