Геотермальное опреснение для доступности водных ресурсов

Низкотемпературное геотермальное опреснение может сыграть ключевую роль в обеспечении безопасности водных ресурсов во всем мире

Во всем мире отмечается увеличение числа случаев острой нехватки воды в сочетании с экстремальными температурами и засухами. Это относится к Кейптауну (Южная Африка), Пекину (Китай), а совсем недавно нехватку воды и засуху ощутили в Ченнае (Индия), куда ранее многие местные жители переехали, чтобы в воде не нуждаться.

В Карибском бассейне из-за засухи был введен ряд ограничений на воду. С учетом прогнозируемой численности населения планеты к 2050 году, которая должна достигнуть 9,8 млрд человек (по данным Организации Объединенных Наций), а также проблем, связанных с глобальным потеплением, можно ожидать усиления нагрузки на водные ресурсы, что приведет к необходимости выявления и развития альтернативных вариантов.

Какие альтернативы в настоящее время рассматриваются? Одним из методов является опреснение с использованием возобновляемых источников энергии, в том числе геотермальных.

Опреснение морской и солоноватой воды происходит с 1972 года и требует большого количества энергии. Выбор соответствующих возобновляемых источников для технологии опреснения воды зависит от ряда факторов.

Они включают в себя размер завода по опреснению, соленость используемой воды, удаленность от потребителей и источника, доступность электросети, наличие технической инфраструктуры, тип и потенциал местного возобновляемого источника энергии.

Существует ряд распространенных методов опреснения воды, которые классифицируются как мембранные и термические процессы разделения. В статье будут рассмотрены только методы термической сепарации.

Методы термической сепарации разделяются на два основных способа:

- испарение с последующей конденсацией образовавшегося водяного пара;

- замораживание с последующим плавлением полученных водяных кристаллов льда.

Первый способ является наиболее распространенным. К нему относятся многокамерное опреснение (MSF-Multi-Stage Flash Distillation), испарение/дистилляция (MEE/MED), термическое сжатие пара (TVC), кипение (MEB) и метод солнечного опреснения.

В методе термической сепарации также можно использовать низкопотенциальную геотермальную энергию. Некоторые интересные примеры использования геотермальной энергии для опреснения можно найти ниже.

Полуостров Байя, Мексика (Нижняя Калифорния)

Национальный университет Мексики провел оценку масштабов имеющихся возобновляемых ресурсов в регионе Нижняя Калифорния и возможности их применения для опреснения морской воды. В ходе исследования было установлено, что на глубине 50 м могут находиться высокотемпературные геотермальные источники, достаточные для использования в бинарных геотермальных электростанциях для выработки электроэнергии на опреснение. Было обнаружено много мест, лучшим из которых является Лос-Кабос с температурой источника - 85 °C.

Используя спутниковые снимки, они выявили множество горячих геотермальных источников. Наиболее важными из них являются области в районе Пуэртеситос, Баия-Консепсьон и Энсенада. За этим открытием последовали полевые исследования, включающие геохимический отбор проб и определение характеристик горячих источников, поскольку их качество и доступность влияет на конструкцию установки термического опреснения.

Был предложен ряд конструкций, которые включают в себя комбинации MED и MSF, известные как Multi-Flash с нагревателями (MFWH) и дистилляцией с низким энергетическим эффектом (LE-MED), а также генерацией воды под давлением (PWG).

Греция, остров Милос

Остров Милос расположен на Эгейской вулканической дуге и характеризуется обильными геотермальными ресурсами. Восточная часть острова, включая равнину Зефирия, является наиболее перспективной для получения высокого энтальпийного геотермального потенциала с температурами 300-323 °С на глубинах 800-1400 м ниже уровня моря.

Проект острова Милос был направлен на строительство и эксплуатацию низкоэнтальпийной геотермальной энергетической установки опреснения воды, обеспечивающей производство питьевой воды (75-80 м³/ч) и электроэнергии.

Геотермальная вода должна будет поступать из геотермального района Вуналия. На сегодняшний день пробурено 7 добывающих и 3 нагнетательных скважин глубиной от 63 м до 185 м, производящих 20-100 м³/ч воды при температурах от 55 °С до 99 °С.

Конструкция установки состоит из двойной системы с горячей водой из глубоких геотермальных скважин, используемой для запуска турбин органического цикла Ренкина (ORC) для производства электроэнергии (мощностью 470 – 600 кВт) и в то же время используемой непосредственно в опреснительной установке по типу MED-TVC. Добываемая вода могла бы обеспечить питьевым ресурсом весь остров. К сожалению, этот проект не был завершен.

Остров Кимолос

Экспериментальная установка по проекту геотермального опреснения была построена в 1998-1999 годах. Геотермальные воды извлекались из скважины глубиной 188 м с температурой 61-62 °C. Применялся двухступенчатый метод опреснения типу MED.

В качестве нагревательной и питательной воды установка использовала геотермальную энергию с низкой энтальпией. Производилось 3,24 м³/ч пресной, когда питающий источник имел температуру 61 °C и геотермальная вода откачивалась со скоростью 50 м³/ч. Проект не вышел за пределы экспериментальных стадий.

Южный Тунис

В засушливых районах Туниса питьевой воды очень мало, но регион имеет большие запасы подземных геотермальных солоноватых (от 40°C до 90°C) вод. На юго-западе сельское хозяйство (выращивание финиковых пальм и фруктов) является важнейшей экономической составляющей. Для дальнейшего развития сельского хозяйства требуются дополнительные водные ресурсы.

Был разработан прототип опреснения с использованием аэро-эвапоконденсационного процесса (A.E.C.P), способного работать при низких температурах (75-90°C), что позволяет использовать возобновляемые источники энергии (геотермальные и солнечные).

Принципиальная схема прототипа процесса аэро-эвапоконденсации (A.E.C.P) опреснения:

(1) испаритель; (2) конденсатор; (3) резервуар для соленой воды; (4) резервуар для дистиллированной воды; (5) и (6) трубы; (7) воздуходувка; (8) (9) и (10) насосы; (11) шлюз продувки; (12) система распределения жидкости; (13) солоноватая вода

Италия

Пантеллерия, небольшой вулканический остров в Италии, расположен среди крупных тектонических плит и обладает значительными геотермальными ресурсами. Для сокращения дефицита пресной воды на острове был спроектирован MED-завод, работающий на геотермальной энергии.

Разработанный процесс использует ряд компонентов/инноваций, основанных на местных факторах. Они включают в себя геотермальную петлю, сбор обессоленной воды и интеграцию тепла морской воды.

Использование геотермального контура позволяет повторно использовать геотермальное тепло, а использование опресненной воды в геотермальных скважинах уменьшает/предотвращает проблемы, связанные с коррозией. Такая установка делает процесс опреснения устойчивым и снижает затраты в долгосрочной перспективе.

Низкотемпературное геотермальное опреснение может сыграть ключевую роль в обеспечении безопасности водных ресурсов во всем мире. Представленные здесь примеры демонстрируют целесообразность применения геотермальных методов опреснения. Однако главным препятствием для развития является стоимость добываемой воды, связанная с существующими технологиями. Поэтому для полной реализации потенциала геотермального опреснения необходимо совершенствовать существующие и создавать новые технологии, позволяющие быстро снижать себестоимость добываемой воды.

 

Источник: Jason Fisher. https://IsleofRocks30.com