Comment fonctionne une centrale géothermique
Les centrales géothermiques utilisent la chaleur provenant de la profondeur souterraine. Les puits apportent de l'eau chaude et de la vapeur à la surface, où il conduit une turbine.
En 60 secondes : comment ça marche
Une usine géothermique utilise la chaleur provenant de la profondeur souterraine. Les puits apportent de l'eau chaude et de la vapeur, qui tournent une turbine, et l'eau est ensuite pompée vers le bas.
- Les puits forés profondément dans la roche chaude apportent de l'eau chaude et de la vapeur à la surface.
- Dans un séparateur, la pression baisse, de sorte qu'une partie de l'eau chaude se transforme en vapeur.
- La vapeur tourne une turbine connectée à un générateur, qui fait de l'électricité.
- La vapeur est refroidie dans l'eau dans un condenseur.
- L'eau chaude restante et l'eau condensée sont pompées dans le sous-sol, de sorte que la source de chaleur continue d'être rechargée.
- Un transformateur augmente la tension pour que l'électricité puisse se déplacer vers le réseau.
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Par Centrales électriques dans le monde entier · Lectures connexes mises à jour · Établissement et examen du champ d'application. Illustrations pédagogiques; aucun examen par les pairs indépendant en génie n'est revendiqué.
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Faites tourner l'équipement, suivez les flux d'énergie et inspectez chaque composant. Lisez les étapes ci-dessous à tout moment.
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Une seule centrale géothermique à clignotement avec condenseur de surface et réinjection pompée. Un équilibre en eau pure délimité, un séparateur, un turbine et un condenseur agrandis d'origine et des puits de roche fracturés. Les dimensions de surface sont nominalement de 5 m/unité; la profondeur souterraine est comprimée et non calibrée de façon indépendante. Les superpositions colorées révèlent le flux à travers les équipements fermés; les impulsions dorées montrent le transfert net d'énergie électrique, et non les électrons individuels.
Comment ça marche
- Chaleur dans la roche souterraine
- Fluide chaud apporté à la surface
- vapeur ou vapeur secondaire
- Turbine et générateur
- Électricité jusqu'au réseau
L'électricité géothermique commence par la chaleur stockée dans la roche souterraine. Les puits de production apportent de l'eau chaude ou de la vapeur à la surface. Dans l'arrangement flash-steam montré ici, une réduction de la pression provoque une partie de l'eau chaude pour devenir vapeur. Un séparateur maintient la plupart des liquides restants hors de la turbine. La vapeur se développe à travers la turbine, tournant un générateur, puis passe à un condenseur pour que le processus de conversion thermique puisse continuer.
Le liquide de réservoir détermine une grande partie de la conception de l'usine : sa température, son débit disponible et son arrivée sous forme de liquide ou de vapeur. Les minéraux et les gaz dissous nécessitent également une manipulation appropriée du fluide. Les puits d'injection renvoient des fluides appropriés sous terre et soutiennent la gestion du réservoir. Certains sites transfèrent la chaleur par l'intermédiaire d'un échangeur à un fluide de travail distinct.
De la chute de pression à l'alimentation – et de retour sous terre.
Une explication simple. L'eau chaude transporte l'énergie des fractures rocheuses à la surface. Une pression plus faible permet à une certaine eau de devenir vapeur sans chauffage supplémentaire. Le séparateur maintient les gouttelettes liquides hors de la turbine. L'expansion tourne un arbre et un générateur partagés; les autres condenses de vapeur. [G1]
Suivez les deux points de vente. La vapeur devient condensée après la turbine; la saumure séparée contourne la turbine. Une pompe à condensat amène les deux flux à la même pression avant le mélange. Une pompe commune envoie l'eau de procédé idéale de retour vers le puits d'injection.
Gardez le refroidissement séparé. L'eau de refroidissement est à l'intérieur des tubes de condenseur; la vapeur géothermique est à l'extérieur. La chaleur traverse les murs métalliques. Une pompe à vide élimine les gaz qui, autrement, augmenteraient la pression du condenseur. [G1]
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Détails mécaniques: un séparateur n'est pas une chaudière
Une entrée tangente dirige le mélange biphasé dans le récipient. La séparation des gouttelettes internes au-dessus d'une région liquide schématique limite le transfert du liquide à la sortie de vapeur; une sortie inférieure séparée transporte la saumure. La découpe élargie n'est pas un calcul de séparateur, et son niveau de liquide visible n'est pas la fraction de masse de vapeur calculée. [G1]
Les équipements de surface utilisent un nombre nominal de 5 mètres par unité de modèle, avec des intérieurs élargis et un espacement de la station comprimée; la distance verticale souterraine est comprimée séparément et n'a délibérément aucune échelle de profondeur. Les marques de fracture montrent une roche perméable, et non une piscine ouverte.
Détails techniques : les mêmes points d'état conduisent chaque lecture
Enthalpie spécifique h est l'énergie par unité de masse, y compris le débit (joules par kilogramme, J/kg). s est en J/(kg·K), où K signifie kelvin. Le symbole - signifie le débit massique en kg/s. Toutes les pressions sont absolues. Le modèle utilise des lignes de saturation en eau pure, et non des propriétés géofluidiques salines réelles. [G2] [G4]
hafter flash = hdans; x = [hdans − hf(P)sept)] / [hg(P)sept) − hf(P)sept)]
Psept est la pression du séparateur; x est la fraction de masse de vapeur; f et g identifier les liquides saturés et les vapeurs. hfg, enthalpie latente. Le clignotement idéal est adiabatique (pas de chaleur externe) et isoenthalpic (enthalpie constante), sans travail d'arbre. Bien/récolter le transfert de chaleur et les changements cinétiques/potentiels sont négligés. Les états non valides en deux phases sont rejetés, pas serrés à zéro ou un. [G1] [G2]
ṁvapeur = x ṁproduction; ṁsaumure = (1 − x) ṁproduction
ṁproduction hdans = ṁvapeur hg + ṁsaumure hf
La qualité de la vapeur est une fraction de masse, pas une fraction de volume ou une fraction de la hauteur du dessin. Référence d'entrée: liquide saturé à 4 MPa, 250.354 °C et 1087,5 kJ/kg. Les choix de séparateur sont exacts 0.5/0,8/1 MPa rangées de table; le condenseur est fixé à 0,010 MPa, 45.806 °C. Utilisation interne hg − hf and sg − sf, en évitant les différences entre les colonnes latentes arrondies séparément. [G4]
xex, s = (sg, sept − sF,c) / (sg,c − sF,c); hex, s = hF,c + xex, s(h)g,c − hF,c)
hex = hg, sept − ηt(h)g, sept − hex, s); Parbre = ṁvapeur(h)g, sept − hex)
Subscript c means condenser; ex signifie gaz d'échappement; s signifie la référence idéale pour l'entropie constante. ηt est l'efficacité isotrope de turbine illustrative, 0.80. Échappement est un mélange humide, pas inventé vapeur surchauffée. Le travail idéal manqué reste en en enthalpie d'échappement; ne pas le soustraire à nouveau comme une perte de chaleur supplémentaire. [G2]
Q.condenser = ṁvapeur(h)ex − hF,c); Δhpompe = v ΔP / ηpompe
Q-- indique le taux de transfert de chaleur en watts (W). v est l'approximation constante du volume spécifique liquide en m3/kg; ΔP est une augmentation de la pression dans les pascals (Pa);pompe = 0.75 is illustrative. The condensate pump raises liquid from condenser to separator pressure. Mix at equal pressure, conserving enthalpy; the common pump raises all returned liquid to the illustrative 4 MPa target. Pump fluid work increases returned enthalpy. Pump motor efficiency 0.95 accounts separately for electrical consumption and motor heat. Volume-addition mixing is an approximation, not a brine equation of state.
Q.enlevé = ṁproduction(h)dans − hretour); ηnet = Pnet / Q̇enlevé
retour est l'en-tête de réinjection pompée; net Ce dénominateur thermique soustrait l'énergie conservée dans l'eau retournée. Ce n'est pas l'enthalpie entrante tout entière, l'efficacité de récupération du réservoir ou une prévision de génération à vie.
Détails électriques: exportation directe en trois phases en courant alternatif
Illustrative generator efficiency is 0.98 and transformer efficiency 0.995. Electrical auxiliaries include the separately calculated pumps plus 5% of gross output: cooling 3%, gas handling 1%, other loads 1%. These are teaching assumptions, not sourced plant efficiencies. The vacuum-pump concept uses electricity, avoiding an unaccounted motive-steam diversion. Real gas concentrations, abatement duty, cooling weather and tower water losses are not solved.
ns = 120 f / Npôles = 120 × 50 / 2 = 3000 rpm; τ = Parbre / ω
ns est la vitesse synchrone; f est la fréquence de grille en Hz; Npôles is total poles, not pole pairs; τ is shaft torque in newton-metres (N·m); ω = 2π ns/60 est la vitesse angulaire en radians par seconde. Changement de débit change le couple/sortie, pas la vitesse synchrone. Interrupteur triphasé et un transformateur se connectent directement au réseau; cette leçon n'insère pas une étape AC/DC inutile ni ne calcule la tension, le courant, la puissance réactive, les transitoires de synchronisation ou les paramètres de protection. [G3]
Solde opérationnel actuel
100.000 kg/s in = 17.907 steam + 82.093 brine. Ideal process return = 100.000 kg/s.
| Limite de mesure | Puissance |
|---|---|
| Flux d'enthalpie de production | 108.750 MW |
| Flux d'enthalpies fluides retournées | 63.099 MW |
| Puissance thermique retirée du fluide de procédé | 45.651 MWth |
| Puissance de l'arbre de turbine | 9.437 MW |
| Production brute d'électricité | 9.249 MWe |
| Rejet de chaleur du condenseur | 36.701 MWth |
| Travaux de pompage dans un liquide retourné | 0.487 MW |
| Consommation de pompe électrique | 0.512 MWe |
| Cooling auxiliaries | 0.277 MWe |
| Auxiliaires pour la manutention du gaz | 0.092 MWe |
| Autres auxiliaires électriques | 0.092 MWe |
| Chaleur/perte de générateur | 0.189 MW |
| Pompe thermique/perte moteur | 0.026 MW |
| Chaleur/perte de transformateur | 0.041 MW |
| Exportation nette de grille | 8.232 MWe |
Efficacité thermique nette extraite: 18.033%. La qualité réelle des gaz d'échappement de la turbine est 85.677 % de vapeur en masse. Cooling-water rate 878.004 kg/s utilise une élévation de température imposée de 25→35 °C et une capacité thermique constante de 4180 J/(kg·K), et non une simulation de refroidissement-refroidissement ou d'évaporation.
Extracted thermal power = net export + condenser heat + generator heat + pump-motor heat + non-pump auxiliaries + transformer heat. Calculated residual: -2.24e-8 W avant l'affichage arrondi. Le travail de liquide de pompe est déjà en enthalpie de retour; ne le comptez pas une deuxième fois.
| Point | Absolute MPa | h | État |
|---|---|---|---|
| Ressource liquide avant la chute idéale de puits/éclair | 4.000 | 1087.500 | saturé-liquide · x=0.0000 |
| Mélange clignoté entrant dans le séparateur | 0.800 | 1087.500 | Équipe humide · x=0.1791 |
| Turbine séparée de vapeur saturée → | 0.800 | 2768.300 | vapeur saturée · x=1.0000 |
| Liquide séparé → en-tête de mélange à pression égale | 0.800 | 720.860 | saturé-liquide · x=0.0000 |
| Échappement à turbine humide → Condenseur d'espace vapeur | 0.010 | 2241.291 | Équipe humide · x=0.8568 |
| Condenseur liquide → pompe à condensation | 0.010 | 191.810 | saturé-liquide · x=0.0000 |
| Condensat de pression relevée → en-tête de mélange | 0.800 | 192.874 | comprimé-liquide |
| Brine + condensate before common reinjection pump | 0.800 | 626.312 | comprimé-liquide |
| Liquide combiné pompé → bien réinjection | 4.000 | 630.989 | comprimé-liquide |
Exemple vérifié: 100 kg/s à 0,80 MPa
x = (1087.5 − 720.86)/(2768.3 − 720.86) = 0.17907240. de 100 kg/s, 17.907240 kg/s est la vapeur et 82.092760 kg/s reste saumure. Le même modèle donne 9.437 Puissance de l'arbre de MW, 9.249 MWe gross, 8.232 MWe net et 36.701 La chaleur de condensateur MWth. L'enthalpie retournée est 630.988850 kJ/kg; 45.651 Les paramètres sont des exemples, pas des spécifications d'une installation réelle. [G1] [G2] [G4]
Trois idées fausses communes
Le séparateur chauffe-t-il l'eau jusqu'à ce qu'elle ébullition ?
Non. La pression réduite crée le mélange. Le grottling idéal n'ajoute ni chaleur extérieure ni travail d'arbre; le séparateur sépare ensuite les deux phases. [G1] [G2]
18 % de vapeur signifie-t-il que le navire est plein de vapeur de 18 %?
Non. La qualité est une fraction de masse, et la vapeur a une densité beaucoup plus faible que le liquide. L'espace du récipient, le niveau schématique du liquide et le nombre visuel de particules ne sont pas cette fraction de masse. [G1] [G4]
La réinjection fait-elle durer la puissance géothermique pour toujours ?
Non. La réinjection soutient la gestion des fluides, mais la réalimentation en chaleur des réservoirs, la perméabilité, l'espacement des puits et la chimie restent une matière.
