Перспективы и проблемы геотермальной энергетики. Геотермальная энергетика, геотермальные ресурсы дагестана Природные условия необходимые для развития геотермальной энергетики

Своим возникновением отрасль геотермальной энергетики обязана такому природному явлению, как повышение температуры подземной породы пропорционально глубине. На каждые 36 метров вглубь температура увеличивается в среднем на 1 °C. Доступ к нагретым подземным водам можно получить не только при помощи скважин - часть горячих источников представляют собой естественные гейзеры. Теплоноситель используется не только для отопительных нужд, но и для производства электроэнергии с помощью геотермальных станций, превращающих пар в электричество.

Кроме того, практикуется использование и горячих пород, в которых отсутствуют подземные воды. В данном случае энергетики закачивают воду в подземные горизонты с её дальнейшим отбором уже в нагретом состоянии. Высокие «сухие» горизонты, температура которых, впрочем, не достигает градуса кипения воды, есть и на большом количестве территорий, где вулканическая активность вообще отсутствует, что придаёт геотермам статус перспективных источников энергии, вне зависимости от места их географического расположения.

Энергия горячих источников: факторы распространения

Наиболее широкое распространение геотермальная энергетика получила в двух типах регионов. В первую очередь она развивается там, где в силу природных условий существует большое количество доступных горячих источников. Кроме того, геотермы используются там, где наблюдается дефицит горючих полезных ископаемых или же доставка энергоресурсов осложняется труднодоступностью района. В ряде стран тепло или электроэнергия, добытые с помощью геотермальных станций, покрывают существенную долю энергетических затрат.

По такой технологии получают порядка трети электроэнергии потребители американского Сан-Франциско. В Польше насчитывается уже четыре геотермальные станции, одна из которых обеспечивает потребности курортного города Закопане. Горячее водоснабжение в литовской Клайпеде осуществляется полностью за счёт работы геотермальной станции. В девяностых годах суммарная мощность геотермальных станций мира оценивалась в 5 ГВт, к двухтысячным она перевалила за 6 ГВт. Ряд оценок позволяет сделать вывод о том, что сейчас выработка геотермальной энергии превышает 10 ГВт.

Ситуация на родине геотермальной энергетики

Сама природа распорядилась так, что передовой страной в сфере использования геотермальных источников стала Исландия. В этой стране на относительно небольшой глубине температуры воды достаточно для производства энергии, что стало возможным благодаря высокой вулканической активности. В регионе насчитывается около сотни вулканов, а сам остров находится на стыке литосферных плит.

Каждые девять из десяти домов в стране отапливаются горячей водой из-под земли. Столица Исландии - Рейкьявик - с 1943 года полностью перешла на геотермальное отопление, при этом осуществляется теплоснабжение не только жилого сектора, но и промышленных предприятий. Государство практически полностью отказалось от традиционных энергоресурсов, 25% потребностей удовлетворяется при помощи геотермальных источников, 70% обеспечивают гидроэлектростанции.

Лидирующие позиции в отрасли дают Исландии возможность не только быть энергетически самодостаточной страной, но и даже экспортировать энергию, выработанную геотермальными станциями. В последние годы обсуждается проект организации поставок электроэнергии, выработанной на исландских ГеоТЭС, в Великобританию. Британцы, в свою очередь, готовы проложить морской кабель протяжённостью 750 миль. Бюджет проекта оценивается в миллиарды фунтов стерлингов. По расчётам Лондона, реализация проекта даст возможность обеспечить пятую часть потребностей страны в электроэнергии.

Популярность в Азии

В настоящее время геотермальная энергетика в буквальном смысле проходит стадию второго рождения в Китае. В этой стране отрасль была заброшена в течение сорока лет. Интерес к ней возобновился с приходом к власти лидера страны Си Цзиньпина. Усилиями генсека город Сяньянь уже по праву может считаться мировой столицей экологичной энергетики. В целом по стране за три года правления Цзиньпина объём выработки геотермальной энергии вырос с 28 до 100 МВт.

План развития отрасли внесён в программу 13-й пятилетки. В немалой степени динамичному развитию данной сферы способствуют инженеры из Исландии, приглашённые на работу в КНР. По предварительным расчётам, геотермальный потенциал в Китае сравним с энергией, которая может быть получена в результате сжигания 853 млрд тонн угля.

