Χρήσεις ρευστών υψηλής ενθαλπίας

Η  χρήση γεωθερμικής ενέργειας  για την παραγωγή ηλεκτρισμού έχει διαθοθεί λόγω διαφόρων  παραγόντων. Οι χώρες όπου επικρατούν οι γεωθερμικές πηγές  επιθυμούν να αναπτύξουν τους ίδιους πόρους  αντί του να εισάγουν καύσιμα για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Σε χώρες όπου διατίθενται πολλές εναλλακτικές πηγές για την παραγωγή ηλεκτρισμού περιλαμβανομένης  της γεωθερμίας αυτή προτιμάται καθώς δεν μπορεί  να μεταφερθεί προς πώληση, ενώ μέσω αυτής επιτρέπεται η χρήση των συμβατικών καυσίμων για ανώτερους και καλύτερους σκοπούς από την παραγωγή ηλεκτρισμού. Ο πλέον συνήθης και (τεχνοοικονομικά συμφέρον) τρόπος αξιοποίησης των γεωθερμικών ρευστών  υψηλής ενθαλπίας είναι η χρήση τους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Η διεργασία που χρησιμοποιείται για την ηλεκτροπαραγωγή  ποικίλλει ανάλογα με τα χαρακτηριστικά  της γεωθερμικής πηγής. Σχεδόν όλες οι πηγές που έχουν ήδη εξερευνηθεί  είναι του υδροθερμικού τύπου (ζεστό νερό υπό πίεση), η εκμετάλλευση των οποίων μπορεί να γίνει με δύο τρόπους. Εάν η θερμοκρασία της πηγής είναι κάτω από  204 βαθμούς Κελσίου το γεωθερμικό φρέαρ εξοπλίζεται με αντλία που δημιουργεί ικανή πίεση στην γεωθερμική άλμη έτσι ώστε να διατηρείται  ως ζεστό νερό υπό πίεση. Για τις πηγές άνω των 204 βαθμών Κελσίου η καταλληλότερη μέθοδος παραγωγής είναι η φυσική ροή από το φρέαρ η οποία αποφέρει ένα ακαριαία ατμοποιούμενο μίγμα άλμης και ατμού.

Ο τύπος μετατροπής της γεωθερμίας που χρησιμοποείται εξαρτάται από την κατάσταση του ρευστού (είτε είναι ατμός είτε νερό), την θερμοκρασία του, την πίεση και την παροχή. Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται είναι τρεις.

α)  Ξηρού ατμού ( θερμοκρασία ατμού > 180 βαθμών Κελσίου)

Ο  ατμός οδηγείται σε στρόβιλο ο οποίος θέτει σε λειτουργία γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Αυτός είναι ο παλαιότερος τύπος γεωθερμικών εγκαταστάσεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιήθηκε αρχικά στο Larderello στην Ιταλία το 1904  και συνεχίζει να είναι πολύ αποτελεσματικός. Η τεχνολογία ατμού χρησιμοποιείται σήμερα σε γκέυζερ στην Βόρεια Καλιφόρνια που εξακολουθεί να παραμένει το μεγαλύτερο γεωθερμικό πεδίο παραγωγής  ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο.

Διάταξη κύκλου ξηρού ατμού με συμπυκνωτή

β) Στρόβιλοι υγρού ατμού ( θερμοκρασία ατμού > 150 βαθμών Κελσίου)

Το γεωθερμικό ρευστό είτε έρχεται ως διφασική ροή από την γεώτρηση  είτε εκτονώνεται σε πίεση χαμηλότερη από την πίεση που επικρατεί στην κεφαλή της γεώτρησης και μετατρέπεται σε διφασικό μίγμα. Το μίγμα αυτό διαχωρίζεται σε κατακόρυφο διαχωριστή και ο ατμός οδηγείται στον στρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος. Εάν η θερμοκρασία και η πίεση του γεωθερμικού υγρού το επιτρέπουν, τότε το υγρό μπορεί να εκτονωθεί για δεύτερη φορά ή και περισσότερες φορές  ώστε να παραχθεί επιπλέον ατμός  που θα αυξήσει σοβαρά την απόδοση της μονάδας. Τέτοια εγκατάσταση λειτουργεί στο Imperial  Valley στην Καλιφόρνια.

Διάταξη παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος με εκτόνωση διφασικού γεωθερμικού ρευστού

και συμπυκνωτή 

γ) Δυαδικός κύκλος με πτητικό ρευστό ή κύκλος Rankine με οργανικό ρευστό (θερμοκρασία ρευστών > 90 βαθμών Κελσίου)

Το γεωθερμικό ρευστό χρησιμοποιείται για την θέρμανση (και εξάτμιση) σε έναν εναλλάκτη του δευτερεύοντος ρευστού (νερό, αμμωνία , ισοπεντάνιο, διοξείδιο του άνθρακα κτλ) το οποίο έχει μικρότερο σημείο ζέσεως  σε σχέση με το νερό. Οι ατμοί του δευτερεύοντος  ρευστού οδηγούνται αρχικά στον στρόβιλο  και εν συνεχεία στον συμπυκνωτή . Τέλος το ρευστό από τον συμπυκνωτή συμπιέζεται και επανεισάγεται  πάλι στον εναλλάκτη μέσω της αντλίας  ανακυκλοφορίας του ψυκτικού μέσου. Μια τέτοια εγκατάσταση λειτουργεί στο Soda Lake στη Νεβάδα.

 

Εικόνα Διάγραμμα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος με τη χρήση οργανικού ρευστού