Отечественный опыт создания геотермальной электростанции с бинарным циклом

Сегодня в России открываются большие перспективы использования бинарных геотермальных электростанций (ГеоЭС) блочного типа мощностью от 100 кВт до 12 МВт для северных районов Дальнего Востока, а также на Камчатке и Курильских островах, где имеется горячая геотермальная вода.

В 2012 г. завершилось строительство 1-го в России бинарного энергоблока на площадке Паужетской ГеоЭС (входит в состав ПАО «РусГидро») мощностью 2,5 МВт с использование замкнутого цикла и безопасного рабочего тела (хладагента R-134a). Практически все оборудование для бинарного блока было изготовлено на отечественных заводах. Турбогенератор производства ОАО «Калужский турбинный завод», бак-ресивер, конденсатор и испаритель-пароперегреватель производства ООО «НПО Спецнефтехиммаш», и лишь насосное оборудование производства английской компании «HMD Seal/Less Pumps Ltd» [1, 2].

В процессе завершения работы над пилотным проектом на Паужетской геотермальной станции (Камчатка), были проведены испытания отечественной технологии по производству электроэнергии на геотермальных энергоустановках с бинарным циклом. По итогам, которых специалистами были получены результаты подтверждающие правильность технических решений, расчетных параметров и экспериментальные доказательства работоспособности технологической схемы и специально разработанного оборудования бинарной энергоустановки как единого комплекса (рис. 1) [3].

Технология бинарного цикла основана на использовании среднетемпературного тепла сбросного сепарата. Ранее горячую воду (около 80% общего расхода пароводяной смеси) с температурой 120°С, выходящую вместе с паром из геотермальной скважины (сепарат), не использовали в процессе выработки электроэнергии, а сбрасывали в нерестовую реку Озерная, куда впадает река Паужетка, что приводило не только к потерям теплового потенциала геотермального теплоносителя, но и существенно ухудшало экологическое состояние реки.

Рис. 1. Принципиальная схема пилотного проекта Паужетской бинарной

ГеоЭС мощностью 2,5 МВт: БТ - бинарная турбина.

Рассматриваемый замкнутый цикл (рис. 1), в котором горячую воду (сепарат) направляют в теплообменник-испаритель, где в процессе теплообмена сепарат нагревает и испаряет низкокипящее рабочее тело -хладон (R-134a). Полученный хладоновый пар под давлением раскручивает турбину (БТ). Затем он охлаждается, конденсируется и становится жидкостью, которую направляют на сжатие в насос и цикл повторяется.

Технические характеристики пилотного проекта Паужетской бинарной ГеоЭС мощностью 2,5 МВт приведены в табл. 1 [4].

Таблица 1

Технические характеристики пилотного проекта Паужетской бинарной ГеоЭС

Главным достоинством бинарного цикла является возможность его адаптации к различным источникам тепловой энергии. За счет варьирования рабочего тела его можно использовать в широком диапазоне температур и давлений, как в высокотемпературной, так и в средне- и низкотемпературной области. В качестве низкокипящих рабочих тел могут применяться различные углеводороды (бутан, пропан), хладоны (R11, R12, R114, R123, R245+а), аммиак, толуол, дифенил, силиконовое масло, в том числе углекислый газ при высоком давлении и новые синтетические вещества такие как «Novec 649», разрабатываемые компанией «3М» [5].

Реализация данных проектов по использованию низкоэнтальпийных источников теплоты на ГеоЭС для выработки электроэнергии позволит в будущем повысить эффективный КПД станции и возможность конкурировать с традиционными тепловыми электростанциями.

Актуальность проблемы импорт замещения решаются созданием конструкций бинарных энергоустановок из обычных материалов и отечественных комплектующих (низкий уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения).