Геотермальне теплопостачання

Геотермальне теплопостачання являє собою складну проблему, пов’язану з різними галузями промисловості. Вона включає розвідувальні роботи геотермальних вод, будівництво та влаштування термоводозаборів, видобування і транспортування геотермального теплоносія від свердловини до споживача, його використання в системах теплопостачання, утилізацію відпрацьованих термальних вод і їхнє скидання.

Системи геотермального теплопостачання багато в чому визначаються типом геотермальних вод. Геотермальні води, що використовуються для теплопостачання споживачів, можна умовно розділити на три групи:

- води, що можуть безпосередньо використовуватися споживачами і підігріватися без яких-небудь негативних наслідків, тобто води найбільш вигідної якості;

- води, що можуть безпосередньо використовуватися споживачами для опалення, але не можуть піддаватися нагріванню через посилення їхніх агресивних якостей;

- води підвищеної мінералізації й агресивності, які не можна використовувати безпосередньо споживачами.

Для оцінки ефективності використання теплоти геотермальної води в схемах геотермального теплопостачання вводиться коефіцієнт г|, що характеризує ефективність теплопостачання [2]:

де і - ступінь відносного спрацювання температурного перепаду;

х - ступінь використання максимуму навантаження порівняно з еталонним споживачем;

- ступінь відносного збільшення розрахункового дебіту свердловини порівняно з еталонним споживачем, який характеризує

зв’язок між гідродинамічним режимом водоносного пласта і фактичним відбором геотермальної води;

dx - частка (в річному тепловому балансі системи) елементів, які потребують органічного палива.

Ступінь відносного спрацювання температурного перепаду визначається виразом

■ _ h ~ h

^г. е. ~

де ^і, t2 - температура геотермальної води (з урахуванням підігрівання), що подається до споживача; t26 — температура геотермальної води в усті свердловини.

Нижче подано принципові схеми одноконтурного геотермального теплопостачання, що використовуються для першої групи геотермальних вод (рисунок 4.5.2).

Нагріте

Д) е)

Рисунок 4.5.2 - Основні принципові схеми одно контурного

теплопостачання:

1 - геотермальна свердловина; 2 - насос; 3 - система гарячого водопостачання;

4 - система водяного опалення; 5 - пікова котельня;

6 - тепловий насос; 7 - система повітряного опалення; 8 - калорифери другого підігрівання; 9 - калорифери першого підігрівання

Схема одноконтурного геотермального теплопостачання з паралельним подаванням геотермальної води на водяне опалення і гаряче водопостачання (рисунок 4.5.2а) при опалювальній температурі 35-60 °С має значення /, яке не перевищує 0,21.

Отримання температури скидної води нижче 35 °С утруднене у зв’язку з розміщенням опалювальних пристроїв в приміщенні. Використання зігрівальних елементів, убудованих у панелі перекриття (панельно-променисті системи опалення), дає можливість
зниження скидної води до 25-30 °С, що підвищує коефіцієнт використання теплоти геотермальної води.

При теплопостачанні з використанням геотермальної води з температурою 80-90 °С в усті свердловини зворотну воду доцільно використовувати для потреб гарячого водопостачання (рисунок 4.5.26), в результаті чого значення коефіцієнта г досягає величини 0,25.

Схеми одноконтурного геотермального теплопостачання з піковим догріванням води можуть бути виконаними двома варіантами. В першому (рисунок 4.5.2в) - вода зі свердловини при температурі 60 °С через пікову котельню подається паралельно на опалення та гаряче водопостачання. В другому варіанті (рисунок 4.5.2е) підігрівається тільки та вода, яка йде на опалення, при цьому використовується і повітряне опалення, в результаті чого коефіцієнт г| досягає значення 0,5.

Найбільш перспективними з точки зору повноти використання теплової енергії геотермальної води є схеми, зображені на рисунку 4.5.2г, д, у яких теплота після системи опалення використовується у випарнику теплової помпи.

Геотермальна вода першої групи в більшості випадків стабільна при температурі 60-70 °С, при підвищенні температури до 95 °С можуть мати місце інтенсивні відкладення в трубопроводах карбонату кальцію.

Геотермальні води другої групи також можуть використовуватися в схемах одноконтурного геотермального теплопостачання, однак без додаткового підігрівання (рисунок 4.5.3а). При недостатньому рівні нагрівання приміщень підключаються традиційні нагрівальні пристрої від пікової котельні.

Оскільки температура скидної геотермальної води становить 25- 30 °С, то її теплоту можна використати за допомогою теплового насоса (рисунок 4.5.36).

Схему використання геотермальної води підвищеної мінералізації подано на рисунку 4.5.4, де основним елементом відбору теплоти є магістральні теплообмінники [3].

Рисунок 4.5.3 - Схеми геотермального теплопостачання з використанням геотермальних вод другої групи: а - проста прямоточна; б - прямоточна з використанням теплового насоса 1 - геотермальна свердловина; 2 - насос; 3 - опалювальна система; 4 - пікова котельня; 5 - опалювальні прилади; 6 - тепловий насос

Скидання

Рисунок 4.5.4 - Схема геотермального теплопостачання з використанням геотермальних вод третьої групи:

1 - підземний колектор; 2 - свердловина; 3 - газошламовідокремлювач; 4 - нагнітальний насос; 5 - нагнітальна свердловина; 6 - теплообмінник опалювальної системи; 7 - насос опалювальної системи;

8 - теплообмінник системи гарячого водопостачання; 9 - опалювальна система; 10 - система гарячого водопостачання; 11 - джерело води гарячого водопостачання; 12 - система утилізації газів і шламів