геотермальная-энергия

МЕГАВАТТЫ ПОД НОГАМИ

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ТЕПЛИЦЫ, БАССЕЙНЫ, РЕКРЕАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ, СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЗДАНИЙ — ВОТ ТОЛЬКО САМЫЙ КРАТКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ МЕСТ, ГДЕ ПРИРУЧЕННАЯ ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ РАБОТАЕТ НА БЛАГО ЛЮДЕЙ. ЕЕ ИСТОЧНИК ЛЕЖИТ В БУКВАЛЬНОМ СМЫСЛЕ ПОД НОГАМИ: УЖЕ НА ГЛУБИНЕ ДВУХ-ТРЕХ КИЛОМЕТРОВ ПОД ПОВЕРХНОСТЬЮ ЗЕМЛИ ТЕМПЕРАТУРА ДОСТИГАЕТ СТА ГРАДУСОВ ПО ЦЕЛЬСИЮ, С КАЖДЫМ НОВЫМ КИЛОМЕТРОМ УВЕЛИЧИВАЯСЬ ЕЩЕ НА ДВАДЦАТЬ ГРАДУСОВ. УЧИТЫВАЯ СИМПАТИИ СОВРЕМЕННОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ К ПРИРОДНЫМ УГЛЕВОДОРОДАМ, ГЕОТЕРМАЛЬНУЮ ЭНЕРГИЮ ПРИНЯТО ОТНОСИТЬ К ЧИСЛУ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ. ВО ВСЯКОМ СЛУЧАЕ, ПОКА.

geotermal-energy

Запасы природных углеводородов на планете не бесконечны и к тому же распределены весьма неравномерно. Кроме того, влияние топливной энергетики на экосистему отдельных стран и планеты в целом с каждым годом вызывает у человечества все большую тревогу. Поэтому энергия земных недр наряду с энергией ветра, воды и солнца рассматривается научным сообществом как возобновляемый и более того, практически бесконечный ресурс.
Но недра недрам рознь. Геотермальную энергию можно разделить на петротермальную и гидротермальную. В первом случае ее источником выступают подземные породы, во втором — воды, находящиеся под землей.
Как правило, извлечение петротермальной энергии выглядит следующим образом. В относительно неглубокую, до километра, скважину устанавливается теплообменник, работающий на жидкости с низкой температурой кипения — например, на фреоне. Такой теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре. Сперва, нагретый, он по концентрической трубе поднимается вверх — а затем, отдав тепло, охлажденный, опускается вниз. И так до бесконечности — или, во всяком случае, в течение весьма долгого времени. Специалисты в области петротермальной энергетики отводят на непрерывную эксплуатацию такого рода систем период времени от 30 до 100 лет, после чего подземные элементы нуждаются в ремонте или замене. Чем глубже скважина — тем эффективнее система. На глубине ста километров ниже поверхности земли температура достигает уже полутора тысяч градусов. Однако таких скважин люди пока не бурили ни в каких целях, ограничиваясь максимальной их глубиной в считанные километры.

geotermal-energyС гидротермальной энергией — еще проще: никакой теплоноситель здесь не нужен. Подземные воды поднимаются на поверхность с помощью системы труб, а затем, отдав тепловую энергию, возвращаются назад. В сейсмически активных зонах горячая вода сама поднимается на поверхность по трещинам в земной коре — и людям в этом случае остается лишь воспользоваться ее энергией. Последнее очень характерно, например, для Исландии, где энергией горячих источников отапливаются дома и даже подогреваются тротуары — а многочисленные гейзеры в окрестностях вулкана Крафла передают пар для одной из местных геотермальных теплоэлектростанций.

Впрочем, подразделение энергии недр на петротермальную и гидротермальную — несколько упрощенное; на самом деле классификация геотермальных источников более сложная.

