e-gépész online szaklap

Geotermikus erőmű Chilében

| | |  0 | |

Geotermikus erőmű Chilében

2017. június 12. óta a tervezett 48 MW-os teljes kapacitással működik Dél-Amerika első geotermikus erőműve a chilei Atacama-sivatag hegyvidéki részén. A 4500 méteres tengerszint feletti magasság és a szélsőséges időjárás csak kettő a sok különleges nehézség közül, amivel az olasz beruházó cég, az ENEL Greenpower szakembereinek meg kellett küzdenie. Az elért siker nyomában azonnal megkezdték az ún. második ütem végrehajtását, amivel megkétszerezik az erőmű teljesítményét.

A rézbányák földje

Közismert, hogy Chile a világ legnagyobb réztermelője. A rézbányák az ország északi részén, az Atacama-sivatagban vannak. A sivatag legnagyobb városa a 150 ezer fős Calama, maga is bányászváros. (Rossz nyelvek szerint a por, a kóbor kutyák és a bordélyházak városa.) A település közvetlen szomszédságában működik a világ legnagyobb rézbányája, de jóval messzebb is vontak bányászati művelésbe területeket. A rézérc bányászatához vízre is szükség van, ennek előteremtése a sivatagban finoman szólva nehézkes. Calamának van saját felszíni vízbázisa a Lua folyóból, ami az Andok hóval borított hegycsúcsairól és gleccserekből táplálkozik. A bányavállalatok kénytelenek voltak a városból kiindulóan igen hosszú és nagy átmérőjű, a jelentős szintkülönbségek miatt nagy nyomású vízvezetékeket építeni üzemeik vízellátására. Ezek jellemzően a közlekedési útvonalak menték helyezkednek el.

Nagynyomású vízvezeték, amelyek a közlekedési útvonalak menték helyezkednek el.

A szükséges nagy teljesítményű szivattyúk üzemeltetése nyilván komoly költségtétel a bányászatban, éppen ezért az egyik cég az 1990-es évek második felében megpróbálkozott vízbeszerzéssel az Andok egy magasabb térrészén. Ott, ahol egy kb. 80 km széles árokszerű lesüllyedés miatt a mélyben víz jelenlétére lehetett következtetni. A kútfúrás pár száz méter mélységig hatolt és fényes sikerrel járt – megtalálták a vizet. Éppen csak egy kicsit meleg volt, több mint 100°C-os, így bányászati technológiai vízként nem tudták használni, ugyanakkor értékes felfedezésnek bizonyult a geotermikus szakemberek számára. Elkezdődött a tervezgetés.

A tűzhányók földje

Magyarországon talán kevéssé ismert, hogy az Andokban nagyon sok vulkán van. Kisebb hányaduk jelenleg is aktív. A vulkánok sűrűsége a kontinens nyugati oldali „hajlatában” a legnagyobb, elsősorban a chilei és bolíviai határkörzetben. (Az erőműnek nevet adó Cerro Pabellón, amit magyarra Kilátó dombnak fordíthatnánk, maga is egy vulkán, helyesebben egy vulkáni eredetű csonka gúla.) Az amerikai és a csendes-óceáni tektonikai lemez felgyűrődése ezen a szakaszon olyan erőteljes volt, hogy azok a függőleges irányú mozgás után hátrahajlottak, azaz egymáshoz képest mintegy szétnyíltak. Így alakult ki az az árok, amely alkalmas arra, hogy a mélyben víztárolóként működjön. Az erőteljes vulkáni tevékenység következtében a földkéreg ezen a vidéken az átlagosnál lényegesen melegebb, így nem meglepő, hogy itt csak forró vizet lehet találni.

Próbafúrás, cégalapítás

Az első, már geotermikus célú próbafúrást az ezredforduló után mélyítették le. Az eredmény több mint biztató volt, hiszen 500 m-es mélységben 215 °C-os réteghőmérsékletet mértek, és a vizet is megtalálták. Innen már nem volt visszaút, csak a szereplőket kellett jól összeválogatni, és a beruházási költséget előteremteni. Így jött létre a Geotérmica del Norte S.A. (GDN) projektcég, amelyben az olasz energetikai óriás, az ENEL chilei leányvállalata, az Enel Green Power Chile 81,7%-os, míg a chilei állami tulajdonú olajcég, az Empresa Nacional del Petróleo (ENAP) 18,3%-os részesedéssel bír. A tulajdoni arányból is érzékelhető, hogy a munkák zömét az évszázados tapasztalattal rendelkező olaszok végezték.

Kútfúrások

A próbafúrással együtt a tavalyi üzemindításig összesen 10 kutat mélyítettek le jellemzően 2000 m környéki mélységbe. Valamennyi kútfúrás sikeresnek bizonyult. Ez olyan találati arány, ami mögött szaktudásnak kell állnia, a szerencse önmagában kevés. A kitermelt fluidum telített gőz és víz keveréke.

A CP-5 kút termelő-hozamgörbéje.

A CP-5 jelű termálkút hozamgörbéje jól szemlélteti, hogy a teljes hozamból mennyi a gőz és mennyi a víz. Az is látható, hogy a zárt kútfejnyomás 20 bar környékén van, 2000 m mélyen az átlagos hőmérséklet pedig 275 °C. Egy dologgal azonban kétségkívül nagy szerencséje van a beruházóknak, és ez a termálvíz vegyi összetétele. Érdekes módon lerakódási hajlammal nem kell számolni, és a minimális mennyiségű kísérőgáz sem tartalmaz veszélyes anyagot, pl. kénhidrogént.

Hasznosítási technológia

A kútparaméterek ismeretében a szakembereknek azt kellett eldönteniük, hogy a kézenfekvő kigőzölögtetést használják-e, amikor a kétfázisú geotermikus fluidum nyomásának csökkentésével telített gőzt nyernek, amely aztán a turbinákra vezethető, vagy valami mást.

A helyi időjárási viszonyok hamar egyértelművé tették a választható megoldást. A 4500 m tengerszint feletti magasságon télen előfordul –30 °C-os külső hőmérséklet, ami az energiaátalakítási hatásfok szempontjából ugyan nagyon kedvező, viszont egy üzemzavar esetén, amikor megáll a termálvíz áramlása a csövekben és a berendezésekben, fennáll a veszélye a fagyásnak. Ezt nyilván nem lehetett fölvállalni, így a segédközeges (angolul: binary) elektromos energiatermelés győzött. Ekkor a munkaközeg izopentán, azaz olyan szerves molekulájú anyag (innen az ORC, azaz Organic Rankine Cycle = Szerves (munkaközegű) Rankine Körfolyamat megnevezés), amely fagyáspontja jóval 0 °C alatt van, és amely ezért nyugodtan vezethető közvetlenül a hűtőtoronyba anélkül, hogy aggódni kellene a fagyásveszélytől. Megjegyzendő, hogy az olasz szakemberek ezt a technológiát otthon nem használják.

Az alábbi ábra leegyszerűsítve mutatja a villamosenergia-termelés folyamatát.

Technológiai folyamatábra nyomás- és hőmérsékletértékekkel.

A 162 °C-os geotermikus közeg (piros) két fázisban, gőzként és folyadékként érkezik az ORC berendezés kétlépcsős kazánjára, majd hőenergiáját átadva és 90 °C-ra lehűlve jut vissza a felszín alá. A rajzon ugyan nem tüntettük föl, de a kutakból saját nyomással felszínre kerülő termálvíz és gőz egy szeparátorban úgy válik el egymástól, hogy közben beáll az a nyomásszint, azaz a 6,5 bar, amely további nyomásemelés (szivattyú) nélkül biztosítja a geotermikus közeg áramlását a hasznosító létesítményen keresztül egészen a visszatáplálásig. Ez természetesen nagyon kedvező körülmény, hiszen az erőmű saját villamosenergia-felhasználása így az izopentán köri tápszivattyú és a kondenzátor ventilátorainak fogyasztásából áll csak.

