Интернет журныл о промышленности в Украине

Енергетичний сюрприз Аляски

Історія про те, як на одному глухому провінційному курорті, де щодня витрачалося по 1000 доларів тільки на солярку для дизель-генератора, навчилися економити ці гроші, докопавшись до таких природних ресурсів, на які зазвичай ніхто не звертає уваги.

Коли холодоагент рветься через турбіну на швидкості в півтори тисячі кілометрів на годину, енергоустановки реве, як реактивний літак. Чинне тут обладнання не дуже громіздко, однак від цього реву в ангарі нікуди дітися, так що інженер-механік Гвен Холдман змушена кричати: «Все, що ви тут бачите, цілком у дусі Аляски. Без зайвого лоску, з облізлою фарбою. Але воно справжнє ». Я кладу руку на сталевий люк, що закриває відсік випарника, і відчуваю на дотик тепло циркулюючої всередині води. Тепло і вода - нові і найбільш багатообіцяючі енергоресурси Аляски.

Глухе курортне містечко Чена-Хот-Спрінгc майже в сотні кілометрів на північний схід від міста Фербанкс. Саме тут розташована перша геотермальна електростанція на Алясці, а головне, немає більше ніде в усьому світі станцій, які могли б отримувати енергію з такою низькотемпературної води.

Саме тут розташована перша геотермальна електростанція на Алясці, а головне, немає більше ніде в усьому світі станцій, які могли б отримувати енергію з такою низькотемпературної води

Тепло, накопичене в глибинах земної кори, - це в 50 000 разів більший запас енергії, ніж міститься у всіх родовищах нафти і газу разом узятих. Якщо цю енергію правильно вжити, вона послужила б ідеальним джерелом, що покриває всі наші базові потреби. Геотермальна енергетика незрівнянно чистіше, ніж спалювання викопного палива, це джерело більш стабільний, ніж такі альтернативні напрямки, як енергія припливів, вітру, морських хвиль і навіть сонця. На сьогодні геотермальні електростанції в Сполучених Штатах Америки виробляють близько 3000 мегават електроенергії. Але практично вся ця енергетика базується на джерелах з температурою як мінімум 150 ° C.

Вода, яка піднімається через тріщини в граніті під селищем Чена, має температуру всього лише 74 ° C. Фахівці були впевнені, що з такої води неможливо витягувати енергію. Однак у мешканців селища виявилися дуже серйозні мотиви, щоб спростувати цю думку, - адже найближча високовольтна лінія проходить в 50 км, а дизель-генератори зжирають кожен день на $ 1000. солярки. Сьогодні «трохи тепленька» водичка не тільки видає електроенергію, але до того ж ще й гріє курортні будівлі, підтримує життя в теплицях, а крім того, протягом всього року не дає відтанути «крижаному музею». По всій Алясці, та й на інших територіях можна знайти тисячі подібних геотермальних джерел з не дуже високою температурою води. Якщо на них поставити такі електростанції, як в Чене, вони змогли б виробляти десятки тисяч мегават енергії.

1 1. Воду температурою 74 градуси Цельсія забирають з 250-метрової свердловини, розташованої приблизно в кілометрі від електростанції, і подають у випарник. Після того, як вода проходить через систему труб теплообмінника і остигає до температури 56 градусів, її закачують в резервуар поруч з приймальнею свердловиною, яка пробурена в сотні метрів від станції. 2. В камері випарника знаходиться холодоагент R-134a. Тепло, яке передається від геотермальної води, призводить до випаровування холодоагенту, при цьому холодоагент і вода ніде не стикаються один з одним. 3. Пар хладагента виривається на надзвуковий швидкості з сопла турбіни, б'є по лопатках, і ротор крутиться на 13500 оборотах на хвилину. Від ротора крутиться генератор - вже на 3600 оборотах - і подає в мережу електричний струм. 4. Вода температурою 5 градусів, що випливає з неглибокого колодязя, розташованого навіть на 10 метрів вище, ніж сама електростанція, потрапляє в конденсатор без допомоги будь-якого насоса. Вона циркулює по трубах теплообмінника і, нагрівшись на 5 градусів, скидається в місцевий потічок під назвою «Монумент». 5. Вихід з турбіни пар заповнює камеру конденсатора - тут холодна, п'ятиградусний вода повертає його в рідкий стан. 6. За допомогою насоса рідкий холодоагент повертається у випарник, тиск і температура холодоагенту зростає, він перетворюється в пар, і весь цикл повторюється заново.