Comparer les architectures – séparer de ce modèle 3D
La conversion binaire transfère la chaleur géothermique à travers un échangeur à un fluide de travail différent, qui circule à travers sa propre boucle turbine/condenseur. Ces résumés de parcours originaux sont des comparaisons, et non des modes alternatifs du modèle monobloc. [G5]
Réservoir vapeur → turbine/générateur → condenseur → réinjection appropriée
Eau géothermique → échangeur de chaleur → réinjection
Fluide de travail séparé: pompe → échangeur de chaleur → turbine/générateur → condenseur → pompe
Principaux ouvrages de référence
- [G1] Ronald DiPippo. Centrales géothermiques : principes, applications, études de cas et impact environnemental. 4th ed., Butterworth-Heinemann/Elsevier, 2016; ISBN 9780081008799. Actual publisher excerpts checked: §5.3 Energy Conversion System et §5.4.3 / equation (5.7), Chapitre 5 PII B9780081008799000057. Ces extraits de chapitre — et non la définition de l'IA de la page Sujets — soutiennent les mécanismes nommés. Publisher metadata donne les dates de publication pour la fin de 2015; le chapitre identifie l'édition comme 2016.
- [G2] Département de l'Énergie des États-Unis. Manuel des fondamentaux de la DOE : thermodynamique, transfert de chaleur et débit fluide. Vol. 1, DOE-HDBK-1012/1-92, juin 1992, Rev. 0. Actual handbook, coché imprimé p. 29, pp. 48–49 et 79–80: throttling, qualité du mélange et relations énergie/efficacité turbine. L'exemple du site est une dérivation originale.
- [G3] H. H. Woodson et J. R. Melcher. Dynamique électromécanique. Première partie, Wiley, 1968. Actual MIT-hosted Chapter 4, checked §4.1.8 / equation (4.1.95), synchronous speed and pole pairs.
Sources techniques supplémentaires
- [G4] A. H. Harvey. Propriétés thermodynamiques de l'eau : Tabulation de la formulation IAPWS 1995. NISTIR 5078, 1998. Actual Table 2, imprimé à cocher pp. 11–13 et exact 0.010/0,50/0,80/1,00/4,0 rangées MPa. Aucune correction de chimie de la saumure ou de solveur général de vapeur n'est réclamée.
- [G5] EIE US. Geothermal power plants: flash vérifié, steam sec et chemins binaires. Les illustrations sont originales.
Named passages checked 3 October 2026. Software, geometry and educational reviews are recorded separately; no independent engineering peer review, installation approval, piping/vessel design, reservoir forecast or validated time-domain simulation is claimed.
Télécharger la scène de Blender modifiable originale. Reproduction, hypothèses et tests en direct dans les rapports d'ingénierie géothermique et de référence du projet.
Dans l'ingénierie
Suivez la machine, les fluides de travail et la connexion électrique.
Mécanique
Une boucle de collecte supportée alimente l'entrée du séparateur tangentiel. La vapeur passe les internes de commande de gouttelettes à la turbine; la saumure séparée la contourne. Un train de générateur de turbine coaxial a des boîtiers fixes, des stators et des roulements. Le condensat atteint la pression du séparateur avant le mélange; une pompe commune soulève ensuite le retour complet pour la réinjection.
Thermique & chimique
La réduction de la pression provoque un clignotement sans chauffage supplémentaire. La vapeur se condense à l'extérieur des tubes d'eau de refroidissement séparés physiquement; la tour de refroidissement recirculation de son propre approvisionnement. Un concept de pompe à vide électrique élimine les gaz non condensables, mais la masse de gaz/chimie et le maquillage/bail de refroidissement sont exclus du modèle de l'eau pure.
Électrique
Un générateur synchrone à deux pôles, 50 Hz, fonctionne à 3000 tr/min quand actif, affiché 100:1 plus lentement. Interrupteur et transformateur à trois phases alimentent directement la grille. Un modèle sépare le travail de turbine, la perte de générateur, le travail de pompe/la perte de moteur, le refroidissement/gaz/autres auxiliaires électriques, la perte de transformateur, l'exportation nette et la chaleur du condenseur; le débit zéro est isolé, et non une simulation d'arrêt.
Principaux types et variations
Le modèle montre une usine de vapeur à simple éclair. La vapeur sèche, flash et binaire décrivent les cycles de conversion de surface. Les systèmes géothermiques améliorés et les boucles fermées décrivent les moyens de recueillir la chaleur souterraine; leur équipement de surface doit toujours convenir à la chaleur fournie.