Именно с перерасходом последнего и связаны попытки поиска альтернативных ресурсов, поскольку 66% получаемой энергии в стране вырабатывается с помощью угля. Ожидается, что геотермальная стратегия будет реализована максимум за 10 лет. Уже сейчас на Китай приходится 15% мировой выработки энергии при помощи геотермов. В планах КНР - достижение выработки в объёме 2 ГВт.

Доля геотермальной энергетики в Японии достигает 21%. Впрочем, её развитие активно тормозится экологическими общественными движениями в силу того, что использование геотермальных источников приводит к росту угроз загрязнения окружающей среды. Впрочем, на вреде геотермальной энергетики остановимся ниже.

Зарубежные эксперты полагают, что большие перспективы отрасль имеет в Казахстане. В ряде регионов страны температура подземных вод достигает точки кипения, что наряду с ростом стоимости традиционной электроэнергии делает геотермы привлекательным объектом инвестиций. Посетивший республику профессор Мичиганского университета Грэм Норман считает, что потенциал Казахстана не хуже турецкого, где геотермальная энергетика развивается и за пределами районов с высокой интенсивностью горячих источников.

Экологические и технические проблемы отрасли

Развитие геотермальной энергетики существенно тормозится целым рядом проблем, присущих данной отрасли. В числе самых серьёзных препятствий - необходимость сложного процесса обратной закачки в водоносные горизонты отработанного теплоносителя (воды), содержащего токсичные вещества - мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор. Это исключает возможность сброса такой воды в поверхностные слои. Кроме того, остро стоит проблема выброса сероводорода в атмосферу.

У геотермальных станций, помимо всего прочего, в отличие от ТЭС и даже ГЭС, существует строгая привязка места строительства к определённым участкам в зависимости от геологии. Зачастую (разве что, кроме Исландии), такие места находятся в труднодоступных районах, гористой местности. Не следует сбрасывать со счетов и высокую минерализацию подземных вод, что со временем приводит к закупорке скважин.

Нужно принимать во внимание и главный фактор развития, свойственный любой отрасли - спрос на рынке. В OPEC подсчитали, что, несмотря на общий рост спроса на возобновляемые энергоресурсы, в том числе и геотермальные, на 7,6% в год, к 2040 году доля таких источников в производстве энергии будет составлять всего лишь 4,3%, уступая традиционным способам генерации. Сейчас доля альтернативной энергетики составляет всего 0,9% на мировом рынке.

Международное признание и прогнозы на будущее

Впрочем, на международном уровне геотермальная энергетика считается достаточно перспективным направлением. Нацеленность на развитие данного сегмента подтверждается решением недавно прошедшего Климатического саммита в Париже. Представители 38 стран проголосовали за наращивание выработки геотермальной энергии на 500%. Инициатива принятия такого решения принадлежит Международному агентству по возобновляемым источникам энергии (IRENA). Ожидается, что развитие отрасли даст возможность сдержать неблагоприятные изменения климата.

В резолюции саммита указано, что данный вид энергии остаётся одним из самых дешёвых, однако степень развития отрасли крайне недостаточна. Потенциал для развития в этой сфере имеют около 90 государств. Члены саммита признали, что основным препятствием реализации геотермальных проектов является вовсе не экология, а необходимость значительных инвестиций в бурильные работы. В то же время, продажи электроэнергии можно осуществлять по мере разработки источников, не дожидаясь полной реализации проектов.

Применение геотермальных источников может частично решить проблему голода в неблагополучных регионах. Пронедра ранее писали, что в ООН считают - внедрение геотермальной энергетики даст возможность снизить дефицит продовольствия в ряде развивающихся стран, где попросту отсутствует электроэнергия для обеспечения хранения продуктов питания, и, как результат - создать условия для накопления продовольственных резервов.

Вероятно, с учётом целенаправленной международной энергетической политики в этом направлении, будут внедряться дешёвые и эффективные способы, направленные на преодоление рисков загрязнения подземных горизонтов и устранение технических проблем, неизбежно сопровождающих геотермальную энергетику. Если основные препятствия на пути развития геотермального сегмента исчезнут, отрасль однозначно начнёт переживать динамичный рост и со временем станет весомым энергетическим источником для многих стран мира.

Геотермальная энергия - это энергия тепла, которое выделяется из внутренних зон Земли на протяжении сотен миллионов лет. По данным геолого-геофизических исследований, температура в ядре Земли достигает 3 000-6 000 °С, постепенно снижаясь в направлении от центра планеты к ее поверхности. Извержение тысяч вулканов, движение блоков земной коры, землетрясения свидетельствуют о действии мощной внутренней энергии Земли. Ученые считают, что тепловое поле нашей планеты обусловлено радиоактивным распадом в ее недрах, а также гравитационной сепарацией вещества ядра.
Главными источниками разогрева недр планеты есть уран, торий и радиоактивный калий. Процессы радиоактивного распада на континентах происходят в основном в гранитном слое земной коры на глубине 20-30 и более км, в океанах - в верхней мантии. Предполагают, что в подошве земной коры на глубине 10-15 км вероятное значение температур на континентах составляет 600-800 ° С, а в океанах - 150-200 ° С.
Человек может использовать геотермальную энергию только там, где она проявляет себя близко к поверхности Земли, т.е. в районах вулканической и сейсмической активности. Сейчас геотермальную энергию эффективно используют такие страны, как США, Италия, Исландия, Мексика, Япония, Новая Зеландия, Россия, Филиппины, Венгрия, Сальвадор. Здесь внутреннее земное тепло поднимается к самой поверхности в виде горячей воды и пара с температурой до 300 °С и часто вырывается наружу как тепло фонтанирующих источников (гейзеры), например, знаменитые гейзеры Йеллоустонского парка в США, гейзеры Камчатки, Исландии.
Геотермальные источники энергии подразделяют на сухой горячий пар, влажный горячий пар и горячую воду. Скважину, которая является важным источником энергии для электрической железной дороге в Италии (близ г. Лардерелло), с 1904 г. питает сухой горячий пар. Два другие известные в мире места с горячей сухим паром - поле Мацукава в Японии и поле гейзеров возле Сан-Франциско, где также давно и эффективно используют геотермальную энергию. Больше всего в мире влажного горячего пара находится в Новой Зеландии (Вайракей), геотермальные поля чуть меньшей мощности - в Мексике, Японии, Сальвадоре, Никарагуа, России.
Таким образом, можно выделить четыре основных типа ресурсов геотермальной энергии:
поверхностное тепло земли, используемое тепловыми насосами;
энергетические ресурсы пара, горячей и теплой воды у поверхности земли, которые сейчас используются в производстве электрической энергии;
теплота, сосредоточенная глубоко под поверхностью земли (возможно, при отсутствии воды);
энергия магмы и теплота, которая накапливается под вулканами.

Запасы геотермальной теплоты (~ 8 * 1030Дж) в 35 млрд раз превышают годовое мировое потребление энергии. Лишь 1% геотермальной энергии земной коры (глубина 10 км) может дать количество энергии, в 500 раз превышающее все мировые запасы нефти и газа. Однако сегодня может быть использована лишь незначительная часть этих ресурсов, и это обусловлено, прежде всего, экономическими причинами. Начало промышленному освоению геотермальных ресурсов (энергии горячих глубинных вод и пара) было положено в 1916 году, когда в Италии ввели в эксплуатацию первую геотермальную электростанцию мощностью 7,5 МВт. За прошедшее время, накоплен немалый опыт в области практического освоения геотермальных энергоресурсов. Общая установленная мощность действующих геотермальных электростанций (ГеоТЭС) равнялась: 1975 г. - 1 278 МВт, в 1990 году - 7 300 МВт. Наибольшего прогресса в этом вопросе достигли США, Филиппины, Мексика, Италия, Япония.
Технико-экономические параметры ГеоТЭС изменяются в довольно широких пределах и зависят от геологических характеристик местности (глубины залегания, параметров рабочего тела, его состав и т.д.). Для большинства введенных в эксплуатацию ГеоТЭС себестоимость электроэнергии является подобной себестоимости электроэнергии, получаемой на угольных ТЭС, и составляет 1200 ... 2000 долл. США / МВт.
В Исландии 80% жилых домов обогревается с помощью горячей воды, добытой из геотермальных скважин под городом Рейкьявик. На западе США за счет геотермальных горячих вод обогревают около 180 домов и ферм. По мнению специалистов, между 1993 и 2000 гг глобальное выработки электричества с помощью геотермальной энергии выросло более чем вдвое. Запасов геотермального тепла в США существует так много, что оно может, теоретически, давать в 30 раз больше энергии, чем ее сейчас потребляет государство.
В перспективе возможно использование тепла магмы в тех районах, где она расположена близко к поверхности Земли, а также сухого тепла разогретых кристаллических пород. В последнем случае скважины бурят на несколько километров, закачивают вниз холодную воду, а обратно получают горячую.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Скотарев Иван Николаевич

