Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

В России тепловую энергию Земли используют на Камчатке и Курилах, где много гейзеров и горячих источников. Там находятся три российские геотермальные электростанции мощностью 12 МВт и 50 МВт на Мутновском месторождении и 11 МВт на Паужетском. Ученые Института вулканологии Дальневосточного отделения РАН считают, что геотермальную энергетику можно развивать и в других регионах нашей страны.

На составленной учеными карте “Перспективные гидротермальные  провинции России” Краснодарский  край, Ханты-Мансийский округ, Прибайкалье и часть Тихоокеанского побережья отмечены как территории, где возможно организовать “прямое” теплоснабжение зданий из недр.

На большей  территории страны, в том числе  и в Московской области, использовать подземную энергию можно только с помощью специальных тепловых насосов. Для широкого и экономически оправданного внедрения этого метода нужно добраться до глубоких горячих водных горизонтов. Действительный член Академии технологических наук Николай Гнатусь предложил новый способ бурения сверхглубоких геотермальных скважин, специально разработанный для Подмосковья. При этом на поверхность удается вывести теплоносители с температурой 250-300°, что достаточно для обогрева зданий. Применение буровых снарядов обеспечивает скорость проходки твердых пород 30 м/час при диаметре скважины 200-500 мм.

По мнению ученого, такую технологию можно использовать для создания теплоэлектростанций  мощностью 25-500 МВт. По подсчетам специалистов, себестоимость получаемой на них  электроэнергии и тепла будет  в 3-6 раз ниже, чем на станциях, построенных по традиционной технологии бурения геотермальных скважин. В случае массового внедрения разработки цена киловатта альтернативной энергии может приблизиться к цене традиционных ТЭС.

тепловая электростанция, использующая внутреннее тепло Земли для выработки электроэнергии и теплоснабжения. Практически единственными источниками геотермальной энергии являются парогидротермы (месторождения самоизливающейся паровоздушной смеси или пара) и гидротермы (месторождения самоизливающейся горячей воды), которые используются для получения как электрической энергии (при температуре пара или паровоздушной смеси более 150 °C), так и тепловой (при температуре 30—150 °C). Однако такие парогидротермальные месторождения расположены лишь в районах активной вулканической деятельности. На геотермальных электростанциях паровоздушная смесь из природного источника, выведенная на поверхность, как правило, по специально пробуренным скважинам, направляется в сепараторационные устройства, где пар отделяется от воды. Затем отсепарированный пар поступает в паровую турбину, а горячая вода (при температуре примерно 120 °C) используется для теплоснабжения и других целей. В некоторых случаях перед турбиной устанавливаются устройства, предварительно очищающие пар от агрессивных (сильно корродирующих) газов. В отличие от других тепловых электростанций, на геотермальных электростанциях нет котельного цеха, золоулавливателей и многих других устройств; практически геотермальная электростанция состоит лишь из машинного зала и помещения для электротехнических устройств. Себестоимость электроэнергии на таких электростанциях значительно ниже, чем на тепловых электростанциях.

Схематическое устройство геотермальной электростанции:

1 – вода; 2 – пар; 3 – насос; 4 – паровая турбина; 5 – электроэнергия; 6 – генератор

В России первая геотермальная электростанция (Паужетская, на юге Камчатки) мощностью 5 МВт  введена в эксплуатацию в 1966 г. В  последующие годы её мощность была увеличена до 11 МВт. За рубежом геотермальные электростанции построены (или сооружаются) в Италии (Тоскана, район Лардерелло), Новой Зеландии (зона Таупо), США (Калифорния – Долина Больших Гейзеров) и Японии.

В районе Рейкьявика (Исландия) геотермальные воды используются для теплофикации. Суммарная установленная мощность всех геотермальных электростанций мира в 1980 г. составляла 2.5 тыс. МВт, в 2000 г. – ок. 17 тыс. МВт. Геотермальные ресурсы планеты практически безграничны. Однако на современном этапе развития науки и техники их практическое использование проблематично.

Все российские геотермальные электростанции расположены  на Камчатке и Курилах, суммарный электропотенциал пароводных терм одной Камчатки оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности. Российский потенциал реализован только в размере не многим более 80 МВт установленной мощности и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки:

Наряду с огромными  ресурсами органического топлива  Россия располагает значительными  запасами тепла земли, которые могут  быть преумножены за счет геотермальных  источников, находящихся на глубине  от 300 до 2500м в основном в зонах  разломов земной коры.

Территория России хорошо исследована, и сегодня известны основные ресурсы тепла земли, которые имеют значительный промышленный потенциал, в том числе и энергетический. Более того, практически везде имеются запасы тепла с температурой от 30 до 200°С.

Ещё в 1983г. во ВСЕГИНГЕО был составлен атлас ресурсов термальных вод СССР. В нашей стране разведано 47 геотермальных месторождений с запасами термальных вод, которые позволяют получить более 240·10імі/сут. Сегодня в России проблемами использования тепла земли занимаются специалисты почти 50 научных организаций.

Для использования  геотермальных ресурсов пробурено  более 3000 скважин. Стоимость исследований геотермии и буровых работ, уже  выполненных в этой области, в  современных ценах составляет более 4млрд. долларов. Так на Камчатке на геотермальных полях уже пробурено 365 скважин глубиной от225до2266м и израсходовано (ещё в советское время) около 300млн. долларов (в современных ценах).