Usine à vapeur sèche
Un réservoir à vapeur alimente directement la vapeur par les puits de production au système de turbine. Il n'est pas nécessaire de créer de vapeur en clignotant une ressource essentiellement liquide. La vapeur d'échappement est condensée et le condensat approprié peut être retourné sous terre par les puits d'injection.
Quels changements dans la pratique
Cette voie relativement directe dépend d'une ressource naturelle en vapeur. Un réservoir d'eau chaude ne peut pas simplement utiliser le même arrangement sans équipement de conversion supplémentaire.
vapeur simple et double éclair
Dans une usine à double clignotement, le liquide séparé passe par une autre réduction de pression pour produire de la vapeur supplémentaire à une pression plus faible. La vapeur de saumure et la vapeur condensée restantes nécessitent des dispositifs de réinjection appropriés.
Quels changements dans la pratique
Une étape éclair supplémentaire peut récupérer plus d'une ressource appropriée , la chaleur, tout en ajoutant séparateurs, tuyauterie et complexité de fonctionnement à l'usine de surface.
Plante à cycle binaire
L'eau géothermique transfère la chaleur à travers un échangeur de chaleur vers un fluide séparé à température d'ébullition plus basse. Ce fluide vaporise, conduit la turbine, se condense et recircule. La saumure géothermique reste à l'extérieur du circuit de la turbine et est renvoyée sous terre après avoir abandonné une partie de sa chaleur.
Quels changements dans la pratique
Un fluide de travail distinct permet la production d'électricité à partir de ressources appropriées à basse température et isole la turbine des minéraux dissous de la saumure géothermique.
Systèmes géothermiques améliorés (EGS)
Lorsque la roche chaude manque de perméabilité naturelle suffisante, la stimulation contrôlée crée ou améliore les fractures connectées. Fluide circule à travers la roche chaude et retourne à travers les puits de production à une usine de surface. Le cycle de conversion de l'électricité est choisi pour les conditions de fluide résultantes, plutôt que dicté par l'étiquette EGS.
Quels changements dans la pratique
EGS décrit le développement du réservoir, et non un quatrième cycle de vapeur. Il fait des voies souterraines une partie du projet.
Collecte géothermique en boucle fermée
Un système souterrain scellé circule du fluide dans la roche chaude et transporte la chaleur absorbée à la surface. Le fluide circulant reste à l'intérieur des tuyaux plutôt que de passer par un réseau de fracture.
Quels changements dans la pratique
Une boucle fermée souterraine est différente d'une usine binaire d'un circuit de fluide de travail en surface fermée. Les étiquettes se réfèrent à différentes parties d'une installation géothermique.
Il faut savoir
- Les sites appropriés sont concentrés dans des endroits comme l'Islande, le Kenya, l'Indonésie, la Nouvelle-Zélande et l'ouest des États-Unis.
- Les ressources appropriées peuvent fournir de l'énergie indépendamment de la lumière du soleil et du vent, mais les conditions de puits, la gestion des réservoirs, la chimie et les pannes continuent de limiter la production.
- Les fluides géothermiques peuvent contenir du dioxyde de carbone et du sulfure d'hydrogène; les concentrations et les exigences de traitement sont spécifiques au site, et non calculées par cette leçon.
Voir les exemples réels
L'atlas comprend 192 enregistrements géothermiques dans le monde entier.
Afficher sur la carteRéponses connexes
Références des manuels
Les documents de référence techniques suggérés pour ce sujet sont des lectures plus poussées, et non la preuve que chaque explication a été vérifiée par rapport à chaque édition. bibliographie complète et portée de l'examen.
- Geothermal Power Plants: Principles, Applications, Case Studies and Environmental ImpactPlantes à vapeur sèche, flash et binaire, réinjection et impact environnemental.
Sources
- DiPippo 4th ed.: actual single-flash energy-conversion excerpt (§5.3) ↗
- DiPippo 4th ed.: actual separation excerpt (§5.4.3 / eq. 5.7) ↗
- DOE thermodynamics handbook: actual throttling, quality and turbine passages ↗
- NISTIR 5078: actual saturation properties (Table 2) ↗
- Woodson/Melcher: actual MIT-hosted machine chapter (§4.1.8) ↗
- EIA: Geothermal power plants ↗
- US DOE: Geothermal produced fluids and treatment ↗
Les découpes révèlent des équipements fermés. Les plans, les dimensions, les matériaux et les vitesses d'animation sont des exemples; c'est un modèle éducatif, Le bilan à l'état d'équilibre en eau pure n'est pas une prévision du réservoir, une simulation transitoire, une simulation de la chimie du gaz, une simulation de la résistance aux conduites ou de la sécurité.