A gőz- és folyadékfázis szétválasztása.

Berendezések és teljesítmények

Az ORC berendezést az izraeli Ormat cég szállította. Ez kicsit különös, hiszen Olaszországban két, hasonló technológiát kínáló cég is működik, mégsem valamelyikük volt a szállító.

A beépített berendezés két egyforma, egyenként 24 MW-os egységből áll. Mindkét egység 2x12 MW-os ikerturbinából és egy közöttük elhelyezett generátorból áll. Érdekes képet mutat, hogy milyen országok termékeit használták föl az építkezéshez. Talán érdemes fölsorolni ezt a 12 országot: Kína, Dél-Korea, Izrael, Olaszország, Németország, Hollandia, Franciaország, Spanyolország, USA, Mexikó, Brazília és Argentína. A beépített berendezések tömegének kontinensek szerinti lebontását az alábbi ábra tartalmazza. A diagram önmagáért beszél.

Melyik kontinensről hány tonna berendezés érkezett?

A villamos energia szállítása és értékesítése

Bárkiben jogosan felmerülhet a kérdés, hogy a világ tetején, lényegében lakatlan, sivatagi területen mit lehet kezdeni a megtermelt villamos energiával. A válasz: szállítóvezeték nélkül semmit. Nos, 80 km hosszú magasfeszültségű (220 kV) villamos távvezetéket kellett kiépíteni ahhoz, hogy elérjék a legközelebbi meglévő csatlakozási pontot. Ráadásul kulturális örökségvédelem címén az építők nem haladhattak át olyan területeken, ahol valamikor őslakos népek laktak, és most potenciális régészeti területnek minősülnek. Így mintegy másfélszer hosszabb lett a nyomvonal a legrövidebbhez képest.

Az értékesítéssel már semmi gond nem volt, mert a 48 MW teljesítményt a rézbányák helyben „lenyelik”, így az ország déli részébe biztosan nem jut. Ez a kedvező piaci helyzet az egyik mozgatórugója az erőmű tervezett bővítésének. A másik kettő: a geotermikus rezervoár jó terhelhetősége, illetve a gazdaságosabb üzemelésre való törekvés. A kiépített igen jelentős infrastruktúrát (alaptábor, vízellátás, villamos távvezeték stb.) már nem kell bővíteni, az további beruházási költséget nem igényel.

Epilógus helyett

A Cerro Pabellónban látott geotermikus erőmű lényegét tekintve pontosan ugyanolyan, mint bármely más segédközeges áramtermelés a világon: vannak kutak, amiből persze csak a kútfej látszik, van vízkezelés, vannak csövek és szerelvények, hatalmas hőcserélők és kondenzátorok, turbinák és generátorok. Amitől viszont nagyon más ez a chilei erőmű, mint a többi:

  • 4500 m-rel a tengerszint fölött épült meg, ahol nemcsak az ember dolgozik komótosabban, sőt, szédelegve a ritka levegő miatt, de a belső égésű motorok is 20%-kal kisebb teljesítményre képesek;
  • az építéshez tízezer tonnányi „matériát” kellett részben poros földutakon a helyszínre szállítani;
  • úgy indult a munka, hogy a közelben sem víz, sem villany nem volt;
  • a geológiai kockázat pedig annyival volt nagyobb a szokásosnál, hogy termálvíz használatára nem volt példa sem közel, sem távol, geotermikus erőmű meg éppenséggel az egész kontinensen nem volt.

Azt hiszem, az ilyen helyzetben indított vállalkozást hívják úttörésnek. Ehhez nemcsak tudás kell, hanem jó adag bátorság is. Sok port elhordott a szél az Atacama-sivatagban, mire megvalósult az erőmű, de megérte az erőfeszítés. Szép munka volt!

A cikk a Villanyszerelők Lapjában jelent meg, közlése a kiadó engedélyével történt!

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul