Энергетический сюрприз аляски: ток из-под земли
- 400-киловаттная электростанция в Чена-Хот-Спрингс только что отремонтирована по окончании пожара, что произошёл восемь месяцев назад. Тут приобретают электричество из воды температурой 74 градусов. Раньше такие термальные воды вычисляли не хватает тёплыми для энергетических целей
- Хизер Брайс вырубает ледяной бокал для музея Чены. Это самое холодное в мире помещение, где температура поддерживается за счет поглощательного охладителя, и одновременно с этим это уникальный холодильник, трудящийся на базе геотермальной энергии
- В случае если вода в гидротермальных источниках нагревается до большой температуры, существенно превышающей температуру кипения при обычном давлении, ее возможно применять чтобы получить электроэнергию напрямую: пар на лопатки турбин, вращающих генераторы
При более низкой температуры воды требуется промежуточный контур с легкокипящим охладителем.
Перегретая вода может вырываться из-под почвы в виде гейзеров
- Два слоя полиэтилена с закачанным между ними воздухом — так тут сохраняется геотермальное тепло. В следствии местный ресторан взял за четыре месяца три тонны свежих помидоров
В то время, когда хладагент рвется через турбину на скорости в полторы тысячи км/ч, энергоустановка ревет, как реактивный самолет. Действующее тут оборудование не через чур громоздко, но от этого рева в ангаре некуда деться, так что инженер-механик Гвен Холдман вынуждена кричать: «Все, что вы тут видите, всецело в духе Аляски. Без лишнего лоска, с облезлой краской. Но оно настоящее».
Я кладу руку на металлический люк, закрывающий отсек испарителя, и ощущаю на ощупь тепло циркулирующей в воды. Тепло и вода — новые и самые многообещающие энергоресурсы Аляски.
Глухое курортное местечко Чена-Хот-Спрингc практически в сотне километров к северо-востоку от города Фэрбанкс. Как раз тут расположена первая геотермальная электростанция на Аляске, а основное, нет больше нигде во всем мире станций, каковые имели возможность бы извлекать энергию из таковой низкотемпературной воды.
Тепло, накопленное в глубинах земной коры, — это в 50 000 раз больший запас энергии, чем содержится во всех месторождениях нефти и газа совместно забранных. В случае если эту энергию верно употребить, она послужила бы совершенным источником, покрывающим все отечественные базисные потребности. Геотермальная энергетика несравненно чище, чем сжигание ископаемого горючего, данный источник более стабилен, чем такие другие направления, как энергия приливов, ветра, морских волн а также солнца.
На сегодня геотермальные электростанции В США создают около 3000 милионов ватт электричества. Но фактически вся эта энергетика базируется на источниках с температурой как минимум 150 °C.
Вода, которая поднимается через трещины в граните под поселком Чена, имеет температуру всего лишь 74 °C. Эксперты были уверены, что из таковой воды нереально извлекать энергию. Но у жителей поселка были весьма важные мотивы, дабы опровергнуть это вывод, — так как ближайшая высоковольтная линия проходит в 50 км, а дизель-генераторы сжирают ежедневно на $1000 солярки.
Сейчас «чуть тепленькая» водичка не только выдает электричество, а так же еще и греет курортные строения, поддерживает жизнь в теплицах, а помимо этого, в течение всего года не позволяет оттаять «ледяному музею». По всей Аляске, да и на остальных территориях возможно отыскать тысячи аналогичных геотермальных источников с не высокой температурой воды. В случае если на них поставить такие электростанции, как в Чене, они имели возможность создавать десятки тысяч милионов ватт энергии.
«Я пологаю, что тут, на Аляске, у нас имеется все шансы стать фаворитами в строительных работах новой экономики на базе возобновляемых источников энергии, — говорит Гвен Холдман. В ее голосе слышится и практическая хватка, и романтический пафос. — В отечественных сёлах цены на энергию взвинчивают до немыслимых высот. Не редкость по доллару за киловатт-час. С одной стороны, для многих это полная трагедия, а с другой — весомый и настоящий стимул».
У входа в ангар она останавливается совершает паузу. «Мы так как нефтедобывающий штат, да и то нам жалко напрасно тратить энергию. А ведь пройдет мало времени, и вся другая страна спохватится и ринется за нами вдогонку».
Поселок Чена-Хот-Спрингс уютно находится в глубокой равнине, поросшей осинами и березняком. В центре удобная, благоустроенная туристическая база, развлекательный центр. Помимо этого, тут живет громадная свора ездовых псов, рядом километровое кроссовое кольцо, разнообразные надворные постройки, а на данный момент еще и лось, безмятежно пасущийся рядом с геотермальной скважиной.
В данной обстановке Гвен Холдман выглядит своим человеком. С собачьей упряжкой она управляется как подлинный специалист, а потому живет на отшибе — с мужем и восемью десятками ездовых псов. На работу ездит на джипе Liberty, а заправляет собственный дизель растительным маслом.
Четыре года назад ее пригласили в Чену на пост консультанта в области гидроэлектроэнергетики, но, приехав, она скоро смекнула, что та вода, которая протекает прямо под курортом, в энергетическом отношении намного полезнее, чем воды реки, протекающей рядом от него.
Оставалась лишь одна неувязка. «В документации, которая оставалась по окончании геологического обследования этого района, было конкретно сообщено, что нет никаких возможностей извлечь из этого источника хоть какое-то количество энергии, — говорит в один раз. — Я начала разбираться, откуда такая категоричность, и неспешно пришла к выводу, что в рассуждения моих предшественников вкралась неточность».
В то время, когда из геотермального резервуара под давлением вырывается вода с температурой ниже, чем 180 °C, ее уже не удается достаточно действенно преобразовывать в пар, что имел возможность напрямую крутить ротор турбины. А уж вариант, в то время, когда речь заходит о температурах ниже 110 °C, по большому счету не рассматривался действительно как исходный для двухконтурной совокупности (другими словами совокупности, где вода употребляется для нагрева жидкости с более низкой температурой кипения).
Гвен Холдман поняла, что эти параметры были больше связаны с вопросами географии, а не с проблемой технической реализации. Двухконтурная совокупность предполагает наличие источника тепла и соответствующий теплоотвод. Вода с температурой 74 °C может рассматриваться как источник электричества, в случае если мы имеем под рукой соответствующий холодильник, другими словами окружающий воздушное пространство либо близлежащий водоем с температурой хотя бы на 55 градусов ниже.
Где-нибудь в пустынях Невады для того чтобы холодильника не отыскать, но уж чего на Аляске в избытке — так это холодного воздуха и холодной воды.
Сейчас дело стало за самой электростанцией, которую строили, не упуская из вида одно крайне важное событие. «Нам требовалось такое хозяйство, которое будет трудиться в отечественных условиях, — растолковывает Холдман. — Тут не необходимы всякие штучки, годные разве что для лаборатории. В отечественных краях требуется простое железо, которое возможно монтировать и эксплуатировать в деревенских условиях. И дабы оно трудилось как часики, с каждым днем, а не от случая к случаю».
Компания United Technologies Corp. именно искала партнера для запуска пилотного проекта, совокупности кондиционирования воздуха, модифицированной под работу на геотермальной воде. Вместо того дабы тратить электричество на формирование территорий с большой и низкой температурой, в Чене сделано напротив — из уже имеющейся отличия температур электростанция производит электричество.
Выбранный технический принцип разрешает попутно решить еще две неприятности, стоящие на пути низкотемпературной энергетики. Во-первых, обычный хладагент из стандартного кондиционера при низких температурах выясняется более действен, чем изопентан и другие теплоносители, каковые в большинстве случаев применяют в аналогичных электростанциях. Во-вторых, все нужные компоненты производятся и продаются в массовом порядке, а при постройке маленькой модульной электростанции это снижает затраты фактически в два раза.
В Чене стоят два 200-киловаттных модуля, и это с лихвой покрывает все энергетические потребности курортного поселка. Цена электричества упала с 30 центов за киловатт-час всего до 5 центов. Все капитальные затраты — а они составили $2,2 млн, включая бурение скважин и разведывательные работы, — должны окупиться за четыре либо пять лет.
Этой осенью компания United Technologies совместно с поселком Чена взяли грант от министерства энергетики США. Им внесли предложение смонтировать демонстрационную электростанцию на одной из нефтяных либо газовых скважин. На таких скважинах в год образуется как минимум 40 млрд баррелей сточных вод, причем в основном теплых, другими словами с температурами «от средних до довольно низких».
Согласно данным изучения, которое совершил Южный Методистский университет штата Техас, эти сточные воды позволяют приобретать еще от 6000 до 11 000 МВт электричества. «Отечественное дело лишь продемонстрировать, как все это трудится, — говорит Холдман, — а компании сами тут же схватятся за эту идею».
На улице тепло, градусов 20 выше нуля, но мы открываем тяжелую древесную дверь Музея льда и оказываемся при минус пяти. В том месте нас встречает Берни Карл, обладатель всего этого курорта. Он себя ощущает в полной мере комфортно, не смотря на то, что его греют всего лишь флисовая курточка да бережно подстриженная борода. «Это самая громадная ледяная конструкция в мире», — заявляет Карл.
После этого он с не меньшей гордостью додаёт: «Издание Forbes назвал отечественный музей самой глупой коммерческой выдумкой за целый 2004 год». Они имели в виду, что вся постройка обязана растаять за одно теплое лето, если не будет трудиться холодильная установка. Карл это формулирует так: «Нам сулили, что отечественные замороженные капиталовложения легко превратятся в растаявшие и утекшие капиталовложения».
на данный момент вся эта постройка выглядит в полной мере капитальной и надежной. В также все солидно. Справа от входа помещение перегорожено ледяной стеной из блоков весом больше тонны — их нарезали в марте на ближайшем озере.
Слева — массивный ледяной верстак с комплектом специальных инструментов, включая бензопилы Stihl со намерено доработанными зубьями. Хизер Брайс, четырехкратная чемпионка мира в изготовлении ледяных скульптур, стоит над вертикальным токарным станком, ее хрупкая фигурка укутана в пышные многослойные костюмы, а на голове красуется меховая шапка. Посредством особого резца она вырубает очертания бокала для мартини.
Осколки льда, как искры, разлетаются во все стороны.
Хизер и ее супруг, Стив Брайс, тринадцатикратный чемпион в этом спорте-ремесле, создавали все скульптуры в этом музее практически на безлюдном месте, причем два раза. К числу их шедевров возможно причислить и оптоволоконную люстру, и шахматную доску, на которой пешки метровой высоты имеют вид тёмных медведей, а ладьи высечены в форме тотемных столбов.
В центре заведения ухоженный ледяной бар — лишь для его потребностей Брайсы изготавливают в неделю по 600 ледяных бокальчиков под мартини. «В большинстве случаев посуда выдерживает продолжительнее, чем те, кто из нее выпивает», — говорит Хизер, в то время, когда бармен передает мне коктейль. Я осознаю всю ее правоту, в то время, когда делаю первый глоток и нижняя губа у меня чуть не примерзает к стакану.
Если судить по множеству туристов, рассевшихся около меня на табуретах, покрытых оленьими шкурами, данный ледяной музей, что открыт в течение всего летнего сезона, — не такая уж и глупая выдумка. В то время, когда девять лет тому назад Берни Карл показался в этих краях, курорт каждый год приносил по целому миллиону убытков. Как и все другие интеллектуальные прорывы, идеальные Карлом, данный тяжело осознать без дополнительных разъяснений.
Он уверен в том, что тут совершенное место для желающего трудиться инженера-механика. «Для меня это как игровая площадка, — говорит Гвен Холдман. — Берни вываливает передо мной собственные грандиозные идеи, а я полностью свободна, разрабатывая их воплощение».
Музей льда поддерживается в замороженном состоянии благодаря поглощательной совокупности охлаждения. Эта мысль насчитывает больше 150 лет, но прежде считалось, что для экономической эффективности минимальная температура геотермальных вод должна быть равна 110 °C. Однако здесь, как и при с электростанцией, для замораживания употребляется не несложный механический компрессор, а преимущества имеющегося перепада температур.
В совсем неповторимой трехступенчатой совокупности, специально разработанной для Чены компанией Energy Concepts из Аннаполиса, употребляется цикл абсорбции аммиак-вода. Рассол, что циркулирует по установленному за музеем кондиционеру, охлаждается до температуры -29°С. В итоге совокупность мощностью более 50 кВт обходится всего в $12 в сутки. Горючее для классического компрессионного холодильника обошлось бы при той же производительности в $200.
Очевидно, отопление поселка зимой применяет те же природные ресурсы.
В единую отопительную совокупность включены все строения поселка. В итоге каждый год экономится $300 000 лишь на одном отопительном горючем. Кроме того в то время, когда на улице холод -45°С, в помещениях теплицы (да-да, тут выращивают помидоры, зелень, огурцы а также малину и клубнику!) сохраняется комфортная температура в 25 °C — благодаря воздухообменникам и теплым полам, через каковые протекает термальная вода.
Металлогалогенные лампы, каковые в зимние месяцы светят по 16 часов в день, также питаются энергией от геотермальных источников.
Чена-Хот-Спрингс (Аляска)
1. Воду температурой 74 °C забирают из 250-м скважины в километре от электростанции и подают в испаритель. По мере прохождения через теплообменник она остывает до 56 °C, а после этого ее закачивают в резервуар рядом с приемной скважиной в сотне метров от станции.
2. В камере испари-теля находится хладагент R-134a. Тепло, которое передается от геотермальной воды, ведет к испарению хладагента, наряду с этим вода и хладагент нигде не соприкасаются между собой.
3. Пар хладагента вырывается на сверхзвуковой скорости из сопла турбины, бьет по лопаткам, и ротор крутится на скорости 13 500 об/мин. От ротора крутится генератор — уже на 3600 оборотах — и производит в сеть электрический ток.
4. Вода температурой 5 °C, вытекающая из поверхностного колодца, расположенного на 10 м выше, чем электростанция, попадает в конденсатор без помощи какого-либо насоса. Она циркулирует по трубам теплообменника и, нагревшись на 5 °C, сбрасывается в речку.
5. Выходящий из турбины пар заполняет камеру конденсатора — тут холодная, пятиградусная вода возвращает его в жидкое состояние.
6. Посредством насоса жидкий хладагент возвращается в испаритель, температура и давление хладагента растут, он преобразовывается в пар, и целый цикл повторяется заново.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№65, март 2008).
<
h4>