Классификация геотермальных источников Международным энергетическим агентством:
1. Месторождения геотермального сухого пара. Редко встречаются, но наиболее легко разрабатываются. Эту энергию использует 50% действующих ГеоТЭС.
2. Источники влажного пара (смеси горячей воды и пара). Встречаются чаще. Главная проблема при разработке — коррозия оборудования ГеоТЭС и экологическая небезупречность из-за необходимости удаления засоленного конденсата.
3. Месторождения геотермальной воды (горячая вода либо пар + вода). Подземные резервуары, образовавшиеся вследствие наполнения пустот атмосферными осадками, нагреваемыми близко лежащей магмой.
4. Сухие горячие скальные породы, разогретые магмой. Глубина залегания — от 2 километров и более. Эти запасы наиболее велики.
5. Собственно магма – расплавленные горные породы, нагретые до 1300°С.

geotermal-energy

Впрочем, Исландия — это страна, пример использования энергии недр которой лежит в буквальном смысле на поверхности. В целом же число стран, использующих петротермальную или гидротермальную энергию, в мире уверенно приближается к восьми десяткам. В некоторых из них — США, Японии, Кении, России и других — действуют геотермальные электростанции.

В целом получение энергии подземных недр — вещь не дешевая, особенно на этапе строительства энергосистемы. Это несколько ограничивает использование подобных систем для частного сектора, куда традиционное газовое отопление провести намного дешевле. Однако последующая эксплуатация способна окупить даже самую дорогостоящую конструкцию такого типа за счет фактически дармовых тепла, воды и электричества. Из других достоинств геотермальной энергетики нужно назвать ее независимость от климатических, погодных условий и сезона — а также ее сравнительно высокую экологичность: никаким парниковым эффектом она не чревата. В то же время здесь есть и недостаток: гидротермальные воды в некоторых местах планеты могут содержать сероводород, радон и другие небезвредные примеси, что ограничивает их использование как источника водоснабжения (но не тепла).
Но это, скорее, исключение: в большинстве стран геотермальные воды вполне безопасны и используются в агропромышленном секторе, промышленности, здравоохранении и курортном комплексе — и, конечно же, в жилищно-коммунальном хозяйстве. Среди таких стран — Израиль, Филиппины, Греция, Кения, Россия, Мексика, Гватемала, Индонезия, Коста-Рика, Турция, Новая Зеландия. Что касается именно сельского хозяйства, здесь подземные воды чаще всего применяют для поддержания постоянной температуры и влажности в теплицах, для полива полей и подогрева почвы.

geotermal-energyГеотермальные электростанции работают по-разному, в зависимости от условий местности, в которой они расположены – или, точнее, от особенностей источника энергии недр, который они используют. Например, в Исландии пар непосредственно направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. В других условиях пар необходимо сперва очистить от газов. В третьих — используются не вода и не пар, а жидкий теплоноситель с низкой температурой кипения, о чем уже было сказано выше. Известны два случая попадания на глубине чуть более двух километров непосредственно в слой расплавленной магмы — в Исландии и на Гавайях. И хотя ее энергия для работы геотермальных электростанций пока не использовалась, потенциал этого ресурса огромен. Магма способна обеспечить потребности человечества в энергии на многие тысячи лет.

Более шестидесяти стран мира используют энергию недр в промышленных масштабах; еще в семидесяти странах ведется исследование ее месторождений. Двигателем инноваций в сфере геотермальной энергетики в мире считаются США — даже при том, что в самой стране потребность в энергии за счет этого ресурса покрывается лишь на один процент. Крупнейшая геотермальная электростанция Америки «Гейзеры» расположена в Калифорнии; есть и другие аналогичные объекты, действующие в штатах Невада, Юта, Гавайи, Орегон, Айдахо, Нью-Мехико, Аляска и Вайоминг. Среди предприятий, предлагающих инновационные решения для обеспечения энергией недр городов и поселков — MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe и ряда других, — традиционно много компаний именно из США.

prirodnie_resursi_RussiaЧто касается России, наиболее перспективными регионами для развития геотермальной энергетики в нашей стране выступают Дальний Восток (включая Камчатку и Курильские острова) и Северный Кавказ. Если в европейской части России термальные воды залегают на глубине более двух километров, позволяя использовать их энергию лишь точечно, для теплоснабжения отдельных объектов (группа коттеджей, школа, высотный дом), — то в Краснодарском или Ставропольском крае разработку этого ресурса можно вести почти в любой точке, используя энергию подземных вод температурой от 70 до 126 градусов по Цельсию. Еще более перспективным регионом юга страны в этом смысле является Дагестан, где почти треть жилого фонда республики снабжается водой и теплом за счет местных геотермальных источников. Причем, по оценкам экспертов, добыча и использование энергии недр в этом регионе могут быть увеличены более чем вдвое. Велик потенциал использования геотермальной энергии и в других северокавказских республиках.

