Геотермальные электростанции (ГеоЭС) - разновидность альтернативной энергетики. ГеоЭС получают электрическую энергию за счёт геотермальных источников недр Земли - гейзеров, открытых и подземных горячих источников воды или метана, теплых сухих пород, магмы. Поскольку геологическая активность происходит на планете регулярно, геотермальные источники можно условно считать неисчерпаемыми (возобновляемыми). По подсчётам ученых тепловая энергия Земли составляет 42 триллиона Ватт, 2% из которых (840 миллиардов) содержится в земной коре и доступна для добычи, однако и этой цифры достаточно, чтобы обеспечить население Земли неиссякаемой энергией на долгие годы.
Регионы с геотермальной активностью имеются во многих частях планеты, и идеальными для построения станций считаются районы с высокой геологической активностью (вулканической, сейсмической). Наиболее активное развитие отрасли происходит в местах скопления горячих гейзеров, а также в областях вокруг краёв литосферных плит в силу наименьшей толщины земной коры.
Для получения тепла из закрытых подземных источников используется бурение скважин. При углублении скважины температура повышается примерно на 1 градус каждые 36 метров, но есть и более высокие показатели. Полученное тепло доставляется на поверхность станции в виде горячей воды или пара, они могут применяться как для прямой подачи на отопительные системы домов и помещений, так и для последующего преобразования в электроэнергию на станции.
В зависимости от состояния среды (вода, пар) используется три способа получения электроэнергии - прямой, непрямой и смешанный. При прямом используется сухой пар, воздействующий на турбину генератора напрямую. При непрямом используется (наиболее популярен в настоящее время) очищенный и нагретый водяной пар, получаемый испарением воды, закачиваемой из подземных источников температурой до 190 градусов. Как видно из представленного рисунка - перегретый пар по добывающим скважинам поднимается к теплообменнику. В нем происходит передача тепловой энергии в закрытый контур паровой турбины. Полученный от закипания жидкости пар вращает турбину, после чего снова конденсируется в теплообменнике, что образует замкнутую и практически безвредную для атмосферы систему. Паровая турбина соединена с электрогенератором, с которого и получают электроэнергию. При смешанном способе применяют промежуточные легко-вскипаемые жидкости (фреон и др.), на которые воздействуют кипящей водой из источников.
Преимущества геотермальных электростанций:
1) Станции не требуют внешнего топлива для работы;
2) Практически неисчерпаемые запасы энергии (если соблюдать необходимые условия);
3) Возможность автоматизированной и автономной работы за счёт использования собственно-выработанного электричества;
4) Относительная дешевизна обслуживания станций;
5) Станции можно использовать для опреснения воды при расположении их на побережье океана или моря.
Геотермальные электростанции - недостатки:
1) Выбор места установки станции зачастую затруднён политическими и социальными аспектами;
2) Проектирование и строительство ГеоЭС может потребовать очень больших вложений;
3) Загрязнение атмосферы периодическими выбросами через скважину вредных веществ, содержащихся в коре (современные технологии позволяют частично преобразовывать эти выбросы в топливо), однако оно значительно ниже, чем при производстве электроэнергии из ископаемых источников;
4) Нестабильность естественных геологических процессов и, как следствие, периодическая остановка работы станций.
Первая геотермальная электростанция
Первые эксперименты с добычей энергии из геотермальных источников относятся к началу 20 века (1904 год, Италия, где спустя небольшое время была также построена первая полноценная геотермальная электростанция). В настоящее время, с учётом быстрого роста потребления электричества и быстрого иссякания запасов традиционного энергетического сырья, это одна из наиболее перспективных отраслей энергетики.
Крупнейшие геотермальные электростанции
Лидерами получения геотермальной энергии сейчас являются США и Филиппины, где построены самые крупные ГеоЭС, производящие более 300 МВт энергии каждая, что достаточно для энергоснабжения крупных городов.
