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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Circuito duplo usinas termelétricas geotérmicas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa O GeoTEP de circuito duplo (Fig. 4.2) inclui um gerador de vapor 4, no qual a energia térmica da mistura geotérmica vapor-água é usada para aquecer e evaporar a água de alimentação de uma tradicional usina de turbina a vapor úmido 6 com um elétrico gerador 5. A água geotérmica gasta no gerador de vapor é bombeada pela bomba 3 para o poço de retorno 2. Limpeza a seco O tratamento da água de alimentação da planta da turbina é realizado por métodos convencionais. A bomba de alimentação 8 retorna o condensado do condensador 7 para o gerador de vapor. Numa instalação de circuito duplo, não existem gases não condensáveis no circuito de vapor, pelo que é garantido um vácuo mais profundo no condensador e a eficiência térmica da instalação aumenta em comparação com uma instalação de circuito único. Na saída do gerador de vapor, o calor remanescente das águas geotérmicas pode, como no caso de uma central geotérmica de circuito único, ser utilizado para necessidades de fornecimento de calor.
Gases, incluindo sulfeto de hidrogênio, são fornecidos do gerador de vapor para o absorvedor de bolhas e dissolvidos na água geotérmica residual, após o que são bombeados para o poço de descarte. De acordo com testes na Usina Geotérmica Oceânica em construção (Ilhas Curilas), 93.97% do sulfeto de hidrogênio inicial está dissolvido no absorvedor borbulhante. Diferença de temperatura no gerador de vapor O consumo de água quente de poços geotérmicos para uma instalação com capacidade N, kW, é determinado a partir da expressão
onde Em campos com temperaturas relativamente baixas de águas geotérmicas (100-200°C), são utilizadas instalações de circuito duplo que utilizam fluidos de trabalho de baixo ponto de ebulição (freons, hidrocarbonetos). Também é economicamente justificável utilizar tais instalações para reciclar o calor da água separada de centrais geotérmicas de circuito único (em vez do permutador de calor de aquecimento urbano na Fig. 4.1). Em nosso país, pela primeira vez no mundo (em 1967), foi criada uma usina deste tipo utilizando refrigerante R-12 com capacidade de 600 kW, construída no campo geotérmico de Paratunsky (Kamchatka) sob a liderança científica de o Instituto de Termofísica do Ramo Siberiano da Academia de Ciências da URSS. A diferença de temperatura do líquido refrigerante foi de 80...5оC, água fria foi fornecida ao condensador pelo rio. Paratunka com temperatura média anual de 5оS. Infelizmente, esses trabalhos não foram desenvolvidos devido ao antigo baixo custo do combustível orgânico. Atualmente, a JSC "Kirovsky Plant" desenvolveu o projeto e a documentação técnica de um módulo geotérmico de circuito duplo com capacidade de 1,5 MW utilizando freon R142v (refrigerante de reserva - isobutano). O módulo de energia será totalmente fabricado na fábrica e entregue por via férrea; os trabalhos de construção e instalação e a ligação à rede elétrica exigirão custos mínimos. Espera-se que o custo de fábrica para produção em massa de módulos de energia seja reduzido para aproximadamente US$ 800 por quilowatt de capacidade instalada. Juntamente com o GeoTES que utiliza um refrigerante homogéneo de baixo ponto de ebulição, a ENIN está a desenvolver uma instalação promissora que utiliza um fluido de trabalho misto de água e amoníaco. A principal vantagem de tal instalação é a possibilidade de sua utilização em uma ampla faixa de temperatura de águas geotérmicas e mistura vapor-água (de 90 a 220оCOM). Com um fluido de trabalho homogêneo, o desvio de temperatura na saída do gerador de vapor é de 10...20оC do calculado leva a uma diminuição acentuada na eficiência do ciclo - em 2.4 vezes. Ao alterar a concentração dos componentes do refrigerante misturado, é possível garantir um desempenho