CC BY
51Алхасов А. Б.
д.т.н., директор филиала Объединенного института высоких температур РАН, зав. лабораторией Института проблем геотермии Дагестанского НЦ РАН [email protected] Аликеримова Т.Д.
старший преподаватель Дагестанского государственного университета
Ниналалов С.А.
к.ф.-м.н., ученый секретарь Института проблем геотермии ДНЦ РАН [email protected]
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДОВ ОСВОЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН
Ключевые слова: геотермальные месторождения, геотермальные воды, освоение ресурсов, экономическая эффективность.
Центральная и северная низменные зоны Дагестана богаты высокоминерализованными геотермальными источниками. Высокая стоимость делает экономически невыгодной разработку скважин термальной воды. Но практически беззатратными её источниками являются выработанные нефтяные и газовые месторождения, которыми изобилует равнинный Дагестан [2]. А экономическая целесообразность добычи и использования геотермальных ресурсов следует из того, что они содержат большое количество ценных компонентов.
Ученые института проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН предлагают к реализации несколько высокорентабельных проектов, связанных с освоением геотермальных вод (ГТВ) [3].
Комплексное освоение высокопараметрических минерализованных гидрогеотермальных ресурсов [4]. В составе большинства высокоминерализованных ГТВ Дагестана содержатся в промышленно значимых концентрациях ионы лития. Соли лития используются в стекольной, фармацевтической, электрохимической и атомной промышленности. Карбонат лития в России практически не добывается и ввозится из Чили. В то же время разведанные запасы редкометальных термальных вод одного Берикейского месторождения обеспечивают выработку более 2000 тонн карбоната лития в год. Это превышает все потребности промышленности страны. Строительство заводов по производству карбоната лития на Южно-Сухокумской, Тарумовской, Комсомольской и других месторождениях Дагестана даст возможность экспортировать карбонат лития в страны Европы. Кроме солей лития ГТВ содержат пищевую соль, магнезию жженную и другие ценные компоненты, причем минерализация составляет до 200 граммов солей на 1 литр термальной воды.
Предлагается технология комплексного освоения гидрогеотермальных ресурсов на основе бинарной ГеоЭС и производства солей лития с использованием электроэнергии, получаемой от ГеоЭС. Разработана методика подсчета запасов месторождений термальных вод Северного Кавказа с учетом их химического состава и гидрогеолого-термальных характеристик, а также оценки перспективности данных месторождений. Предложен метод выбора оптимального режима эксплуатации первичного контура бинарной ГеоЭС на основе тепломассообменных, гидродинамических и оптимизационных расчетов для конкретного гидротермального месторождения.
Сочетание численных и аналитических методов расчета дало возможность рассчитать оптимальные конструкционные и режимно-эксплуатационные параметры геотермальной циркуляционной системы (ГЦС) - диаметры добычной и нагнетательной скважин, давление нагнетания, циркуляционный дебит, расстояние между скважинами. В контуре ГЦС рассчитан оптимальный дебит термальной воды, при котором энергоустановка вырабатывает максимум полезной мощности. Увеличение дебита за максимум вызывает падение полезной мощности из-за роста затрат энергии на закачку обратно в пласт отработанной термальной воды.
На основе анализа теплофизических данных и расчетов по оптимизации термодинамических циклов представлена методика выбора оптимального низкокипящего рабочего агента вторичного контура ГеоЭС. Сравнительный анализ параметров рабочих агентов бинарных ГеоЭС (изобутан, смесь изобутана (90%) и изопентана (10%), аммиак, Я142в, Я13В1) и озонобезопасных рабочих агентов нового поколения (Я134а, Я143а). Анализ цикла Ренкина, проходящего во вторичном контуре ГеоЭС, показал наличие оптимальной температуры испарения рабочего агента при максимуме мощности энергоустановки. Установлено, что наиболее перспективными рабочими агентами являются изобу-тан и Я134а.