Геотермальные электростанции в России
В России отрасль развита меньше, но и здесь идёт активное развитие. Самыми перспективными регионами страны являются Курильские острова и Камчатка. Крупнейшая геотермальная электростанция страны - Мутновская ГеоЭС на юго-востоке Камчатки, производящая до 50 МВт энергии (в перспективе - до 80 МВт). Также следует отметить Паужетскую (первая, построенная в России), Океанскую и Менделеевскую ГеоЭС.
Ресурсы нашей планеты не бесконечны. Используя в качестве главного источника энергии природные углеводороды, человечество рискует в один прекрасный момент обнаружить, что они исчерпаны, и прийти к глобальному кризису потребления привычных благ. XX век стал временем масштабных сдвигов в области энергетики. Ученые и экономисты в разных странах всерьез задумались о новых способах получения и возобновляемых источниках электричества и тепла. Наибольший прогресс был достигнут в области ядерных исследований, но появились интересные идеи, касающиеся полезного использования других природных явлений. Ученые давно узнали, что планета наша внутри горяча. Для получения пользы от глубинного тепла созданы геотермальные электростанции. В мире пока их немного, но, возможно, со временем станет больше. Каковы их перспективы, не опасны ли они и можно ли рассчитывать на высокую долю ГТЭС в общем объеме добываемой энергии?
Первые шаги
В дерзновенных поисках новых источников энергии ученые рассматривали множество вариантов. Изучались возможности освоения энергии приливов и отливов Мирового океана, преобразования солнечного света. Вспомнили и о старинных ветряных мельницах, снабдив их вместо каменных жерновов генераторами. Большой интерес представляют и геотермальные электростанции, способные вырабатывать энергию из тепла нижних раскаленных слоев земной коры.
В середине шестидесятых годов СССР не испытывал ресурсного дефицита, но энерговооруженность народного хозяйства, тем не менее, оставляла желать лучшего. Причина отставания от промышленно развитых стран в этой области состояла не в недостатке угля, нефти или мазута. Огромные расстояния от Бреста до Сахалина затрудняли доставку энергии, она становилась очень дорогой. Советские ученые и инженеры предлагали самые смелые решения этой задачи, и некоторые из них воплощались в жизнь.
В 1966 году на Камчатке заработала Паужетская геотермальная электростанция. Ее мощность составила довольно скромную цифру в 5 мегаватт, но этого вполне хватало для снабжения близлежащих населенных пунктов (поселков Озерновского, Шумного, Паужетки, сел Усть-Большерецкого р-на) и промышленных предприятий, главным образом рыбоконсервных заводов. Станция была экспериментальной, и сегодня можно смело утверждать, что опыт удался. В качестве источников тепла используются вулканы Камбальный и Кошелев. Преобразование осуществляли две установки турбогенераторного типа, первоначально по 2,5 МВт. Через четверть века установленную мощность удалось поднять до 11 МВт. Старое оборудование полностью исчерпало свой ресурс только в 2009 году, после чего была произведена полная реконструкция, включавшая и прокладку дополнительных трубопроводов теплоносителя. Опыт успешной эксплуатации побудил энергетиков строить и другие геотермальные электростанции. В России их сегодня пять.
Как работает
Исходные данные: в глубине земной коры есть тепло. Его нужно преобразовать в энергию, например, электрическую. Как это сделать? Принцип работы геотермальной электростанции достаточно прост. Под землю закачивается вода через специальную скважину, называемую входной или нагнетающей (по-английски injection, то есть "впрыск"). Для того чтобы определить подходящую глубину, требуется геологическое исследование. Вблизи нагретых магмой слоев, в конечном счете, должен образоваться подземный проточный бассейн, играющий роль теплообменника. Вода сильно нагревается и превращается в пар, который через другую скважину, (рабочую или эксплуатационную) подается на лопасти турбины, сопряженной с осью генератора. На первый взгляд, все выглядит очень просто, но на практике геотермальные электростанции устроены куда сложнее и имеют различные особенности конструкции, обусловленные эксплуатационными проблемами.
Достоинства геотермальной энергетики
Этот способ получения энергии имеет неоспоримые плюсы. Во-первых, геотермальные электростанции не требуют топлива, запасы которого лимитированы. Во-вторых, эксплуатационные расходы сведены к издержкам на технически регламентированные работы по плановой замене комплектующих изделий и обслуживанию технологического процесса. Срок окупаемости вложений составляет несколько лет. В-третьих, такие станции условно можно считать экологически чистыми. Есть, правда, в этом пункте и острые моменты, но о них позже. В-четвертых, дополнительной энергии для технологических нужд не требуется, насосы и другие приемники энергии запитываются от добываемых ресурсов. В-пятых, установка, помимо работы по прямому назначению, может производить опреснение воды Мирового океана, на берегу которого обычно строятся геотермальные электростанции. Плюсы и минусы присутствуют, однако, и в этом случае.
Недостатки
На фотографиях все выглядит просто чудесно. Корпуса и установки эстетичны, над ними не поднимаются клубы черного дыма, только белый пар. Однако не все так прекрасно, как кажется. Если геотермальные электростанции расположены поблизости населенных пунктов, жителям окрестностей досаждает производимый предприятиями шум. Но это лишь видимая (вернее, слышимая) часть проблемы. При бурении глубоких скважин никогда нельзя предвидеть, что именно из них пойдет. Это может быть токсичный газ, минеральные воды (не всегда лечебные) или даже нефть. Разумеется, если геологи наткнутся на пласт полезных ископаемых, то это даже хорошо, но такое открытие вполне может полностью изменить привычный уклад жизни местных жителей, поэтому разрешение на проведение даже исследовательских работ региональные власти дают крайне неохотно. Вообще выбрать место для ГТЭС довольно сложно, ведь в результате ее эксплуатации вполне может возникнуть провал грунта. Условия внутри земной коры меняются, и если источник тепла утратит со временем свой тепловой потенциал, затраты на строительство окажутся напрасными.
Как выбрать место
Несмотря на многочисленные риски, в разных странах строят геотермальные электростанции. Преимущества и недостатки есть у любого способа получения энергии. Вопрос состоит в том, насколько доступны иные ресурсы. В конце концов, энергетическая независимость является одной из основ государственного суверенитета. Страна может не обладать запасами полезных ископаемых, но иметь множество вулканов, как Исландия, например.
Следует учитывать, что наличие геологически активных зон - непременное условие для развития геотермальной отрасли энергетики. Но при принятии решения о строительстве подобного объекта необходимо брать в расчет и вопросы безопасности, поэтому, как правило, в густонаселенных районах геотермальные электростанции не возводят.
Следующий важный момент - наличие условий для охлаждения рабочей жидкости (воды). В качестве места для ГТЭС вполне подойдет океанское или морское побережье.
Камчатка
Россия богата всеми видами природных ресурсов, но это не означает, что в бережном отношении к ним нет нужды. Геотермальные электростанции в России строят, причем в последние десятилетия все более активно. Они частично обеспечивают потребность энергообеспечения отдаленных районов Камчатки и Курил. Помимо уже упомянутой Паужетской ГТЭС, на Камчатке в эксплуатацию введена 12-мегаваттная Верхне-Мутновская ГТЭС (1999). Намного мощней ее Мутновская геотермальная электростанция (80 МВт), расположенная возле того же вулкана. Вместе они обеспечивают более трети объема энергии, потребляемой регионом.
Курилы
Сахалинская область также пригодна для строительства геотермальных энергопроизводящих предприятий. Здесь их два: Менделеевская и Океанская ГТЭС.
Менделеевская ГТЭС предназначена для решения проблемы энергоснабжения острова Кунашир, на котором расположен поселок городского типа Южно-Курильск. Название свое станция получила не в честь великого русского химика: так называется островной вулкан. Строительство началось в 1993-м, через девять лет предприятие введено в строй. Первоначально мощность составляла 1,8 МВт, но после модернизации и запуска следующих двух очередей достигла пяти.
На Курилах, на острове Итуруп, в том же 1993 году была заложена еще одна ГТЭС, получившая название «Океанская». Заработала она в 2006-м, через год вышла на проектную мощность в 2,5 МВт.
Мировой опыт
Русские ученые и инженеры стали пионерами во многих отраслях прикладной науки, но геотермальные электростанции изобрели все же за рубежом. Первая в мире ГТЭС (250 кВт) была итальянской, начала свою работу в 1904 году, ее турбина вращалась паром, выходящим из природного источника. До этого подобные явления использовались только в лечебно-курортных целях.
В настоящее время позиции России в области использования геотермального тепла также нельзя назвать передовыми: ничтожный процент вырабатываемого в стране электричества приходится на пять станций. Самое большое значение эти альтернативные источники имеют для экономики Филиппин: на них приходится один киловатт из каждых пяти, производимых в республике. Продвинулись вперед и другие страны, в числе которых Мексика, Индонезия и США.
На просторах СНГ
На уровень развития геотермальной энергетики влияет в большей степени не технологическая «продвинутость» той или иной страны, а осознание ее руководством насущной необходимости в альтернативных источниках. Есть, конечно, и «ноу-хау», касающиеся способов борьбы с накипью в теплообменниках, способов управления генераторами и прочей электрической частью системы, но вся эта методология специалистам давно известна. Большую заинтересованность в строительстве ГеоТЭС в последние годы проявляют многие постсоветские республики. В Таджикистане изучают районы, являющие собой геотермальное богатство страны, идет строительство 25-мегаваттной станции «Джермахпюр» в Армении (Сюникская область), соответствующие исследования ведутся в Казахстане. Горячие источники Брестской области стали предметом интереса белорусских геологов: они начали пробные бурения двухкилометровой скважины Вычулковская. В общем, за геоэнергетикой, скорее всего, есть будущее.
Впрочем, и с теплом Земли обращаться нужно бережно. Ограничен и этот природный ресурс.
«Атомная энергетика» - Экономический рост и энергетика Инновационный сценарий МЭРТ. Атомная энергетика и экономический рост. Атомная энергетика и другие типы генерации. Источник: Всемирный банк (IFC). Источник: Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. Источник: Минэнерго. Источник: Исследование Томского политехнического университета.
«Атомная опасность» - Компоненты "анализа риска". Зарубежные подходы к проблеме "риска". Послание. Элементы "управления риском". Анализ риска. Общие закономерности. Компоненты управления риском. Распространение в различных областях науки. Кривая Фармера. Рекомендации. Вероятностный анализ. Анализ "стоимость-выгода".
«Атомная безопасность» - Создание системы стандартов. Выражение и отстаивание консолидированного мнения членов сообщества. Мощность российских АС. Обеспечение поддержания высокого уровня деловой репутации. Содействие оказанию квалифицированных консалтинговых и экспертных услуг. Члены союза. Союз Предприятий ПК и ЭБ. Профессиональное сообщество.
«Объекты атомной энергетики» - Атомные электростанции. Облако. Атомный ледокол. Генетические последствия радиации. Радиоактивные отходы. Ядерное оружие. Атомная энергетика. Наиболее мощные АЭС. Мирный атом. Атомная энергия. Плюсы АЭС. Плюсы и минусы АЭС. Радиоактивность. Слой алюминия. Последствия Чернобыльской катастрофы. Хиросима.
«Атомные электростанции в России» - Атомные электростанции (АЭС). Классификация АЭС по типу реакторов. Плавучая атомная электростанция (ПАТЭС). Билибинская атомная тепло-электроцентраль. Получение электроэнергии на АЭС. География планируемого размещения ПАТЭС в России. Классификация АЭС по виду отпускаемой энергии. Проектируемые атомные станции.
«Атомная энергия» - Запорожская АЭС. Перспективы атомной энергетики. Как известно работа атомных электростанций основывается на расщеплении урана на атомы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Преимущества атомной энергетики.
Геотермальные электростанции в России являются перспективным возобнобляемым источником. Россия имеет богатые геотермальные ресурсы с высокой и низкой температурами и делает хорошие шаги в этом направлении. Концепция экологической защиты может помочь продемонстрировать преимущества возобновляемых альтернативных источников использования энергии.
В России геотермальные исследования проведены в 53 научных центрах и высших учебных заведениях расположенных в разных городах и в разных ведомствах: Академии наук, Министерствах образования, природных ресурсов, топлива и энергетики. Такие работы проводятся в некоторых региональных научных центрах, как Москва, Санкт-Петербург, Архангельск, Махачкала, Геленджик, Приволжье (Ярославль, Казань, Самара), Урал (Уфа, Екатеринбург, Пермь, Оренбург), Сибирь (Новосибирск, Тюмень, Томск, Иркутск, Якутск), Дальний Восток (Хабаровск, Владивосток, Южно-Сахалинск, Петропавловск-на-Камчатке).
В этих центрах, проводятся: теоретические, прикладные, региональные изыскания, а также создается специальный инструментарий.
Использование геотермальной энергии
Геотермальные электростанции в России используются в основном для теплоснабжения и обогрева нескольких городов и населенных пунктов на Северном Кавказе и Камчатке с общей численностью населения 500 тыс.чел. Кроме того, в некоторых регионах страны глубокое тепло используется для теплиц общей площадью 465 тыс. м 2 . Самые активные гидротермальные ресурсы используются в Краснодарском крае, Дагестане и на Камчатке. Примерно половину добытых ресурсов применяется для теплоснабжения жилья и промышленных помещений, третья часть – на отопление теплиц, а только около 13 % – для промышленных процессов.
Помимо этого термальные воды используются примерно в 150 санаториях и 40 заводах по розливу минеральной воды. Количество электрической энергии, разработанной геотермальными электростанциями в России увеличивается по сравнению с мировым,но остается крайне незначительным.
Доля составляет всего 0,01 процента от общей выработки электроэнергии в стране.
Наиболее перспективным направлением использования низкотемпературных геотермальных ресурсов является применение тепловых насосов. Этот способ является оптимальным для многих регионов России – в Европейской части России и на Урале. Пока делаются первые шаги в этом направлении.
Электричество вырабатывается на некоторых электростанциях (ГеоЭС) только на Камчатке и Курильских островах. В настоящее время три станции работают на Камчатке:
Паужетская ГеоЭС (12 МВт), Верхне-Мутновская (12 МВт) и Мутновская ГеоЭС (50 МВт).
Паужетская ГеоЭС внутри
Две небольших ГеоЭС находятся в эксплуатации на островах Кунашир – Менделеевская ГеоТЭС, Итуруп – «Океанская» с установленной мощностью 7,4 МВт и 2,6 МВт соответственно.
Геотермальные электростанции в России по своему объему стоят на последних местах в мире. В Исландии приходится более 25% добываемой электроэнергии этим способом.
Менделеевская ГеоТЭС на Кунашире
Итуруп – «Океанская»
Россия имеет значительные геотермальные ресурсы и имеющийся потенциал гораздо больше, чем текущее положение.
Этот ресурс далеко не адекватно развит в стране. В бывшем Советском Союзе, геолого-разведочные работы полезных ископаемых, нефти и газа хорошо поддерживался. Однако такая обширная деятельность не направлена для изучения геотермальных резервуаров даже в следствие подхода: геотермальные воды не считались энергетическими ресурсами. Но все-таки результаты бурения тысяч “сухих скважин” (просторечие в нефтяной отрасли), приносят вторичную выгоду для геотермальных исследований. Эти заброшенные колодцы которые были во время исследований нефтяной отрасли дешевле отдать для новых целей.
Преимущества и проблемы использования геотермальных ресурсов
Экологические преимущества использования возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная признано. Однако есть серьезные препятствия на пути развития возобновляемых ресурсов, которые препятствуют развитию. Подробные геологические исследования и дорогостоящее бурение геотермальных скважин представляет собой крупные финансовые затраты, связанные со значительными геологическими и техническими рисками.
Использование возобновляемых источников энергии, включая геотермальные ресурсы, имеют также преимущества.
- Во-первых, использование местных энергетических ресурсов может снизить зависимость от импорта или необходимости строительства новых генерирующих мощностей для теплоснабжения в промышленных или жилых районах горячего водоснабжения.
- Во-вторых, замена традиционных видов топлива чистой энергией вызывает значительные улучшения состоянии окружающей среды и общественного здравоохранения и имеет соответствующую экономию.
- В-третьих, мера экономии энергии связан с КПД. Системы централизованного теплоснабжения являются общими в городских центрах России и нуждаются в модернизации и перехода на возобновляемые источники энергии со своими преимуществами. Это особенно важно с экономической точки зрения, устаревшие системы централизованного теплоснабжения не экономичны и инженерное время жизни уже истекло.
Геотермальные электростанции в России “чище” по сравнению с используемые ископаемое топливо. Международная конвенция по изменению климата и программы Европейского сообщества предусматривают продвижение возобновляемых источников энергии. Однако специфические юридические предписания относительно разведочных работ и добычи геотермальных вод отсутствует во всех странах. Отчасти это объясняется тем, что воды регулируются в соответствии с законами водных ресурсов, полезные ископаемые в соответствии с энергетическими законами.
Геотермальная энергия не относится к определенным равзделам законодательства и затрудняется решение различных методов эксплуатации и использования геотермальной мощности.
Геотермальная энергетика и устойчивое развитие
Промышленное развитие за последние два столетия принесло множество инноваций для человеческой цивилизации и принесли эксплуатацию природных ресурсов с угрожающей быстротой. Начиная с семидесятых годов 20-го века серьезные предупреждения о “пределах роста” пошли по миру с большим эффектом: ресурс эксплуатации, гонка вооружений, расточительное потребление разбазарили эти ресурсы в ускоренном темпе, наряду с экспоненциальным ростом численности населения планеты. На все это безумие необходимо большее количество энергии.
Самые расточительное и безперспективное – безответственность человека по привычке израсходования конечных и быстро истощающихся энергетических ресурсов угля, нефти и газа. Этой безответственной деятельностью занимается химическая промышленность для производства пластмасс, синтетических волокон, строительных материалов, красок, лаков, фармацевтических и косметических продуктов, пестицидов и многих других продуктов органической химии.
Но самый катастрофический эффект от использования ископаемого топлива -это равновесие биосферы и климата до такой степени, что необратимо будет влиять на наш жизненный выбор: рост пустынь, кислотные дожди портящие плодородные земли, отравление рек, озер и грунтовых вод, порча питьевой воды для растущего населения планеты, – и худшее из всех – более частые погодные катаклизмы, втягивающие ледники, разрушиающие горнолыжные курорты, тающие ледники, оползни, более сильные штормы, затопление густонаселенных прибрежных районов и островов, тем самым подвергая опасности людей и редкие виды флоры и фауны в результате миграций.
Потеря плодородных земель и культурное наследие происходит за счет добычи неумолимо растущего ископаемого топлива, выбросов в атмосферу, вызывающих глобальное потепление.
Путь к чистой, устойчивой энергетике сохраняющей ресурсы и привлечение биосферы и климата в естественный баланс связан с использованием в виде геотермальных электростанций в России.
Ученые понимают необходимость сокращения сжигания ископаемого топлива выходящего за пределы целевых показателей Киотского протокола для того, чтобы замедлить глобальное потепление атмосферы Земли.
