Árbók VFÍ/TFÍ - 01.06.2002, Síða 218

Inngangur
Jarðhiti á íslandi er útbreiddari en í flestum öðrum löndum í veröldinni, enda eldvirkni
mikil. Oft er talað um háhita- og lághitajarðvarma og er algengast að háhitajarðvarminn
sé einkum notaður til raforkuframleiðslu, eins og í Kröfluvirkjun, en lághitavatn sett
beint inn á hitaveitudreifikerfi. Hagkvæmast er að nýta háhitann bæði til raforkufram-
leiðslu og hitaveitu eins og í Svartsengi og á Nesjavöllum. Venjan er að tala um lághita-
jarðvarma þegar hitastig er á bilinu 60°C upp í 150°C, sjá Þorbjörn Karlsson [1], en ef
hitastig er fyrir ofan 150°C er oftast talað um háhitasvæði.
Á síðustu árum hefur verið aukinn áhugi á nýtingu lághita til raforkuframleiðslu, bæði
hjá Hitaveitu Suðurnesja í Svartsengi og Orkuveitu Húsavíkur. í Svartsengi var árið 1989
gangsett virkjun sem byggir á „Organic Rankine Cycle" (ORC) eða „lífrænni Rankine
varmahringrás". Á Húsavík hefur verið byggt 2 MW Kalina-orkuver, sem var gangsett
22. júlí 2000. Þar er notað jarðhitavatn, sem er 121°C heitt og er hitafallið niður í 80°C nýtt
til raforkuframleiðslunnar. Kalina tæknin er til þess að gera ný af nálinni og er orkuver-
ið á Húsavík eitt af fyrstu jarðhitaorkuverum í heimi þar sem þessi tækni er notuð. Slík
orkuver gætu hentað víða um land þar sem jarðhita er að finna og einnig þar sem
afgangsvarmi er fyrir hendi.
Kalina varmahringrás var fundin upp á níunda áratugnum af I.A. Kalina [2]. Hún byggir
á því að nota blöndu af ammoníaki og vatni sem varmaburðarefni. Rankine-hringrásir
eins og til dæmis ORC nota hins vegar hreint efni en ekki blöndur. Markmiðið í þessari
grein er að bera saman nýtni þessara orkuvinnsluaðferða við aðstæður eins og þær eru í
Svartsengi og á Húsavík.
Varmahringrásir
Rankine varmahringrásin hefur verið í notkun í 150 ár, einkum í orkuverum sem brenna
kolum, olíu eða öðrum jarðefnum í katli þar sem vatn er hitað og breytt í gufu. Mynd 1
sýnir einfalda Rankine hringrás, eða ORC, eins og notuð er í Svartsengi til þess að nýta
lágþrýstigufu frá háþrýstihverflum. I sjóðaranum er isopentan, en það er kolvetnasam-
band með suðumark um 27°C við andrúmsloftsþrýsting, soðið upp við um 6 bar þrýst-
ing. Isopentan gasið er síðan þanið í hverfli og knýr hann um leið og hiti og þrýstingur
lækka. I þéttinum er varmi fjarlægður með kælivatni og gasið þétt þannig að það verður
að vökva við u.þ.b. 1 bar þrýsing. Loks er hringrásinni lokað með því að dæla isopentan
vökvanum aftur upp í þrýsting inn á sjóðarann.
Ammoníak-vatnsblöndur hafa ýmsa athyglisverða
eiginleika, en sá mikilvægasti er að suðuhitastig við
fastan þrýsting er breytilegt, og hækkar eftir því sem
meira er soðið upp. Þetta er kallað suðuskrið.
Auðvelt er að skilja að ammoníak og vatn með
einingu. í varmahringrásinni þarf einnig að leysa
ammoníakið aftur upp í vatninu, en það er kallað
ísog. Það er nokkuð vandasamara ferli en þá þarf að
gæta vel að blönduhlutföllum og að hitastig sé sem
lægst vegna þess að ísogið er útvermið. Mynd 2
sýnir hvernig suðumark og daggarmark (þéttimark)
ammoníak-vatnsblöndu breytist með styrk blönd-
unnar (x) við 30 bar þrýsting. Til þess að nefna einn
af hinum flóknu eiginleikum ammoníak-vatns-
blöndu má sjá á myndinni að við 120°C er styrkur
ammóníaks í vökvafasa (x4) um 47% en í gufufasa er
2 1 4
Arbók VFl/TFl 2002