студент 2 курса, кафедра физики СтГАУ, г. Ставрополь

Хащенко Андрей Александрович

научный руководитель, кан. физ.-мат. наук, доцент СтГАУ, г. Ставрополь

Сейчас человечество не сильно задумывается, что оно оставит будущим поколениям. Люди бездумно выкачивают и выкапывают полезные ископаемые. С каждым годом растёт население планеты, а следовательно увеличивается и потребность в ещё в большем количестве энергоносителей таких как газ, нефть и уголь. Продолжаться это долго не может. Поэтому сейчас помимо развития атомной промышленности становится актуальным использование альтернативных источников энергии. Одним из перспективных направлений в этой области является геотермальная энергетика.

Большая часть поверхности нашей планеты обладает значительными запасами геотермальной энергии вследствие значительной геологической деятельности: активной вулканической деятельности в начальные периоды развития нашей планеты а также и по сей день, радиоактивного распада, тектонических сдвигов и наличия участков магмы в земной коре. В некоторых местах нашей планеты скапливается особенно много геотермальной энергии. Это, например, различные долины гейзеров, вулканы, подземные скопления магмы, которые в свою очередь нагревают верхние породы.

Говоря простым языком геотермальная энергия - это энергия внутренних областей Земли. Например извержение вулканов наглядно свидетельствует об огромной температуре внутри планеты. Эта температура постепенно снижается от горячего внутреннего ядра до поверхности Земли (рисунок 1 ).

Рисунок 1. Температура в различных слоях земли

Геотермальная энергия всегда привлекала людей возможностями своего полезного применения. Ведь человек в процессе своего развития придумывал множество полезных технологий и во всём искал выгоду и прибыль. Так и произошло с углём, нефтью, газом, торфом и т. д.

Например, в некоторых географических районах использование геотермальных источников может существенно увеличить выработку энергии, так как геотермальные электростанции (ГеоТЭС) являются одним из наиболее дешевых альтернативных источников энергии, потому что в верхнем трехкилометровом слое Земли содержится свыше 1020 Дж теплоты, пригодной для выработки электроэнергии . Сама природа дает человеку в руки уникальный источник энергетики, необходимо только его использовать.

Всего сейчас насчитывается 5 типов источников геотермальной энергии:

1. Месторождения геотермального сухого пара.

2. Источники влажного пара. (смеси горячей воды и пара).

3. Месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду).

4. Сухие горячие скальные породы, разогретые магмой.

5. Магма (расплавленные горные породы нагретые до 1300 °С).

Магма передает свое тепло горным породам, причем с ростом глубины их температура повышается. По имеющимся данным, температура горных пород повышается в среднем на 1 °С на каждые 33 м глубины (геотермическая ступень). В мире имеется большое разнообразие температурных условий геотермальных источников энергии, которые будут определять технические средства для ее использования .

Геотермальная энергия может быть использована двумя основными способами - для выработки электроэнергии и для обогрева различных объектов. Геотермальное тепло можно преобразовывать в электричество, если температура теплоносителя достигает более 150 °С. Как раз использование внутренних областей Земли для отопления является наиболее выгодным и эффективным а так же очень доступным. Прямое геотермальное тепло в зависимости от температуры может использоваться для отопления зданий, теплиц, бассейнов, сушки сельскохозяйственных и рыбопродуктов, выпаривания растворов, выращивания рыбы, грибов и т. д. .

Все существующие на сегодняшний день геотермальные установки делятся на три типа:

1. станции, основой для работы которых являются месторождения сухого пара - это прямая схема.

Электростанции на сухом пару появились раньше всех. Для того чтобы получить требующуюся энергию пар пропускается через турбину или генератор (рисунок 2 ).

Рисунок 2. Геотермальная электростанция прямой схемы

2. станции с сепаратором, использующие месторождения горячей воды под давлением. Иногда для этого используется насос, который обеспечивает нужный объём поступающего энергоносителя - непрямая схема.

Это наиболее распространенный тип геотермальных станций в мире. Здесь воды закачиваются под высоким давлением в генераторные установки. Происходит накачивание гидротермального раствора в испаритель для снижения давления, в результате идёт испарение части раствора. Далее образовывается пар, который и заставляет работать турбину. Оставшаяся жидкость также может приносить пользу. Обычно её пропускают ещё через один испаритель и получить дополнительную мощность (рисунок 3 ).

Рисунок 3. Геотермальная электростанция непрямой схемы

Они характеризуются отсутствием взаимодействия генератора или турбины с паром или водой. Принцип их действия основан на разумном применении подземной воды умеренной температуры.

Обычно температура должна быть ниже двухсот градусов. Сам бинарный цикл заключается в использовании двух типов вод - горячей и умеренной. Оба потока пропускаются через теплообменник. Более горячая жидкость выпаривает более холодную, и образуемые вследствие этого процесса пары приводят в действие турбины , , .

Рисунок 4. Схема геотермальной электростанци с бинарным циклом

Что касается нашей страны геотермальная энергия занимает первое место по потенциальным возможностям ее использования из-за уникального ландшафта и природных условий. Найденные запасы геотермальных вод с температурой от 40 до 200 °С и глубиной залегания до 3500 м на её территории могут обеспечить получение примерно 14 млн. м3 горячей воды в сутки. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечено-Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, Казахстане, на Камчатке и в ряде других районов России. Например, в Дагестане уже длительное время термальные воды используются для теплоснабжения.

Первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Паужетском месторождении на полуострове Камчатка с целью электроснабжения окрестных поселков и рыбоперерабатывающих предприятий, что способствовало местному развитию. Местная геотермальная система может обеспечить энергией электростанции мощностью до 250-350 МВт. Но данный потенциал используется только на четверть .

Территория Курильских островов обладает уникальными и одновременно сложным ландшафтом. Электроснабжение находящихся там городов обходится большими сложностями: необходимость доставки на острова средств существования морским или воздушным путём, что достаточно затратно и занимает много времени. Геотермальные ресурсы островов на данный момент позволяют получать 230 МВт электроэнергии, что может обеспечить все потребности региона в энергетике, тепле, горячем водоснабжении.

На острове Итуруп найдены ресурсы двухфазного геотермального теплоносителя, мощности которого достаточно для удовлетворения энергопотребностей всего острова. На южном острове Кунашире действует ГеоЭс 2,6 МВт, которая используются для получения электроэнергии и теплоснабжения г. Южно-Курильска. Планируются строительство еще нескольких ГеоЭс суммарной мощностью 12-17 МВт .

Наиболее перспективными регионами для применения геотермальных источников в России являются юг России и Дальний Восток. Огромный потенциал геотермальной энергетики имеют Кавказ, Ставрополье, Краснодарский край.

Использование геотермальных вод в Центральной части России требует больших затрат из-за глубокого залегания термальных вод.

В Калининградской области в планах осуществление опытного проекта геотермального тепло- и электроснабжения города Светлый на базе бинарной ГеоЭс мощностью 4 МВт.

Геотермальная энергетика России ориентирована как на строительство крупных объектов, так и на использование геотермальной энергии для отдельных домов, школ, больниц, частных магазинов и других объектов с использованием геотермальных циркуляционных систем.

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.

В 1999 г. была пущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС (рисунок 5 ).

Рисунок 5. Верхне-Мутновская ГеоЭС

Она обладает мощностью 12 МВт (3х4 МВт) и является опытно-промышленной очередью Мутновской ГеоЭС проектной мощностью 200 МВт, создаваемой для электроснабжения промышленного района Петропавловск-Камчатска.

Но несмотря на большие плюсы в этом направлении присутствует и недостатки:

1. Главный из них заключается в необходимости закачки отработанной воды обратно в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что делает невозможным сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

2. Иногда действующая геотермальная электростанция может приостановиться в результате естественных изменений в земной коре.

3. Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и согласие жителей на ее возведение может быть проблематичным.

4. Строительство ГеоЭС может отрицательно повлиять на землю стабильности в окружающем регионе.

Большинство этих недостатков незначительны и в полнее решаемы .

Сегодня в мире люди не задумываются об последствиях своих решений. Ведь что они будут делать если закончатся нефть, газ и угол? Люди ведь привыкли жить в комфорте. Топить дома дровами они долго не смогут, потому что большому населению потребуется огромнейшее количество древесины, что само собой приведёт масштабной вырубке лесов и оставит мир без кислорода. Поэтому для того чтобы этого не произошло необходимо использовать доступные нам ресурсы экономно, но с максимальной эффективностью. Как раз одним из способов решения этой проблемы является развитие геотермальной энергетики. Конечно она имеет свои плюсы и минусы, но её развитие очень облегчит дальнейшее существование человечества и сыграет большую роль в дальнейшем его развитии.

