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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 지열 에너지. 지열수 추출 기술. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
지열에너지는 고온의 열원에서 얻어지며 몇 가지 특별한 특징을 가지고 있습니다. 그 중 하나는 냉각수 온도가 연료 연소 중 온도보다 상당히 낮다는 것입니다. 지열 에너지의 총 매장량이 크다는 사실에도 불구하고 열역학적 품질은 낮습니다. 이러한 에너지원은 산업 열 배출 및 해양 열 에너지와 많은 공통점을 가지고 있습니다. 지열 에너지 전략은 아래에서 간략하게 논의됩니다. 기회와 필요의 결합 지열원은 항상 가장 가치 있는 제품으로서 전기를 생산하려는 시도와 연관되어 있으며, 열 에너지를 활용하는 가장 좋은 방법은 결합 모드(전기 생산 및 난방)를 사용하는 것입니다. 물론 전기는 전력망에 공급되어 다른 소스에서 생성된 전기와 함께 이를 통해 소비자에게 전송될 수 있습니다. 동시에 최대 100°C의 온도에서 열에 대한 필요성이 일반적으로 전기보다 훨씬 높다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 따라서 열 형태의 지열 에너지를 사용하는 것도 마찬가지로 중요합니다. 냉각수 온도가 300°C 이상인 경우 전력 생산에 관심이 있을 가능성이 높지만, 후자가 150°C 미만인 경우에는 그렇지 않습니다. 열은 30km가 넘는 거리에서는 쉽게 전달되지 않으므로 광산 근처에서 사용해야 합니다. 추운 기후 지역에서는 인구 밀도가 300km1당 2명 이상(100km1당 2개 이상의 사유지)인 경우 주택 및 산업 건물 난방에 상당한 열 수요가 발생합니다. 따라서 100MW 용량의 열 발전소는 가구당 약 20kW의 열 소비로 약 20x2km의 주거 지역에 서비스를 제공할 수 있습니다. 비슷한 지열 시스템이 오랫동안 아이슬란드와 뉴질랜드에서 사용되어 왔습니다. 다른 대규모 열 소비지는 온실(북유럽의 경우 한 시설에서 최대 60MW/km), 양어장, 식품 건조 시설 및 기타 기술 구현을 위한 곳입니다. 여러 가지 요인이 지열 에너지 사용 규모를 결정합니다. 지배적인 비용은 유정을 건설하는 데 드는 자본 비용이며, 그 비용은 깊이가 깊어짐에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 온도는 깊이에 따라 증가하고 에너지 생산량은 온도에 따라 증가하므로 대부분의 경우 최적의 우물 깊이는 약 5km로 제한됩니다. 결과적으로 발전소의 규모는 일반적으로 100MW 이상으로 선택됩니다(전기 또는 화력 - 고온의 경우, 화력만 - 저온의 경우). 지열정에서 회수되는 총 열량은 폐기물과 부분적으로 냉각된 물을 재주입하여 늘릴 수 있습니다. 이는 광물성이 매우 높으며(염분 최대 25kg/m3 함유) 위험한 환경 오염 물질인 폐수를 제거하는 편리한 방법입니다. 그러나 이는 스테이션 비용의 증가로 이어집니다. 열 추출 기술 가장 성공적으로 구현된 프로젝트는 지열 지역의 천연 지하 저장소에 직접 우물을 뚫는 것입니다(그림 1). 이 방법은 우물에 상당한 압력이 있는 간헐천(캘리포니아)과 와이라케아(뉴질랜드)에서 사용됩니다. 펌핑 시스템을 사용하지 않아도 자연 압력만으로 충분할 정도로 열이 높은 지역의 대수층에서 에너지를 추출하는 데 유사한 방법이 사용됩니다. 최근 개발은 건조한 암석에서 열을 추출하는 것을 목표로 하고 있습니다. 건조한 암석은 수자원보다 더 높은 생산성을 제공할 수 있기 때문입니다. 선도적인 전문가 그룹(미국 로스 알라모스 과학 연구소)은 압력 하에 우물에 주입되는 냉수를 사용하여 수압 파쇄로 암석을 파쇄하는 방법을 개발했습니다(그림 1). 암석을 예비 파쇄한 후 공급 우물을 통해 물을 펌핑하고 온도 5°C에서 약 250km 깊이의 암석을 통해 여과한 후 따뜻한 물을 저수지를 통해 표면으로 되돌립니다. 그러한 우물 두 개는 약 기가와트 용량의 시설에 에너지를 제공할 수 있습니다.
전기 및 열 생성 시스템. 기존 지열원용 열교환기와 터빈을 선택하는 것은 전문적인 경험이 필요한 복잡한 작업입니다. 가능한 지열 발전소 계획에 대한 몇 가지 옵션이 그림 6.2에 나와 있습니다. XNUMX. 저온 소스를 사용하여 전기를 생산하는 경우 터빈을 구동하려면 물 대신 다른 작동 유체(예: 프레온, 톨루엔)를 사용해야 합니다. 새로운 유형의 기술은 효율성을 높여야 합니다. 우물물에는 다양한 화학 물질의 농도가 높기 때문에 열 교환기에 특별한 어려움이 발생할 수 있습니다. 지열발전소 건설에 드는 자본비용은 현재 1500달러에서 2500달러까지 다양하다. 설치된 전력의 킬로와트당 전력량은 원자력 발전소와 화력 발전소의 전력량과 비슷한 것으로 나타났습니다. 가까운 미래와 먼 미래에 지열 자원의 주요 소비자는 의심할 여지없이 열 공급이 될 것이며 그보다 훨씬 적은 규모의 전력 생산이 될 것입니다. 지열에너지 이용 균형에 있어서 열공급 우선순위.
하층토에서 열 에너지를 추출하기 위한 지열 기술은 주어진 품질과 시장 수준의 경제적 효율성으로 냉각수를 추출, 처리 및 전달하기 위한 일련의 방법, 수단 및 프로세스입니다. 얕은 수심에서 저온 지열에너지를 활용하는 것은 일종의 기술적, 경제적 현상이자 열공급 시스템의 실질적인 혁명으로 볼 수 있다. 10년도 채 되지 않아 미국에서 다변량 기술이 개발되었고 수십만 대의 열 공급 시스템이 구축되었습니다. 매년 최소 50~80개의 새로운 시스템이 가동됩니다. 이 기술은 스웨덴, 스위스, 캐나다, 오스트리아, 독일, 러시아 등 세계 다른 국가에서 성공적으로 구현되고 있습니다. 2002년에는 전 세계적으로 약 450만 개의 시스템이 운영되었으며 총 용량은 2.9GW(t), 평균은 -10kW(t)였습니다. 표면 근처(얕은) 지열 시스템은 다양한 유형의 주거용 건물(단독 주택부터 아파트 건물까지), 주유소, 슈퍼마켓, 교회, 교육 기관 등의 난방 및 냉방에 사용됩니다. 우물과 수로에서 열 교환이 가능한 표면 근처 시스템(광산 발전소)으로 대표되는 고려 중인 기술의 본질은 얕은 깊이(50 - 300m), 난방실 내부에 설치된 히트펌프에 연결됩니다(그림 6.3). 동시에 중앙 러시아 지역에서는 7~15°C 범위의 암석 온도를 사용할 수 있습니다. 이 시스템은 암석이나 물에 저장된 지열 에너지뿐만 아니라 태양 에너지도 추출합니다. 설비에 사용되는 특정 에너지의 구체적인 비율은 열교환기의 깊이, 해당 지역의 기후 및 수문지질학적 조건에 따라 달라집니다. 러시아는 이러한 지열 시설의 건설 및 운영에 있어 긍정적인 경험을 갖고 있습니다. 특히 야로슬라블(Yaroslavl) 지역에서는 농촌의 대규모 학교에 열 공급 시스템을 구축해 XNUMX년째 운영 중이며, 유사한 유형의 설비 XNUMX개소를 추가로 설계 및 구축하고 있다.
세계 실무에서 사용되는 지열 기술에 대한 평가는 도움을 받아 도시 소구역에서 개인 주택에 이르기까지 광범위한 열 에너지 소비자에게 제공될 수 있음을 보여줍니다. 지열 순환 시스템(GCS)을 기반으로 하는 이중 깊은(최대 1,5~2,5km) 우물로 구성되어 있으며 열 펌프 및 최대 재가열, 최대 화력의 고온 가열 모드(90°C 이상)를 사용합니다. 수십MW에 이른다. 50~150m 우물의 지중 히트펌프 기술은 상업용(상점, 사무실 등) 및 시립(학교, 병원 등) 응용 분야와 주택 및 공동 서비스 시설의 중간 및 저온 조건에 해당합니다. 최대 0,1-0,4MW의 전력. 무화과에. 6.4는 지열수로 열 공급 방식을 보여줍니다.
전기 히트펌프를 이용한 지열 설비의 에너지 절약, 경제적, 환경적 영향을 평가하는 주요 기준은 효율성의 곱으로 결정되는 기본 에너지 이용률(PIU)입니다. 설치 수명 동안 히트펌프(CPTN)의 변환 계수로 평균적으로 전기 생산량(효율 = 0,30 - 0,35)을 계산합니다. 토양에서 염수 형성까지, 5~7°C~35~40°C, 3~7단위 이상의 온도에서 지열원을 사용하여 달성할 수 있는 CPTN의 범위입니다. 따라서 소스 유형에 따라 1,1~2,5 단위의 CIPI 수준을 얻을 수 있으며 이는 기존 보일러 하우스보다 1,2~7,0배 더 높습니다(그림 6.5). 전기 히트펌프를 사용한 지열 설비의 효율성은 기존 보일러실에 비해 훨씬 높으며 CIPI 비율이 더 높습니다. 따라서 에너지 소비 절감 및 유해 배출 감소: 20 - 70%. 오늘날 수입 연료 가격과 운송 비용의 상승은 캄차카, 쿠릴 열도 및 러시아 북부 지역의 지열 에너지 개발 가속화를 미리 결정했습니다. 그림에서. 표 6.5는 기존 및 지열 보일러실의 XNUMX차 에너지 운반체 사용 계수를 보여줍니다.
러시아는 지열 지대를 연구하고, 시추 작업을 수행하고, GeoPP를 운영하는 데 수년간의 경험을 갖고 있습니다. 30년 이상 동안 Pauzhetskaya GeoPP(캄차카 남부)는 레드 캐비어의 주요 생산이 집중되어 있는 Ozernaya 마을에 가장 저렴한 전기를 공급해 왔습니다. 1967년에 러시아는 캄차카의 파라툰스키 지열 지대에서 낮은 전위 열(뜨거운 물 - 95°C)을 사용하는 이진 사이클을 갖춘 GeoPP를 만든 세계 최초의 국가였습니다. 저자: 마고메도프 A.M.
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