«Я думаю, що тут, на Алясці, у нас є всі шанси стати лідерами в будівництві нової економіки на основі відновлюваних джерел енергії, - говорить Гвен Холдман. В її голосі чується і практична хватка, і романтичний пафос. - У наших селах ціни на енергію роздувають до немислимих висот. Буває по долару за кіловат-годину. З одного боку, для багатьох це повна катастрофа, а з іншого - вагомий і реальний стимул ». Біля входу в ангар вона зупиняється і робить паузу. «Адже ми нафтовидобувний штат, і то нам шкода даремно витрачати енергію. Але ж мине небагато часу, і вся решта країни схаменеться і кинеться за нами навздогін ».

Селище Чена-Хот-Спрінгс затишно розташований в глибокій долині, зарослій березняками і осиками. У центрі комфортабельна, упорядкована туристична база, розважальний центр. Крім того, тут живе велика зграя їздових собак, поруч кілометрову кроссовое кільце, різноманітні надвірні споруди, а зараз ще і лось, безтурботно пасеться поруч з геотермальної свердловиною.

Хізер Брайс вирубує крижаний келих для музею чени Хізер Брайс вирубує крижаний келих для музею чени. Це найхолодніше в світі приміщення, де температура підтримується за рахунок абсорбції охолоджувача, і в той же час це єдиний в світі холодильник, що працює на базі геотермальної енергії.

У цій обстановці Гвен Холдман виглядає своєю людиною. З собачою упряжкою вона управляється як справжній професіонал, а тому живе на відшибі - з чоловіком і вісьмома десятками їздових собак. На роботу їздить на джипі Liberty, а заправляє свій дизель рослинним маслом. Чотири роки тому її запросили в Чену на посаду консультанта в області гідроелектроенергетики, однак, приїхавши, вона швидко збагнула, що та вода, яка тече прямо під курортом, в енергетичному відношенні набагато цінніше, ніж води річки, що протікає неподалік від нього.

Залишалася лише одна проблема. «У документації, яка залишалася після геологічного обстеження цього району, було однозначно сказано, що немає ніяких можливостей отримати з цього джерела хоч якусь кількість енергії, - розповідає Гвен. - Я стала розбиратися, звідки така категоричність, і поступово прийшла до висновку, що в міркування моїх попередників вкралася помилка ».

Коли з геотермального резервуара під тиском виривається вода з температурою нижче, ніж 180 ° C, її вже не вдається досить ефективно перетворювати в пар, який зміг би безпосередньо крутити ротор турбіни. А вже варіант, коли мова йде про температурах нижче 110 ° C, взагалі не розглядалося всерйоз як вихідний для двоконтурної системи (тобто системи, де вода використовується для нагріву рідини з більш низькою температурою кипіння). Гвен Холдман усвідомила, що ці критерії були більше пов'язані з питаннями географії, а не з проблемою технічної реалізації. Двоконтурна система передбачає наявність джерела тепла і відповідний тепловідвід. Вода з температурою 74 ° C може розглядатися як джерело електроенергії, якщо ми маємо під рукою відповідний холодильник, тобто навколишнє повітря або довколишнє водоймище з температурою хоча б на 55 градусів нижче. Де-небудь в пустелях Невади такого холодильника не знайти, але вже чого на Алясці в надлишку - так це холодного повітря і холодної води.