Среди альтернативных источников геотермальная энергия занимает значительное место - ее так или иначе используют примерно в 80 странах по всему миру. В большинстве случаев это происходит на уровне строительства теплиц, бассейнов, применения в качестве лечебного средства или отопления.
В нескольких странах - в том числе США, Исландии, Италии, Японии и других - построены и работают электростанции.
Геотермальная энергия в целом подразделяется на две разновидности - петротермальную и гидротермальную. Первый тип использует как источник горячие горные породы. Второй - подземные воды.
Если свести все данные по теме в одну диаграмму, обнаружится, что в 99% случаев используется тепло пород, и только в 1% геотермальная энергия извлекается из подземных вод.
Петротермальная энергетика
На настоящий момент в мире достаточно широко используется тепло земных недр, причем преимущественно это энергия неглубоких скважин - до 1 км. С целью обеспечения электричеством, теплом или ГВС устанавливаются скважинные теплообменники, работающие на жидкостях с низкой температурой кипения (например, на фреоне).
Сейчас использование скважинного теплообменника является наиболее рациональным способом добычи тепла. Выглядит это так: теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре. Нагретый поднимается по концентрично опущенной трубе, отдавая свое тепло, после чего, охлажденный, при помощи насоса подается в обсадную.
В основе использования энергии земных недр лежит природное явление - по мере приближения к ядру Земли растет температура земной коры и мантии. На уровне 2-3 км от поверхности планеты она достигает более 100 °С, в среднем увеличиваясь с каждым последующим километром на 20 °С. На глубине 100 км температура достигает уже 1300-1500 ºС.
Гидротермальная энергетика
Вода, циркулирующая на больших глубинах, нагревается до значительных величин. В сейсмически активных районах она поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, в спокойных же регионах ее можно вывести с помощью скважин.
Принцип действия тот же: нагретая вода поднимается по скважине вверх, отдает тепло, и возвращается по второй трубе вниз. Цикл практически бесконечен и возобновляем до тех пор, пока в земных недрах остается тепло.
В некоторых сейсмически активных регионах горячие воды лежат так близко к поверхности, что можно воочию наблюдать, как работает геотермальная энергия. Фото окрестностей вулкана Крафла (Исландия) демонстрирует гейзеры, которые передают пар для действующей там ГеоТЭС.
Основные черты геотермальной энергетики
Внимание к альтернативным источникам обусловлено тем, что запасы нефти и газа на планете не бесконечны, и постепенно исчерпываются. Кроме того, они есть не везде, и многие страны зависят от поставок из других регионов. Среди иных важных факторов - негативное влияние ядерной и топливной энергетики на среду обитания человека и дикую природу.
Большое достоинство ГЭ - возобновляемость и универсальность: возможность использовать для водо- и теплоснабжения, или для выработки электроэнергии, или для всех трех целей сразу.
Но главное - это геотермальная энергия, плюсы и минусы которой зависят не столько от местности, сколько от кошелька заказчика.
Достоинства и недостатки ГЭ
В числе преимуществ этого вида энергии следующие:
- она возобновляемая и практически неиссякаемая;
- независима от времени суток, сезона, погоды;
- универсальна - с ее помощью можно обеспечить водо- и теплоснабжение, а также электричество;
- геотермальные источники энергии не загрязняют окружающую среду;
- не вызывают парникового эффекта ;
- станции не занимают много места.
Однако имеются и недостатки:
- геотермальная энергия не считается полностью безвредной из-за выбросов пара, в составе которого могут быть сероводород, радон и другие вредные примеси;
- при использовании воды с глубоких горизонтов стоит вопрос ее утилизации после использования - из-за химического состава такую воду нужно сливать либо обратно в глубокие слои, либо в океан;
- постройка станции относительно дорога - это удорожает и стоимость энергии в итоге.
Сферы применения
На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, аква- и термокультуре, промышленности, сфере жилищно-коммунальных хозяйств. В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем.
Сельское хозяйство и садоводство
Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах - Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде.
Подземные источники применяются для полива полей, обогрева почвы, поддержания постоянной температуры и влажности в оранжерее или теплице.
Промышленность и ЖКХ
В ноябре 2014 года в Кении начала работать крупнейшая на то время геотермальная электростанция мира. Вторая по размерам находится в Исландии - это Хеллишейди, берущая тепло от источников возле вулкана Хенгидль.
Другие страны, использующие геотермальную энергию в промышленных масштабах: США, Филиппины, Россия, Япония, Коста-Рика, Турция, Новая Зеландия и т. д.
Известны четыре основные схемы добывания энергии на ГеоТЭС:
- прямая, когда пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами;
- непрямая, аналогичная предыдущей во всем, за исключением того, что перед попаданием в трубы пар очищается от газов;
- бинарная - в качестве рабочего тепла используется не вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения;
- смешанная - аналогична прямой, но после конденсации здесь удаляют из воды не растворившиеся газы.
В 2009 году группа исследователей, искавшая пригодные к использованию геотермальные ресурсы, достигла расплавленной магмы всего на глубине 2,1 км. Подобное попадание в магму - большая редкость, это всего второй известный случай (предыдущий произошел на Гавайях в 2007 году).
Хотя соединенная с магмой труба ни разу не подключалась к находящейся неподалеку ГеоТЭС Крафла, ученые получили весьма многообещающие результаты. До сих пор все работающие станции брали тепло опосредованно, из земных пород либо из подземных вод.
Частный сектор
Одна из наиболее перспективных сфер - частный сектор, для которого геотермальная энергия - это реальная альтернатива автономного газового отопления. Самая серьезная преграда здесь - при довольно дешевой эксплуатации высокая начальная стоимость оборудования, которая значительно выше, чем цена установки «традиционного» отопления.
Свои разработки для частного сектора предлагают компании MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe.
Страны, использующие тепло планеты
Безусловным лидером в использовании георесурсов является США - в 2012 году выработка энергии в этой стране достигла отметки 16.792 миллиона мегаватт-часов. В том же году, суммарная мощность всех геотермальных станций на территории Штатов достигала 3386 МВт.
ГеоТЭС на территории США расположены в штатах Калифорния, Невада, Юта, Гавайи, Орегон, Айдахо, Нью-Мехико, Аляска и Вайоминг. Самая крупная группа заводов носит название «Гейзеры» и расположена неподалеку от Сан-Франциско.
Кроме Соединенных Штатов, в первой десятке лидеров (по состоянию на 2013 год) также находятся Филиппины, Индонезия, Италия, Новая Зеландия, Мексика, Исландия, Япония, Кения и Турция. При этом в Исландии геотермальные источники энергии обеспечивают 30% от всей потребности страны, на Филиппинах - 27%, а в США - меньше 1%.
Потенциальные ресурсы
Работающие станции - только начало, отрасль лишь начинает развиваться. Исследования в этом направлении идут постоянно: более чем в 70 странах ведется разведка потенциальных месторождений, в 60 освоено промышленное использование ГЭ.
Перспективными выглядят сейсмически активные районы (как это видно на примере Исландии) - штат Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, страны Центральной Америки, Филиппины, Исландия, Коста-Рика, Турция, Кения. Эти страны имеют потенциально выгодные не исследованные месторождения.
В России это Ставропольский край и Дагестан, остров Сахалин и Курильские о-ва, Камчатка. В Беларуси определенный потенциал есть на юге страны, охватывая города Светлогорск, Гомель, Речица, Калинковичи и Октябрьский.
На Украине перспективными являются Закарпатская, Николаевская, Одесская и Херсонская области.
Достаточно перспективным является полуостров Крым, тем более что большая часть потребляемой им энергии импортируется извне.