aceitável da instalação em temperaturas variáveis. A potência da turbina de água com amônia nesta faixa de temperatura varia menos de 15%. Além disso, tal turbina possui melhores parâmetros de peso e tamanho, e a mistura água-amônia possui melhores características de transferência de calor, o que permite reduzir o consumo de metal e o custo do gerador de vapor e condensador em comparação com um módulo de potência utilizando um homogêneo refrigerante. Essas usinas podem ser amplamente utilizadas para recuperação de calor residual na indústria. Eles podem ter uma forte demanda no mercado internacional de equipamentos geotérmicos. O cálculo de usinas geotérmicas com fluidos de trabalho mistos e de baixo ponto de ebulição é realizado por meio de tabelas de propriedades termodinâmicas e diagramas h - s dos vapores desses líquidos. Relacionada ao problema das usinas geotérmicas está a possibilidade de aproveitamento dos recursos térmicos do Oceano Mundial, frequentemente citada na literatura. Nas latitudes tropicais, a temperatura da água superficial do mar é de cerca de 25оC, a uma profundidade de 500...1000 m - cerca de 2...3оC. Já em 1881, D'Arsonval expressou a ideia de usar essa diferença de temperatura para produzir eletricidade. O diagrama de instalação de um dos projetos de implementação desta ideia é mostrado na Fig. 4.3.
A bomba 1 fornece água superficial quente para o gerador de vapor 2, onde o refrigerante de baixo ponto de ebulição evapora. Vapor com temperatura de cerca de 20°C é enviado para a turbina 3, que aciona o gerador elétrico 4. O vapor de exaustão entra no condensador 5 e é condensado pela água fria profunda fornecida pela bomba de circulação 6. A bomba de alimentação 7 retorna o refrigerante ao gerador de vapor. Ao subir através das camadas superficiais quentes, a água profunda aquece até pelo menos 7...8°C, respectivamente, o vapor úmido exaurido do refrigerante terá uma temperatura não inferior a 12...13°C. Como resultado, a eficiência térmica deste ciclo será Outro projeto de usina termelétrica oceânica - termelétrica - envolve o uso do efeito Seebeck, colocando junções termoeletrodas nas camadas superficiais e profundas do oceano. A eficiência ideal de tal instalação, como no ciclo de Carnot, é de cerca de 2%. A Seção 3.2 mostra que a eficiência real dos conversores térmicos é uma ordem de grandeza menor. Assim, para a remoção de calor nas camadas superficiais da água do oceano e a transferência de calor nas camadas profundas, seria necessário construir superfícies de troca de calor (“velas subaquáticas”) de uma área muito grande. Isto não é realista para usinas de energia praticamente perceptíveis. A baixa densidade energética é um obstáculo à utilização das reservas de calor dos oceanos. Autor: Labeish V.G.
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reduz a entalpia do vapor vivo de uma instalação de circuito duplo h1 comparado a um circuito único, porém, em geral, a queda de calor na turbina aumenta devido à diminuição da entalpia do vapor de exaustão h2. O cálculo termodinâmico do ciclo é realizado como para uma usina termelétrica convencional com turbina a vapor (ver seção sobre usinas com turbina solar a vapor).
, kg/s , (4.3)
- diferença de temperatura da água geotérmica na entrada e saída do gerador de vapor, °C, 
- Eficiência do gerador de vapor. A eficiência geral das modernas usinas geotérmicas de turbina a vapor de circuito duplo é de 17.27%.
= 0,028, e para um ciclo real - menos de 2%. Ao mesmo tempo, uma central térmica oceânica é caracterizada por elevados custos de energia para as suas próprias necessidades; serão necessários custos muito elevados de água quente e fria, bem como de refrigerante; o consumo de energia das bombas excederá a energia gerada pela unidade. Nos Estados Unidos, as tentativas de implementar tais usinas perto das ilhas havaianas não produziram resultados positivos.
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