geotermalnoe_otoplenie

Что касается центральной России, здесь термальные воды залегают на глубине более двух километров, позволяя использовать их энергию лишь точечно, для теплоснабжения отдельных объектов — коттеджа, школы или даже высотного здания. В «Сколково» и на базе региональных площадок, занимающихся внедрением инноваций (например, в Мордовии), создаются проекты энергоэффективных «умных» домов, теплоснабжение которых осуществляется целиком за счет геотермальных источников энергии. Впрочем, создание автономных геотермальных циркуляционных систем мощностью 0,1–0,4 киловатта для тепло- и энергообеспечения отдельно стоящих объектов — тема особого разговора, которой мы сегодня касаться не будем. Но обязательно рассмотрим этот вопрос в одном из будущих номеров нашего журнала.

Крупнейшая в мире геотермальная электростанция находится в Кении; ее ввод в эксплуатацию состоялся совсем недавно — в 2014 году. Вторая по мощности на планете — исландская Хеллишейди, работающая на тепле источников в окрестностях вулкана Хенгидль. В целом в Исландии геотермальные источники покрывают потребность страны в энергии почти на треть. На Филиппинах — немногим меньше: здесь этот показатель составляет 27 процентов.

Эксперты считают, что потенциал геотермальных источников в России в разы превышает объем запасов природных углеводородов. Одного разведанного в России гидротермального ресурса с температурой воды от 40 до 200 градусов Цельсия с глубиной залегания до 3500 метров достаточно для того, чтобы обеспечивать выработку 14 миллионов кубометров горячей воды ежедневно. Однако потенциал — одно, а его реализация — нечто другое. Только на Камчатке, в самом «геотермальном» регионе страны, чьи недра способны обеспечивать энергией электростанции мощностью 250–350 киловатт, имеющийся ресурс используется лишь на 25 процентов от возможного.

geotermal-energyАналогичная ситуация — на Курильских островах, чьи геотермальные ресурсы позволяют работать электростанциям мощностью до 230 мегаватт, способным покрыть все местные потребности в электроэнергии, тепле и горячей воде. На острове Кунашир работает геотермальная электростанция мощностью 2,6 мегаватта. Вырабатываемая ей энергия используется для тепло- и электроснабжения Южно-Курильска. В планах — строительство на острове еще нескольких аналогичных станций, совокупной мощностью до 17 мегаватт. На островах Итуруп и Парамушир также разведаны значительные объемы петротермальных и гидротермальных ресурсов.

Из других регионов страны, помимо Юга и Дальнего Востока, нужно отметить и самый западный из всех субъектов федерации — Калининградскую область. Здесь разведано крупное геотермальное месторождение с температурой 105-120 градусов Цельсия, которое делает рентабельным строительство электростанции мощностью 4 мегаватта, способной обеспечивать электричеством и теплом город Светлый.

Хотя взрыв интереса к альтернативным источникам энергии во всем мире произошел в начале нынешнего века, для России геотермальная энергетика не является чем-то принципиально новым. Первая ГеоТЭС в стране была построена более полувека назад — в 1966 году на Камчатке, на Паужетском месторождении для снабжения электричеством местных поселков и рыбоперерабатывающих предприятий. В частности, Озерновский рыбокомбинат смог сохранить рентабельность в непростых экономических условиях именно благодаря использованию энергии, получаемой ГеоТЭС от местных горячих источников.

энергия
Всего же в России разведано около полусотни геотермальных месторождений. И если использование других альтернативных источников энергии в нашей стране зачастую ограничено географическими и природными факторами (солнечная энергия — тем, что большая часть территории лежит в умеренных и крайних широтах, энергия приливов — замерзающими морями и океанами и так далее), то использование энергии недр — как гидротермальной, так и петротермальной — является в этом смысле наиболее перспективным направлением развития.

Распечатать

Категории
Наука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие