Геотермальных вод

Геотермальные воды являются перспективным источником возобновляемой тепловой энергии. Основные ресурсы геотермальных вод на тер­ритории России сосредоточены в районах Пред­кавказья, Закавказья, Западной Сибири, Дальнего Востока, Камчатки и Средней Азии.

В зависимости от теплового потенциала, химического и газового состава геотермальные воды условно классифицируются [1]:

а) по температуре, °С: слаботермальные (< 40); термальные (40÷60); высокотермальные (61÷100) и перегретые (более 100);

б) по степени минерализации (сухой остаток, г/л): ультрапресные (до 0,1); пресные (0,1-1); слабосолоноватые (1÷3); сильносоло­новатые (3÷10); соленые (10÷35) и рассольные (более 35);

в) по общей жесткости, мг-экв/л: очень мягкие (0÷1,2); мягкие (1,2÷2,8); средние (2,8÷5,7); жесткие (5,7÷11,7) и очень жесткие (более 11,7);

г) по кислотности, рН: сильнокислые (<3,5); кислые (3,5÷5,5); слабокислые (5,5÷6,8); нейтральные (6,8÷7,2); слабощелочные (7,2÷8,5); щелочные (> 8,5);

д) по газовому составу: сероводородные, сероводородно-углекислые, углекислые, азотно-углекислые, метановые, азотно-метановые, азотные;

е) по газонасыщенности, мл/л: имеющие слабую газо­насыщенность (менее 100); среднюю газонасы­щенность (100÷1000) и высокую газонасыщен­ность (более 1000).

При проектировании систем геотермаль­ного теплоснабжения следует учитывать отли­чие геотермального теплоносителя от тради­ционного. Специфика геотермальных вод за­ключается в следующем.

1. Одноразовость использования в системах теплоснабжения и постоянная температура, в отличие от обычного теплоносителя, который возвращается после потребителя на повторный нагрев и температура которого регулируется в зависимости от климатических факторов. В системах геотермального теплоснабжения теп­ловой потенциал, не использованный потреби­телем, теряется безвозвратно. Технические ре­шения систем теплоснабжения с использова­нием геотермальных вод для конкретных гид­рогеологических параметров должны преду­сматривать максимальную глубину срабатыва­ния теплового потенциала геотермальной воды и наибольшую равномерность использования расчетного дебита скважины в течение года.

2. Сравнительно низкая температура, ко­торая предъявляет определенные требования к выполнению геотермальных систем, предопре­деляя минимально возможную по техническим соображениям температуру обратной воды (с учетом возможности размещения отопитель­ных приборов в отапливаемых помещениях зданий).

3. Во многих случаях агрессивность, повы­шенная минерализация и жесткость. В зави­симости от минерализации и химического со­става возможны три способа использования геотермальных вод в системах теплоснабже­ния: с предварительной подготовкой воды, с применением промежуточных теплообменни­ков и с непосредственной подачей геотермаль­ной воды в систему теплоснабжения.

4. Необходимость сброса или обратной закачки отработавшей геотермальной воды.

5. Фиксированное расположение место­рождения относительно потребителей тепла в отличие, например, от котельной, которая мо­жет быть размещена в центральной части теплоснабжаемой территории или в непосредственной близости от нее.

При разработке схем геотермального те­плоснабжения следует стремиться к обеспече­нию максимального коэффициента эффектив­ности η_г.т при одновременном минимальном удельном расходе геотермальной воды на единицу расчетной тепловой нагрузки. Коэффи­циент эффективности представляет собой от­ношение реально используемого в течение года теплового потенциала скважины к суммарному количеству теплоты, которое могло бы быть получено при срабатывании годового дебита до некоторой условной температуры, в ка­честве которой принимается температура водо­проводной воды в зимний период (5°С):

, (12)

где i=t_г–t₀/(t_т.в.–5) -степень относительного сра­батывания температурного перепада; z - степень от­носительного использования максимума нагрузки;

ζ - степень относительного увеличения расчетного дебита скважины, принимается по графику (рис.19); d_t - доля в годовом тепловом балансе системы геотермального тепло­снабжения таких элементов, которые, используя то­пливо (например, пиковый догрев), выравнивают по­требление геотермальной воды во времени и сокраща­ют ее удельный расход на единицу расчетной тепло­вой нагрузки; t_г, t₀ - расчетные температуры теплоносителя, поступающего к данному потребителю (с учетом пикового догрева) и обратного (сбросного или закачиваемого в пласт), °С; t_т.в. – температура геотермальной воды на устье скважины, °С.

На графике (рис.19) величина τ_скв – коэффициент использования скважины, представляющий собой отношение фактического годового отбора геотермальной воды к произведению 8500G_скв, где G_скв – дебит скважины в течение всего периода эксплуатации, подсчитанный с учетом неравномерности отбора, т/ сут.

Рис. 19. Определение степени относительного увеличения
расчетного дебита скважин

Основная цель в процессе разработки схем систем геотермального теплоснабжения - обес­печение максимального срабатывания теплово­го потенциала геотермальной воды и возмож­но более полного использования годового де­бита скважин. Указанное положение может не соблюдаться в тех случаях, когда тепловой потенциал скважин превышает нагрузку сущест­вующих и перспективных потребителей.

Выбор принципиальной схемы геотермаль­ного теплоснабжения при известных гидрогео­логических параметрах скважин производится в такой последовательности:

1) на основании химического состава и степени минерализации определяют, может ли данная геотермальная вода подаваться непосредственно в системы теплоснабжения (од­ноконтурные системы) или должна служить для этих систем первичным теплоносителем (двухконтурные системы);

2) выявляют конкретных потребителей гео­термальной воды в расчетном режиме с класси­фикацией их по предъявляемым ими требова­ниям к потенциалу теплоносителя;

3) намечают ориентировочную последова­тельность подачи геотермальной воды различ­ным потребителям с учетом их взаимораспо­ложения и необходимости срабатывания тепло­вого потенциала геотермальной воды;

4) определяют расчетные параметры, схе­мы и возможных сезонных потребителей;

5) производят технико-экономический рас­чет.

Как правило, для выявления оптимальной схемы для конкретного набора потребителей необходимо рассмотреть несколько вариантов.
В зависимости от химического состава и степени мине­рализации могут применяться:

а) одноконтурные системы теплоснабжения с зависимым подключением систем отопления и непосредственным водоразбором
в системах горячего водоснабжения;

б) двухконтурные системы теплоснабжения с независимым подключением систем отопле­ния и закрытым водоразбором в системах горячего водоснабжения;

в) комбинированные системы с зависимым подключением систем отопления и закрытым водоразбором в системах горячего водоснаб­жения.