Тепер справа стала за самою електростанцією, яку будували, не випускаючи з виду одну дуже важливу обставину. «Нам потрібно таке господарство, яке буде працювати в наших умовах, - пояснює Холдман. - Тут не потрібні всякі штучки, придатні хіба що для лабораторії. У наших краях потрібна проста залізо, яке можна монтувати та експлуатувати в сільських умовах. І щоб воно працювало як годинник, день за днем, а не від випадку до випадку ».

Якщо вода в гідротермальних джерелах нагрівається до високої температури, що значно перевищує температуру кипіння при нормальному тиску, її можна використовувати для отримання електроенергії безпосередньо: пар просто прямує на лопатки турбін, що обертають генератори Якщо вода в гідротермальних джерелах нагрівається до високої температури, що значно перевищує температуру кипіння при нормальному тиску, її можна використовувати для отримання електроенергії безпосередньо: пар просто прямує на лопатки турбін, що обертають генератори.

Компанія United Technologies Corp. як раз шукала партнера для запуску пілотного проекту, системи кондиціонування повітря, модифікованої під роботу на геотермальної воді. Замість того щоб витрачати електрику на формування зон з високою і низькою температурою, в Чене зроблено навпаки - з уже наявною різниці температур електростанція виробляє електроенергію.

Обраний технічний принцип дозволяє попутно вирішити ще дві проблеми, які стоять на шляху низькотемпературної енергетики. По-перше, стандартний холодоагент з стандартного кондиціонера при низьких температурах виявляється більш ефективний, ніж ізопентан і інші теплоносії, які зазвичай використовують у подібних електростанціях. По-друге, всі необхідні компоненти виробляються і продаються в масовому порядку, а при будівництві маленької модульної електростанції це знижує витрати практично вдвічі.

У Чене стоять два 200-кіловатних модуля, і це з лишком покриває всі енергетичні потреби курортного селища. Вартість електроенергії впала з 30 центів за кіловат-годину всього до 5 центів. Всі капітальні витрати - а вони склали $ 2,2 млн, включаючи розвідувальні роботи і буріння свердловин, - повинні окупитися за чотири або п'ять років.

У разі нижчої температури води потрібно проміжний контур з легкозакипаючої охолоджувачем У разі нижчої температури води потрібно проміжний контур з легкозакипаючої охолоджувачем.

Нинішньої осені компанія United Technologies спільно з селищем Чена отримали грант від міністерства енергетики США. Їм запропонували змонтувати демонстраційну електростанцію на одній з нафтових та газових свердловин. На таких свердловинах в рік утворюється як мінімум 40 млрд барелів стічних вод, причому здебільшого теплих, тобто з температурами «від середніх до відносно низьких». За даними дослідження, яке провів Південний Методистський університет штату Техас, ці стічні води дають можливість отримувати ще від 6000 до 11 000 МВт електроенергії. «Наша справа тільки показати, як все це працює, - каже Холдман, - а компанії самі тут же схопляться за цю ідею».

На вулиці тепло, градусів 20 вище нуля, але ми відкриваємо важку дерев'яні двері Музею льоду і опиняємося при мінус п'яти. Там нас зустрічає Берні Карл, власник всього цього курорту. Він почувається цілком комфортно, хоча його гріють лише флісова курточка та акуратно підстрижена борідка. «Це найбільша крижана конструкція в світі», - заявляє Карл. Потім він з не меншою гордістю додає: «Журнал Forbes назвав наш музей самої дурної комерційної витівкою за весь 2004 рік». Вони мали на увазі, що вся споруда повинна розтанути за одне тепле літо, якщо не буде працювати холодильна установка. Карл це формулює так: «Нам обіцяли, що наші заморожені капіталовкладення легко перетворяться в розтанули і витекли капіталовкладення».

Два шару поліетилену з закачаним між ними повітрям - таким чином тут зберігається геотермальне тепло Два шару поліетилену з закачаним між ними повітрям - таким чином тут зберігається геотермальне тепло. В результаті місцевий ресторан отримав за чотири місяці три тонни свіжих помідорів.