Рассмотрены варианты технологических схем выделения из отработанных в ГеоЭС термальных рассолов солей лития, пищевой соли, магнезии жженной и т.д. Наилучшим вариантом явился процесс сорбционного концентрирования и разделения лития от макрокомпонентов рассола с применением активного свежеосажденного А1(ОН)з с улуч-
шенными фильтрационными свойствами. Проработаны варианты утилизации отработанного теплоносителя - обратная закачка, частичная закачка, сброс на поверхности.
Средства, необходимые на реализацию проекта строительства бинарной ГеоЭС и завода по выработке карбоната лития, пищевой соли, магнезии жженной и других ценных материалов - 1,5 млрд. руб. Срок окупаемости проекта -3 года.
Комбинированные геотермально-парогазовые энергетические системы (ГПЭС). Термальные воды могут быть использованы для выработки электроэнергии в ГПЭС, которые сочетают и возобновляемые, и ископаемые источники энергии. Горячая вода нагревает низкокипящее рабочее тело в контуре бинарной ГеоЭС до температуры его испарения. Тепло газотурбинной электростанции (ГТЭС) обеспечивает испарение и перегрев рабочего тела. ГПЭС эффективно использует тепло термальной воды и выхлопных газов ГТЭС, и позволяет непрерывно эксплуатировать геотермальные скважины.
Перспективно для строительства ГПЭС Тернаирское геотермальное месторождение на окраине г. Махачкалы. Производительность водозабора - 20 тыс. м3/сутки, средняя устьевая температура воды - 100°С. Восемь скважин производительностью по 2500 м3/сутки пробурены для добычи воды. Месторождение слабо освоено: работают лишь две скважины, а отработанные воды с температурой 60°С сбрасываются в дренажный канал. При полном использовании ресурсного потенциала месторождения мощность энергоустановок на основе ГПЭС технологии может достигать 60 МВт (эл) [6]. Реализация проекта обеспечит значительную часть потребности г. Махачкалы в электроэнергии. Срок окупаемости проекта - 6 лет.
Энергобиологический комплекс (ЭБК). Проект комплексного использования Речнинского геотермального месторождения (Дагестан) в ЭБК разработан ИНГ ДНЦ РАН совместно с ОАО «Геотермнефтегаз». Предусматривается организация взаимосвязанных производств: выращивание ранних овощей, культивирование микроводоросли хлореллы, выращивание икры, молоди и товарных осетровых. В комплекс входят теплоэнергетический блок, где термальная вода направляется на обогрев жилых зданий, теплицы, птицефабрики и грунта.
В схеме комплекса высокотемпературная вода поступает в дегазатор, где из неё выделяются растворенные газы. Вода направляется на обогрев жилого комплекса, теплицы, птицефабрики и грунта. Отработанная вода поступает на насосную станцию для закачки в скважины. Термальная вода также направляется в дегазатор и в смеситель, куда из артезианских скважин поступает низкопотенциальная вода, предварительно обогащенная кислородом воздуха в аэраторе. Вода из смесителя поступает в рыбохозяйственный комбинат для выращивания микроводорослей, икры, рыбы и производства хлебопекарных дрожжей.
Планируемый объем производства продукции в натуральном выражении: электроэнергия - 28 млн. кВтч в год, теплоэнергия - 216 тыс. Гкал в год, балык осетровый - 250 т/год, икра черная - 25 т/год, ранние овощи - 1500 т/год, мясо птицы - 2300 т/год, микроводоросль спирулина - 200 т/год. Стоимость проекта - 2583,3 млн. руб. Срок окупаемости проекта - 4,7 года. Срок реализации (строительства) проекта - 3 года.
