CC BY
12ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
GEOTHERMAL ENERGY
Статья поступила в редакцию 28.02.11. Ред. рег. № 942 The article has entered in publishing office 28.02.11. Ed. reg. No. 942
УДК 658.264.621.482
РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ПРОЕКТА В КРАСНОДАРСКОМ КРАЕ: I ЭТАП МОДЕРНИЗАЦИИ
1 2 3
В.А. Бутузов , Г.В. Томаров , В.Х. Шетов
1ОАО «Южгеотепло» 350051 Краснодар, ул. Рашпилевская, д. 315/1 Тел. (861) 2254183; e-mail: butuzov@newmail.ru 2ЗАО «Геоинком» Москва, ул. Ухтомская, д. 18 а Тел. (495) 3602386, e-mail: geotherm@gmail.com 3ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» Краснодар, ул. Гаражная, д. 81 Тел. (861) 2154040, e-mail: kubancentr@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 15.03.11 Заключение совета экспертов: 23.03.11 Принято к публикации: 25.03.11
Мощность геотермальных систем теплоснабжения в мире за последние пять лет удвоилась (50,6 ГВт). В России данные системы не развиваются и стареют. Для типовых геотермальных условий Северного Кавказа разработана и построена l очередь геотермальной системы теплоснабжения мощностью 1,5 МВт в пос. Розовый Краснодарского края. Система включает в себя геотермальную скважину глубиной 2600 м с температурой на устье 100 °С, автоматизированный сква-жинный геотермальный насосный модуль, центральный тепловой пункт (ЦТП), сблокированный с демонстрационным центром технологий ВИЭ, тепловые сети. На кровле ЦТП смонтирована гелиоустановка (144 м2). С 15.10.2010 по 1.04.2011 г. 12 двухэтажных жилых домов, оборудованных узлами учета тепловой энергии, надежно и качественно обеспечивались отоплением и горячим водоснабжением, в том числе при температуре воздуха минус 21 °С.
Ключевые слова: геотермальная система теплоснабжения, скважина, насосный модуль, центральный тепловой пункт, демонстрационный центр технологий ВИЭ, тепловые сети, гелиоустановка, жилые дома.
IMPLEMENTATION OF GEOTHERMAL PROJECTS IN THE KRASNODAR REGION:
THE FIRST STAGE OF MODERNIZATION
V.A. Butuzov1, G.V. Tomarov2, V.Kh. Shetov3
'"Yuzhgeoteplo" 315/1, Rashpilevskaya str., Krasnodar, 350051, Russia Tel. (861) 2254183; e-mail: butuzov@newmail.ru 2ZАО «Geoinkom» 18a Ukhtomskaya str., Moscow, Russia Tel. (495) 3602386, e-mail: geotherm@gmail.com 3Public Office «Center for Energy Saving and New Technologies» 81 Garazhnaya str., Krasnodar, Russia Tel. (861) 2154040, e-mail: kubancentr@mail.ru
Referred: 15.03.11 Expertise: 23.03.11 Accepted: 25.03.11
Capacity of geothermal heating systems in the world for the past five years has doubled (50.6 GW). In Russia, these systems do not develop and grow old. For typical geothermal conditions of the North Caucasus has been developed and built the first phase of geothermal heating system capacity of 1.5 MW in the village Rozoviy of Krasnodar region. The system includes a geothermal borehole depth of 2600 m with the temperature at the mouth of the 100 °C and an automated borehole geothermal pump module, a central heating unit (CHU), locked with a demonstration center for renewable energy technologies, the thermal pipe network. On the roof of CHU is mounted a solar thermal power plant (144 m2). From 10.15.2010 till 1.04.2011 12 two storied residential buildings, equipped with heat metering units, securely and efficiently provide heating and hot water supply, including air temperature minus 21 °C.
Keywords: geothermal heating system, boreholes, pumping unit, central heating unit, a demonstration center of renewable energy technologies, thermal pipe networks, solar thermal power plant, residential buildings.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 2 (94) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
По данным Всемирного геотермального конгресса 2010 г. (о. Бали, Индонезия), суммарная установленная мощность геотермальных систем теплоснабжения составила 50583 МВт с ежегодной выработкой тепловой энергии 121696 ГВтч [1].
