Теплоэнергетические воды

Теплоэнергетическими называются воды с температурой более 85°С. Однако в некоторых случаях для целей теплофикации ис­пользуются также воды с температурой 20—35°С.

Термальные подземные воды — нетрадиционный, самовоспол- няемый и экологически чистый источник энергии. Они использу­ются для выработки электроэнергии (100—18СГС), теплофикации и горячего водоснабжения жилых и промышленных комплексов (70—100°С), в теплично-парниковом хозяйстве, животноводстве, в некоторых технологических процессах (обработка шерсти, су­шильни и др.), в рыборазведении, для оттаивания многолетне­мерзлых пород, в бальнеологических целях (менее 70°С). Попутно из термальных вод в ряде случаев извлекают ценные компоненты: Li, В, Br, I, Ma,S0₄, редкие металлы и др. Разработаны различные технологические схемы создания “подземных котлов” (закачка в недра холодной и извлечение горячей воды), использования “теп­лообменников” для “передачи” тепла подземных вод искусствен­ным теплоносителям и др.

Термальные воды широко используются для этих целей более чем в 70 странах мира: в США, на Филиппинах, в Исландии, Но­вой Зеландии, Италии Индонезии, Японии, Венгрии и др.

В последнее время бурными темпами развиваются разведка и использование теплоэнергетических вод в США, где общая мощ­ность теплоэнергетических станций превышает 3000 МВт. В Рос­сии работают Паужетская и Средне-Паратунская геотермальные станции на Камчатке. В 2002 г. там же пущена Мутновская гид­ротермальная электростанция с мощностью до 200 МВт. На под­земные воды частично переведено тепло- и горячее водоснабже­ние городов Махачкалы, Грозного и многих других населенных пунктов Предкавказья. Рассматриваются перспективы гидрогео­энергетики и гидрогеотеплофикации в других районах России, в частности в Западной Сибири, в Иркутской области и др. Оцене­ны прогнозные эксплуатационные ресурсы теплоэнергетических вод для всей территории России. Так, эксплуатационные ресурсы азотных терм Прибайкалья оцениваются до 1,9 млн м³/сут, Хаба­ровского края — до 28 тыс. м³/сут; углекислых термальных вод За­байкалья — до 320 тыс. м³/сут, Приморского края — до 80 тыс. м³/сут и т.д. (Шпак, Вартанян 1984).

По В.И. Кононову, гидротермальные ресурсы можно разде­лить на две крупные группы: 1) формирующиеся в региональном тепловом поле (пластовые воды артезианских бассейнов); 2) фор­мирующиеся в аномальных геотермических условиях под влияни­ем магматических и вулканических процессов (трещинные и тре­щинно-жильные воды горно-складчатых областей). Значительные ресурсы обладающих высоким теплоэнергетическим потенциалом парогидротерм (100— 180°С) имеются только во второй группе — в областях современного вулканизма, кайнозойской складчатости (см. разд. 11.3) и редко — в глубоких зонах герцинских платформ. В России к ним относятся районы юго-востока Камчатки, Куриль­ских островов и Западной Сибири, где мезокайнозойские отло­жения на глубинах свыше 1,5—3,0 км содержат огромные запасы вод с температурой до 150°С. Большая часть ресурсов термальных вод с температурой 70—90°С сосредоточена в недрах горно-склад­чатых областей, межгорных впадин и предгорных прогибов. Боль­шие запасы низко- и среднепотенциальных вод (35—70°С) име­ются в глубоких частях артезианских бассейнов Русской платформы, Западно-Сибирской и Скифской плит, где имеются крупные мес­торождения (Омское, Томское, Махачкалинское и др.).

Месторождением тепло энергетических вод называется балансово­гидродинамический элемент подземной гидросферы с термальными водами, тепловой потенциал, состав, качество и запасы которых удовлетворяют технико-экономическим требованиям энергетики на современном этапе ее развития.