Сейчас это направление не сильно популярно, потому что в мире господствует нефтяная и газовая промышленность и крупные компании не спешат вкладывать средства в развитие столь необходимой отрасли промышленности. Поэтому для дальнейшего прогрессирования геотермальной энергетики необходимы инвестиции и поддержка государства, без которой осуществить что либо в масштаб всей страны просто невозможно. Введение геотермальной энергетики в энергобаланс страны позволит:

1. повысить энергетическую безопасность, с другой - снизить вредное воздействие на экологическую обстановку по сравнению с традиционными источниками.

2. развить экономику, потому что высвободившиеся денежные средства можно будет вкладывать в другие отрасли промышленности, социальное развитие государства и т. д.

В последнее десятилетие использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии переживает в мире настоящий бум. Масштаб применения этих источников возрос в несколько раз. Она способна радикально и на наиболее экономической основе решить проблему энергоснабжения указанных районов, которые пользуются дорогим привозным топливом и находятся на грани энергетического кризиса, улучшить социальное положение населения этих районов и т. д. Как раз это мы и наблюдаем в странах Западной Европы (Германия, Франция, Великобритания), Северной Европы (Норвегия, Швеция, Финляндия, Исландия, Дания). Это объясняется тем что они обладают высоким экономическим развитием и очень сильно зависят от ископаемых ресурсов и поэтому главы этих государств вместе с бизнесом стараются минимизировать эту зависимость. В частности, странам Северной Европы развитию геотермальной энергетики благоприятствует наличие большого количества гейзеров и вулканов. Ведь не зря Исландию называют страной вулканов и гейзеров.

Сейчас человечество начинает понимать всю важность это отрасли и старается по мере возможностей её развивать. Применение большого ряда самых разнообразных технологий даёт возможность снизить потребление энергии на 40-60 % и одновременно обеспечить реальное экономическое развитие. А оставшиеся потребности в электроэнергии и тепле можно закрыть за счёт более эффективного её производства, за счёт восстановления, за счёт объединения выработки тепловой и электрической энергий, а так же за счёт использования возобновляемых ресурсов, что даёт возможность отказаться от некоторых видов электростанций и снижает эмиссию углекислого газа на примерно на 80 %.

Список литературы:

1.Баева А.Г., Москвичёва В.Н. Геотермальная энергия: проблемы, ресурсы, использование: изд. М.: СО АН СССР, Институт теплофизики, 1979. - 350 с.

2.Берман Э., Маврицкий Б.Ф. Геотермальная энергия: изд. М.: Мир, 1978 - 416 стр.

3.Геотермальная энергия. [Электронный ресурс] - Режим доступа - URL: http://ustoj.com/Energy_5.htm (дата обращения 29.08.2013).

4.Геотермальная энергетика России. [Электронный ресурс] - Режим доступа - URL: http://www.gisee.ru/articles/geothermic-energy/24511/ (дата обращения 07.09.2013).

5.Дворов И.М. Глубинное тепло Земли: изд. М.: Наука, 1972. - 208 с.

6.Энергетика. Материал из Википедии - свободной энциклопедии. [Электронный ресурс] - Режим доступа - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Геотермальная_энергетика (дата обращения 07.09.2013).

Стремительный рост энергопотребления, ограниченность невозобновляемых природных богатств, вынуждают задуматься об использовании альтернативных источников энергии. В этом отношении особого внимания заслуживает применение геотермальных ресурсов.

Геотермальные электростанции (ГеоЭС) – сооружения для получения электрической энергии за счет природного тепла Земли.

Геотермальная энергетика имеет более чем столетнюю историю. В июле 1904 года в итальянском городке Лардерелло был проведен первый эксперимент, позволивший получить электроэнергию из геотермального пара. А через несколько лет здесь же была запущена первая геотермальная электростанция, работающая до сих пор.

Перспективные территории

Для построения геотермальных электростанций идеальными считаются районы с геологической активностью, где естественное тепло находится на сравнительно небольшой глубине.

Сюда относятся области, изобилующие гейзерами, открытыми термальными источниками с водой, разогретой вулканами. Именно здесь геотермальная энергетика развивается наиболее активно.

