Einführung
Binäre Geothermiekraftwerke sind eine der drei Haupttypen von kommerziell genutzten Geothermiekraftwerken, neben dem Flash-Typ und dem Trockendampftyp.
Im Gegensatz zu den anderen beiden Typen können binäre Anlagen Strom aus Geofluid bei wesentlich niedrigeren Temperaturen erzeugen, bis zu 57°C. Die Anzahl der zugänglichen wasserführenden Ressourcen bei <150°C ist weitaus größer als bei >150°C, was bedeutet, dass binäre Anlagen ein viel größeres Potenzial für breitere Anwendungen haben als die anderen beiden Arten von Geothermiekraftwerken. Die anfänglichen Einrichtungskosten für binäre Anlagen sind ebenfalls niedriger, da es nicht notwendig ist, so tief zu bohren, um Geofluid bei einer geeigneten Temperatur zu erreichen; das Bohren macht typischerweise 30-50% der Gesamtkosten für den Bau eines Geothermiekraftwerks aus.
Binäre Anlagen profitieren von niedrigeren Turbinenwartungskosten, da das Arbeitsfluid nicht korrosiv ist und keine Ablagerungen verursacht. Geothermiekraftwerke, die das Trockendampf- oder Flash-Typ-Generationsverfahren verwenden, leiden unter Ablagerungen, Korrosion und Problemen im Zusammenhang mit nicht kondensierbaren Gasen (NCG), aber diese Probleme haben einen geringeren Einfluss auf binäre Anlagen.
Ein weiterer Vorteil von binären Anlagen ist die Möglichkeit, sie in Paket-/Modulform einzusetzen. Es ist nicht ungewöhnlich, dass 0,5-2MW-Anlagen innerhalb kurzer Zeit (Tage oder Wochen) geliefert, installiert und in Betrieb genommen werden.
Betrieb
Geofluid wird aus einem unterirdischen wasserführenden Reservoir zu einem Wärmetauscher auf Oberflächenniveau gepumpt. Der Wärmetauscher bringt das Arbeitsfluid (normalerweise kohlenwasserstoffbasiert) in die Nähe des Geofluids, wo ein Wärmeaustausch stattfinden kann.
Das Geofluid erhitzt das Arbeitsfluid über seinen Siedepunkt und ändert seinen Zustand in Dampf. Das Geofluid wird dann über die Injektionsleitung zurück in das unterirdische Reservoir geleitet. Das verdampfte Arbeitsfluid wird dann zu einer organischen Rankine-Zyklus (ORC) Turbine geleitet, wo es die Turbine zum Rotieren bringt.
Die Rotation der Turbine treibt auch einen AC-Generator an, der mit der Turbine auf einer gemeinsamen Welle verbunden ist; der Generator erzeugt somit Strom. Sobald das Arbeitsfluid aus der Turbine entlassen wird, wird es mit einem Kondensator wieder in eine Flüssigkeit umgewandelt. Es ist notwendig, das Arbeitsfluid zu kondensieren, damit es zurück zum Wärmetauscher gepumpt werden kann und der Prozess wiederholt werden kann.
Kühltürme werden eingesetzt, um den Arbeitsfluid-Dampf zu kühlen und ihn wieder in eine Flüssigkeit zu kondensieren. Die Wärme aus dem Kühlturm wird an die Luft abgegeben oder an eine Wasserquelle wie einen Fluss oder See abgeführt. In der Regel werden induzierte oder erzwungene Axialventilatoren verwendet, die in modularer Form als Kühlzellen installiert sind.
Systemkomponenten
Dieses 3D-Modell zeigt alle Hauptkomponenten eines idealisierten binären Geothermiekraftwerks, darunter:
- Produktionsbohrung
- Injektionsbohrung
- Wärmetauscher
- Organische Rankine-Zyklus (ORC) Turbine
- AC-Generator
- Kühlturm
Zusätzliche Ressourcen
https://geothermal-energy-journal.springeropen.com/articles/10.1186/s40517-017-0074-z
https://www.energy.gov/eere/geothermal/electricity-generation