Зараз вся ця споруда виглядає цілком капітальної та надійної. Всередині теж все солідно. Праворуч від входу приміщення перегороджено крижаною стіною з блоків вагою більше тонни - їх нарізали в березні на найближчому озері. Зліва - масивний крижаний верстак з набором спеціалізованих інструментів, включаючи бензопили Stihl зі спеціально доробленими зубами. Хізер Брайс, чотириразова чемпіонка світу в виготовленні крижаних скульптур, варто над вертикальним токарним верстатом, її тендітна фігурка закутана в пишні багатошарові наряди, а на голові красується хутряна шапка. За допомогою спеціального різця вона вирубує обриси келиха для мартіні. Осколки льоду, як іскри, розлітаються в усі сторони.

Хізер і її чоловік, Стів Брайс, трінадцатікратний чемпіон в цьому спорті-ремеслі, створювали всі скульптури в цьому музеї буквально на порожньому місці, причому двічі. До числа їх шедеврів можна зарахувати і оптоволоконну люстру, і шахову дошку, на якій пішаки метрової висоти мають вигляд чорних ведмедів, а тури висічені в формі тотемний стовпів. У центрі закладу доглянутий крижаний бар - тільки для його потреб Брайс виготовляють в тиждень по 600 крижаних келишком під мартіні. «Зазвичай посуд витримує довше, ніж ті, хто з неї п'є», - говорить Хізер, коли бармен передає мені коктейль. Я розумію всю її правоту, коли роблю перший ковток і нижня губа у мене мало не примерзає до склянки.

Перегріта вода може вириватися з-під землі у вигляді гейзерів Перегріта вода може вириватися з-під землі у вигляді гейзерів.

Судячи з безлічі туристів, розсілися навколо мене на стільцях, покритих оленячими шкурами, цей крижаний музей, який відкритий протягом усього літнього сезону, - не така вже й дурна затія. Коли дев'ять років тому Берні Карл з'явився в цих краях, курорт щорічно приносив з цілого мільйону збитків. Як і всі інші інтелектуальні прориви, вчинені Карлом, цей важко зрозуміти без додаткових роз'яснень. Він вважає, що тут ідеальне місце для охочого працювати інженера-механіка. «Для мене це як ігровий майданчик, - каже Гвен Холдман. - Берні вивалює переді мною свої грандіозні ідеї, а я абсолютно вільна, розробляючи їх втілення ».

Музей льоду підтримується в замороженому стані завдяки абсорбційної системі охолодження. Ця ідея налічує більше 150 років, але раніше вважалося, що для економічної ефективності мінімальна температура геотермальних вод повинна становити 110 ° C. Однак тут, як і в випадку з електростанцією, для заморожування використовується не простий механічний компресор, а переваги наявного перепаду температур.

В абсолютно унікальною триступеневої системи, спеціально розробленої для печені компанією Energy Concepts з Аннаполісу, використовується цикл абсорбції аміак-вода. Розсіл, який циркулює за встановленим за музеєм кондиціонеру, охолоджується до температури -29 ° С. В результаті система потужністю більше 50 кВт обходиться всього в $ 12 в день. Паливо для традиційного компресійного холодильника обійшлося б при тій же продуктивності в $ 200. Зрозуміло, опалення селища в зимовий час використовує ті ж природні ресурси.

В єдину опалювальну систему включені всі будівлі селища. В результаті щорічно заощаджується $ 300 000 тільки на одному опалювальному пальному. Навіть коли на вулиці мороз -45 ° С, в приміщеннях теплиці (так-так, тут вирощують помідори, зелень, огірки і навіть полуницю і малину!) Зберігається комфортна температура в 25 ° C - завдяки воздухообменнікам і теплим полам, крізь які протікає термальна вода. Металогалогенні лампи, які в зимові місяці світять по 16 годин на добу, теж харчуються енергією від геотермальних джерел.

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Березень 2008 ).