В России геотермальные системы теплоснабжения в основном работают на Камчатке, Курилах, в Дагестане, Ставропольском и Краснодарском краях. Так, в Краснодарском крае эксплуатируется 12 месторождений с 79 скважинами, температура воды на устье которых составляет 75-120 °С. Суммарная прогнозная мощность этих скважин составляет 238 МВт с возможной выработкой тепловой энергии 834 МВтч. Однако в настоящее время практически используется небольшая часть этих скважин (~ 20%) [2].
Подавляющее большинство отечественных геотермальных систем строилось 20-30 лет назад в советские годы. Степень их технического износа достигает 70-80%. Эффективность использования геотермального теплового потенциала не превышает 30%. Модернизация таких геотермальных систем является актуальной народно-хозяйственной задачей.
В статье представлены некоторые результаты реализации первого этапа модернизации типичной для Краснодарского края системы геотермального теплоснабжения поселка Розового численностью 1000 человек, расположенного в 240 км от Краснодара. Теплоснабжение поселка обеспечивается от двух геотермальных скважин глубиной 2600 м. За 30 лет их эксплуатации дебит теплоносителя на устьях каждой из скважин при безнасосном режиме эксплуа-
тации уменьшился вдвое (800 м /сут). Старая система теплоснабжения одноконтурная, с подачей геотермального теплоносителя в сети отопления и ГВС зданий. При отсутствии эффективной противокоррозионной защиты тепловые сети и внутренние трубопроводы зданий прокорродировали и практически пришли в негодность.
ЗАО «Геотерм-ЭМ» (Москва) была разработана концепция и проект модернизации системы теплоснабжения пос. Розовый [3]. На рис. 1 представлена структурная схема реализации данной концепции с закачкой отработанного теплоносителя в реинжек-ционную скважину 9Т.
В октябре 2010 г. завершена первая очередь модернизации геотермального теплоснабжения общей мощностью 1,5 МВт с подключением 12 двухэтажных зданий. На рис. 2 приведена принципиальная схема первоочередного геотермального теплоснабжения. Для стабилизации гидравлического режима в 30 метрах от скважины 4Т построен геотермальный насосный модуль, принципиальная тепловая схема которого представлена на рис. 3. В модуле установлен бак разрыва струи вместимостью 6 м3 и заглубленная автоматизированная насосная станция с частотным регулированием. Геотермальный теплопровод Ду 150 мм, от насосного модуля до построенного в центре поселка геотермального теплового пункта (ГЦТП), протяженностью 800 м проложен подземно в ППУ изоляции с контрольным проводником для диагностики повреждений.
Рис. 1. Структурная схема реализации концепции модернизации геотермального теплоснабжения Fig. 1. Block diagram of the concept of modernization of the geothermal heating
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 2 (94) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
Рис. 2. Принципиальная схема первой очереди модернизации Fig. 2. Schematic diagram of the first stage of modernization
Рис. 3. Принципиальная тепловая схема трубопроводов геотермального насосного модуля: 1 - геотермальная скважина; 2 - фильтр магнитный; 3 - расходомеры электромагнитные; 4 - регулирующий клапан; 5 - контроллер; 6 - датчики уровня; 7 - бак-аккумулятор; 8, 9 - автоматизированная насосная станция; 10 - модем; 11 - байпас; 12 - тепловычислитель
Fig. 3. Schematic heat diagram of the geothermal pump module pipeline: 1 - geothermal well; 2 - magnetic filter; 3 - electromagnetic flow-meter; 4 - control valve; 5 - controller; 6 - level probes; 7 - cylinder; 8, 9 - automatic pump station;
10 - modem; 11 - bypass; 12 - heat calculator
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 2 (94) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
ГЦТП состоит из технологической и административной частей - с размещением в последней двух учебно-тренажерных аудиторий площадью по 80 м2. Внешний вид двухэтажного здания ГЦТП представлен на рис. 4. Принципиальная схема ГЦТП приведена на рис. 5. Системы теплоснабжения двухэтажных зданий подключены к геотермальному теплоносителю по независимой схеме через пластинчатый теплообменник. Оборудование ГЦТП представлено на рис. 6.