Эксплуатация  первой геотермальной электростанции была начата в Италии в 1904г. Первая геотермальная электростанция на Камчатке, да и первая в СССР Паужетская ГеоТЭС была введена в работу в 1967г. и имела мощность 5мВт, увеличенную впоследствии до 11 мВт. Новый импульс развитию геотермальной энергетике на Камчатке был придан в 90-е годы с появлением организаций и фирм (АО «Геотерм», АО «Интергеотерм», АО «Наука»), которые в кооперации с промышленностью (прежде всего с Калужским турбинным заводом) разработали новые прогрессивные схемы, технологии и виды оборудования по преобразованию геотермальной энергии в электрическую и добились кредитования от Европейского банка реконструкции и развития. В результате в 1999г. на Камчатке была введена

Таким образом, ближайшие и вполне реальные перспективы  геотермальной энергетики на Камчатке определились, что является положительным несомненным примером использования НВИЭ в России, несмотря на имеющиеся в стране серьезные экономические трудности. Потенциал парогидротермальных месторождений на Камчатке способен обеспечить 1000МВт установленной электрической мощности, что значительно перекрывает потребности этого региона на обозримую перспективу.

По данным Института  вулканологии ДВО РАН, уже выявленные геотермальные ресурсы позволяют  полностью обеспечить Камчатку электричеством и теплом более чем на 100 лет. Наряду с высокотемпературным Мутновским месторождением мощностью 300МВт (э) на юге Камчатки известны значительные запасы геотермальных ресурсов на Кошелевском, Больше Банном, а на севере на Киреунском месторождениях. Запасы тепла геотермальных вод на Камчатке оцениваются в 5000МВт (т).

На Чукотке  также имеются значительные запасы геотермального тепла (на границе с  Камчатской областью), часть из них  уже от-крыта и может активно  использоваться для близлежащих  городов и посёлков.

Курильские острова  также богаты запасами тепла земли, их вполне достаточно для тепло и электрообеспечения этой территории в течение 100200 лет. На острове Итуруп обнаружены запасы двухфазного геотермального теплоносителя, мощности которого (30МВт(э)) достаточно для удовлетворения энергопотребностей всего острова в ближайшие 100 лет. Здесь на Океанском геотермальном месторождении уже пробурены скважины и строится ГеоЭС. На южном острове Кунашир имеются запасы геотермального тепла, которые уже используются для получения электроэнергии и теплоснабжения г. Южно Курильска. Недра северного острова Парамушир менее изучены, однако известно, что и на этом острове есть значительные запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95° С, здесь также строится ГеоТС мощностью 20 МВт (т).

Гораздо большее распространение имеют месторождения термальных вод с температурой 100-200°С. При такой температуре целесообразно использование низкокипящих рабочих тел в паротурбинном цикле. Применение двухконтурных ГеоТЭС на термальной воде возможно в ряде районов России, прежде всего на Северном Кавказе. Здесь хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой в резервуаре от 70 до 180° С, которые находятся на глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используется геотермальная вода для теплоснабжения и горячего водоснабжения. В Дагестане в год добывается более 6 млн. м. геотермальной воды. На Северном Кавказе около 500 тыс. чел, используют геотермальное водоснабжение.

Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также  располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве.

Россия  рассматривает возможность строительства  геотермальной станции на Камчатке совместно с Исландией. Также  страны обсуждают строительство энергоемкого металлургического производства. Как сообщил министр энергетики РФ Сергей Шматко, стороны договорились сделать специальную "дорожную карту" по сотрудничеству на уровне регионов. С российской стороны в проекте будет участвовать Камчатка.

Директор  департамента Due Diligence НКГ "2К Аудит - Деловые консультации" / Morison International Александр Шток комментирует для Финам.инфо: "Исландия располагает обширным опытом в области геотермальной энергетики. За счет геотермальных станций страна покрывает около 25% своей потребности в энергии. Россия на Камчатке имеет схожие с Исландией условия и ресурсы для развития геотермальной энергетики. Однако в РФ эта область энергетики пока развита слабо".

Как добавил  эксперт, привлечение опытного партнера к развитию геотермальной энергетики является оптимальным решением для России. Исландия, в свою очередь, также заинтересована в сотрудничестве с Россией. Помимо участия в проекте по строительству геотермальных станций, Исландия сможет рассчитывать на участие в металлургическом производстве, которое будет ориентировано как раз на использование альтернативного источника энергии.

Василий Конузин, руководитель аналитического управления ИГ “Алемар” полагает, что  это выгодное для российской стороны  сотрудничество с точки зрения получения необходимых технологий. Исландия является передовой страной в деле освоения геотермальной энергии. На последней, по сути, построена вся энергетика островного государства. Россия также обладает подобным потенциалом. В советское время была построена экспериментальная станция на Камчатке. К сожалению, согласно принципам плановой экономики, было приятно решение, что дешевле поставлять сахалинский мазут для электростанций, чем развивать станцию.

Потенциал Камчатки достаточно большой с позиции  геотермальной энергии. Если технологию освоят и построят станцию, то это позволит снять существующие проблемы энергодефицита. На данный момент мощностей хватает, но необходимо произвести замещение неэффективных с экономической точки зрения станций, работающих на мазуте. Конечно, это дорогостоящий проект, но его реализация может дать импульс развитию всего региона, новых технологий в плане выработке энергии. Реализация проекта предоставит возможность предоставления более дешевого тепла и электроэнергии. Это сильно снизит необходимость дотаций из бюджета. С точки зрения выбранной линии, проект будет и инновационным, и перспективным, и зеленым. Единственная преграда - это то, что проект может быть сделан для “галочки” как очередная веха в деле инновационной экономики.