Н.М. Фролов и Л.С. Язвин выделяют три основных типа мес­торождений: I) пластовых вод крупных артезианских бассейнов платформенного типа; 2) пластовых и трещинно-пластовых вод “малых” артезианских бассейнов межгорных впадин горно-склад­чатых областей; 3) трещинных и трещинно-жильных вод горно­складчатых областей. Для первого типа характерны обширные площади распространения и объемы теплоэнергетических вод, а следовательно, и огромные естественные запасы. В то же время эксплуатационные ресурсы их невелики. Второй тип отличается от первого сравнительно небольшими площадями развития, оби­лием естественных гидротермальных водопроявлений и. самое главное, очень высокими величинами эксплуатационных ресур­сов. Для третьего типа месторождений более, чем для других, ха­рактерны низкие величины минерализации, высокие — до 400°С и более температуры, сложные схемы путей фильтрации, и в об­щем небольшие естественные запасы. В областях современного вулканизма эксплуатационные запасы могут в несколько раз пре­вышать естественные. Во многих случаях для термальных вод ха­рактерны высокие избыточные напоры, часто достигающие сотен метров. Наличие значительных напоров обычно обеспечивает ус­тойчивый самоизлив эксплуатационных скважин. Этому способ­ствует высокая газонасыщенность и температуры термальных вод, обусловливающие эффект термогазлифта.

Поскольку минерализация термальных вод может изменяться от 0,3 до 200 г/дм³ и более при самом различном ионном составе, применение различных технологических схем при использовании теплоэнергетических вод для производства электроэнергии или для других целей во многом определяется их химическим соста­вом и температурой. Наиболее экономичными являются воды с незначительной минерализацией и отсутствием агрессивных ком­понентов (H,S, СО,, NH₄ и др.). Они могут непосредственно на­правляться в турбины (в виде пара или пароводяной смеси), в отопительную, водопроводную сеть и т.д. При высоком содержа­нии солей и (или) наличии агрессивных компонентов требуется промежуточный паропреобразователь, в котором тепло воды пе­редается вторичному теплоносителю, циркулирующему в замкну­том цикле. Это более дорогие, но иногда и более рентабельные установки, позволяющие осуществлять попутное извлечение из подземных вод ценных компонентов. В качестве вторичных теп­

лоносителей для перегретых вод обычно используется конденси­рованный пар или слабоминерализованная вода, для вод с мень­шей температурой — вещества с низкой температурой кипения (этилхлорид, фреон и др.). Исследования и оценка эксплуатаци­онных запасов теплоэнергетических, гак же как рассмотренных выше промышленных вод, имеют ряд методических и технических особенностей. Большие требования предъявляются к химическому составу подземных вод, в связи с чем кроме обычных отбираются специальные технологические пробы на потенциально промыш­ленные и агрессивные компоненты состава. Проводятся специ­альные исследования для прогноза выпадения солей в скважинах и эксплуатационных устройствах, теплопотерь в стволах скважин в зависимости от величины дебита и конструкции. При гидроди­намических расчетах эксплуатационных запасов вводятся поправки на пластовую температуру. Для месторождений теплоэнергетиче­ских вод обязательным является расчет их теплоэнергетической мощности, в связи с чем эксплуатационные запасы представля­ются к утверждению в нескольких формах: 1) дебит (м³/сут), для пароводяных смесей (т/сут), 2) масса на весь расчетный срок экс­плуатации (тыс. м³ или в теплоэнергетических единицах — ГДж, МВт, тоннах условного топлива).

Техническое обеспечение исследований и эксплуатации тепло­энергетических вод требует использования термостойкого обору­дования и костюмов, бетонирования затрубного пространства и обеспечения запаса смеси воды с каким-либо утяжелителем (на­пример, с гематитом) для предотвращения или нейтрализации выбросов ПВС (пароводяной смеси) из скважины, цементации буровой площадки и т.д.

В соответствии с рассмотренными закономерностями форми­рования и распространения минеральных вод на территории Рос­сии и стран СНГ выделяют следующие провинции минеральных вод (Посохов, Толстихин, 1977): 1 — углекислых вод зон современ­ной, альпийской, а также омоложенной в кайнозое палеозойской складчатости; II — термальных азотных натриевых вод районов современной сейсмической активности на востоке и юге, частич­но совпадающая территориально с первой и иногда с третьей провинциями; III — холодных и термальных пластовых соленых и рассольных азотно-метановых и метановых вод различного, но преимущественно хлоридного натриевого и кальциевого состава артезианских бассейнов платформ и горно-складчатых областей.

Апровинциальными (азональными) следует считать районы распространения железистых и радоновых вод.

Контрольные вопросы к главе 15

1. Понятия "минеральные лечебные", “промышленные" и "тепло­энергетические" подземные воды.

2. Критерии и нормы отнесения подземных вод к минеральным лечебным (примеры).

3. Основные бальнеологические группы минеральных лечебных вод (примеры).

4. Использование промышленных вод в качестве химического сырья.

5. Условия формирования йодобромных промышленных вод.

6. Виды использования теплоэнергетических подземных вод.

7. Геологические условия формирования высокотемпературных подземных вод.