Рис. 4. Внешний вид геотермального центрального теплового пункта Fig. 4. The appearance of the central geothermal heating unit
Рис. 5. Принципиальная схема геотермального центрального теплового пункта: 1 - солнечные коллекторы (II этап); 2 - теплообменник гелиоконтура (II этап); 3 - бак гелиоустановки (II этап); 4 - теплообменник теплиц (II этап); 5 - теплообменник одноэтажных зданий; 6 - теплообменник двухэтажных зданий; 7 - Na-катионитовая установка; 8 - подпиточные насосы; 9 - сетевые насосы поселка; 10 - сливные насосы; 11 - сетевые насосы теплиц;
12 - насосы гелиоустановки; 13 - насосы гелиоконтура Fig. 5. Schematic diagram of the central geothermal heating unit: 1 - solar collectors (II stage); 2 - heat exchanger of the solar contour (II stage); 3 - cylinder of the solar power plant; 4 - heat exchange of the green house; 5 - heat exchanger of one-storey building; 6 - heat exchanger of two-storey building; 7 - Na-cation station; 8 - boost pumps; 9 - network pumps of the settlement; 10 - drain pumps; 11 - network pumps of the greenhouses; 12 - solar power plant pumps; 13 - solar contour pumps
Рис. 6. Оборудование геотермального центрального теплового пункта Fig. 6. Equipment for the central geothermal heating unit
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 2 (94) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
Для реализации второй очереди модернизации геотермальной системы теплоснабжения п. Розовый с подключением одноэтажных домов смонтирован второй пластинчатый теплообменник и общая автоматизированная сетевая насосная станция с частотным регулированием. Система теплоснабжения двухэтажных жилых домов двухтрубная открытая. Подпитка системы производится химочищенной водой (натрий-катионирование). Расчетный температурный график геотермального теплоносителя 10070 °С, сетевой воды 90-60 °С. В здании ГЦТП установлены сливные насосы и зарезервировано место для оборудования второй очереди модернизации системы. На кровле ГЦТП смонтировано 72 солнечных коллектора фирмы «Wolf» (Германия) общей площадью 144 м2 для монтируемой гелиоустановки горячего водоснабжения.
Двухтрубные распределительные тепловые сети от ГЦТП до каждого из 12 двухэтажных зданий про-
тяженностью 1200 м проложены подземно в трубопроводах с ППУ-изоляцией и проводником для контроля повреждений.
На подключенных к ГЦТП зданиях смонтированы узлы учета тепловой энергии и регулирования. На рис. 7 приведена принципиальная схема такого узла. В качестве расходомеров отопления на 5 зданиях применены электромагнитные приборы (ПРЭМ), на 7 зданиях - вихревые (ВЭПС). Для узла учета расхода горячей воды использованы крыльчатые водомеры (ВСТ). Тепловычислители имеют автономное электропитание (ВКТ-7-03). Для поддержания заданной температуры ГВС применены термостатические регуляторы фирмы «Herz».
В течение отопительного сезона 2010-2011 гг. проводится отработка тепловых и гидравлических режимов работы оборудования и системы в условиях переменных параметров скважины и наладка систем отопления и ГВС отдельных зданий.
Рис. 7. Принципиальная схема автоматизированного узла учета тепловой энергии Fig. 7. Schematic diagram of automated metering of heat energy
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 2 (94) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
По результатам эксплуатации с 15.10.2010 г. по 15.03.2011 г. установлено, что жители подключенных к ГЦТП 12 двухэтажных жилых домов (около 400 человек) впервые за последние годы получили качественное отопление и горячее водоснабжение, в том числе при температурах воздуха минус 21 °С (февраль 2011 г.). Без включения в работу геотермального насосного модуля обеспечена стабилизация давления воды на устье скважины 4Т - 3 кгс/м2. В предыдущие отопительные сезоны оно уменьшилось до 0,15 кгс/см2.
Список литературы
1. Lund I., Freeston D., Boyd T. Direct Utilization of Geothermal Energy. 2010. Worldwide Review // Proc. WGC-2010. Bali, Indonesia, 25-29 April 2010. www.geothermal.org.
2. Бутузов В. А. Современное состояние российских систем геотермального теплоснабжения и перспективы их развития // Промышленная энергетика. 2005. № 4. С. 53-54.
3. Бутузов В.А., Шетов В.Х., Томаров Г.В. Геотермальная тепловая станция с гелиоэнергетической установкой // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2008. № 10. С. 129-135.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 2 (94) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