Строительство бинарных ГеоЭС с использованием выработанных нефтяных и газовых месторождений. Капитальные затраты на реконструкцию скважин для добычи термальной воды гораздо ниже затрат на строительство новых скважин. В пределах Восточно-Предкавказского артезианского бассейна имеется более 2000 простаивающих скважин, большинство из которых могут быть применены для добычи термальной воды. Для 14 выработанных нефтегазовых месторождений проведена оценка строительства бинарных ГеоЭС с ГЦС-технологией. До 30% генерируемой на таких ГеоЭС электрической мощности затрачивается на циркуляцию теплоносителя в контуре ГЦС. Общая полезная мощность ГеоЭС на этих месторождениях достигает более 330 МВт [7]. Стоимость проекта - 6820 млн. руб. Срок окупаемости проекта - 5 лет. Срок реализации проекта - 2 года.
Малые проекты использования термальных вод в Дагестане
1. Теплонасосные системы теплоснабжения (ТСТ) на основе низкопотенциальных источников тепла для энергообеспечения объектов удаленных от систем централизованного теплоснабжения. Разработаны технологии с использованием тепла низкопотенциальных термальных вод, тепла сухих горных пород и тепла морской воды. В 2006 г. в Махачкале реализована система теплонасосного теплоснабжения для отопления и горячего водоснабжения многоквартирного дома (ул. З. Космодемьянской, д. 54) мощностью 350 кВт. ТСТ наиболее перспективны для энергообеспечения объектов санаторно-курортного назначения в прибрежной зоне Каспия. Сроки окупаемости таких систем составляют 3-4 года.
2. Гелио-геотермальные системы теплоснабжения и горячего водоснабжения объектов малой мощности. Такая система реализована для энергообеспечения коттеджного дома в пригороде Махачкалы на территории филиала Объединенного института высоких температур РАН. Мощность системы 15 кВт. Система запатентована и использует солнечную энергию в солнечных коллекторах и тепло сухих горных пород, которая отбирается скважинным теплообменником. Масштабная реализация таких систем позволит значительно улучшить эколого-экономическое состояние республики.
3. Система по совместно-раздельной добыче пресных холодных и термальных минерализованных вод одной скважиной-теплообменником, что позволит сэкономить средства на бурение отдельной скважины на пресные воды и исключить затраты на строительство наземного теплообменника. Такая система была построена на Кизлярском геотермальном месторождении и успешно функционировала в течение долгого времени. Экономический эффект от ее реализации в современных ценах составляет 35 млн. руб.
Список литературы
1. Алхасов А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии. - М.: Физматлит, 2008. - 376 с.
2. Освоение низкопотенциального геотермального тепла / А.Б. Алхасов, М.Г. Алишаев, Д.А. Алхасова, А.Г. Каймаразов, М.М. Рамазанов. - М.: Физматлит, 2012. - 280 с.
3. Алхасов А.Б. Технологии комплексного освоения геотермальных ресурсов Северокавказского региона // Теплоэнергетика. 2018. -№ 3. - С. 31-35. Б01: 10.1134/80040363618030025.
4. Алхасов А.Б., Алхасова Д.А., Рамазанов А.Ш., Каспарова М.А. Технологии освоения высокоминерализованных геотермальных ресурсов // Теплоэнергетика. 2017. - № 9. - С. 17-24. Б01: 10.1134/80040363617090016.
5. Алхасов А.Б., Алхасова Д.А., Рамазанов А.Ш. Проблемы и перспективы освоения гидротермальных ресурсов Северного Кавказа // Материалы XI Школы молодых ученых «Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов» имени Э.Э. Шпильрайна. - Махачкала, 2018. - С. 47-57.
6. Алхасов А.Б., Алхасова Д.А. Оценка эффективности создания бинарных геотермальных энергоустановок с использованием отработанных нефтяных и газовых скважин на Юге России // Теплоэнергетика. 2018. - № 2. - С. 24-32. Б01: 10.1134/80040363618020017.
7. Инвестиционные проекты (Использование тепла Земли). Вып. 1. - Махачкала: Институт проблем геотермии ДНЦ РАН, 2005. -134 с.