Однако и в сейсмически неактивных районах имеются пласты земной коры, температура которых составляет более 100 °С.

На каждых 36 метрах глубины температурный показатель возрастает на 1 °С. В этом случае бурят скважину и закачивают туда воду.

На выходе получают кипяток и пар, которые можно использовать как для обогрева помещений, так и для производства электрической энергии.

Территорий, где можно таким образом получать энергию, много, поэтому геотермальные электростанции функционируют повсеместно.

Источники получения геотермальной энергии

Добыча естественного тепла может осуществляться из следующих источников.

Принципы работы геотермальных электростанций

Сегодня применяется три способа производства электричества с использованием геотермальных средств, зависящих от состояния среды (вода или пар) и температуры породы.

1. Прямой (использование сухого пара). Пар напрямую воздействует на турбину, питающую генератор.
2. Непрямой (применение водяного пара). Здесь используется гидротермальный раствор, который закачивается в испаритель. Полученное при снижении давления испарение приводит турбину в действие.
3. Смешанный, или бинарный. В этом случае используется гидротермальная вода и вспомогательная жидкость с низкой точкой кипения, например фреон, который закипает под воздействием горячей воды. Образовавшийся при этом пар от фреона крутит турбину, потом конденсируется и снова возвращается в теплообменник для нагрева. Образуется замкнутая система (контур), практически исключающая вредные выбросы в атмосферу.

Первые геотермальные электростанции работали на сухом пару.

Непрямой способ на сегодняшний день считается самым распространенным. Здесь используются подземные воды температурой около 182 °С, которые закачиваются в генераторы, расположенные на поверхности.

Достоинства ГеоЭС

• Запасы геотермальных ресурсов считаются возобновляемыми, практически неисчерпаемыми, но при одном условии : в нагнетательную скважину нельзя закачивать большое количество воды в короткий промежуток времени.
• Для работы станции не требуется внешнее топливо.
• Установка может работать автономно, на своем вырабатываемом электричестве. Внешний источник энергии необходим лишь для первого запуска насоса.
• Станция не требует дополнительных вложений, за исключением расходов на техническое обслуживание и ремонтные работы.
• Геотермальным электрическим станциям не нужны площади для санитарных зон.
• В случае расположения станции на морском или океаническом берегу, возможно ее использование для естественного опреснения воды. Этот процесс может происходить непосредственно в режиме работы станции – при разогреве воды и охлаждении водяного испарения.

Недостатки геотермальных установок

• Велики первоначальные вложения в разработку, проектирование и строительство геотермальных станций.
• Зачастую проблемы возникают в выборе подходящего места для размещения электростанции и получении разрешения властей и местных жителей.
• Через рабочую скважину возможны выбросы горючих и токсичных газов, минералов, которые содержатся в земной коре. Технологии на некоторых современных установках позволяют собирать эти выбросы и перерабатывать в топливо.
• Бывает, что действующая электростанция останавливается. Это может произойти вследствие естественных процессов в породе либо при чрезмерной закачке воды в скважину.

Крупнейшие производители геотермальной энергии

В США и на Филиппинах построены самые крупные ГеоЭС. Они представляют собой целые геотермальные комплексы, состоящие из десятков отдельных геотермальных станций.

Самым мощным считается комплекс «Гейзеры», расположенный в Калифорнии. Он состоит из 22 двух станций с суммарной мощностью 725 МВт, достаточной для обеспечения многомиллионного города.

• Мощность филиппинской электростанции «Макилинг-Банахау» составляет около 500 МВт.
• Еще одна филиппинская электростанция с названием «Тиви» имеет мощность 330 МВт.
• «Долина Империал» в США – комплекс из десяти геотермальных электростанций с совокупной мощностью 327 МВт.
• Хронология развития отечественной геотермальной энергетики

Российская геотермальная энергетика начала свое развитие с 1954 года, когда было принято решение о создании лаборатории по исследованию естественных тепловых ресурсов на Камчатке.

1. 1966 год – запущена Паужетская геотермальная электростанция с традиционным циклом (сухой пар) и мощностью 5 МВт. Через 15 лет ее мощность была доработана до 11 МВт.
2. В 1967 году начала функционировать Паратунская станция с бинарным циклом. Кстати, патент на уникальную технологию бинарного цикла, разработанный и запатентованный советскими учеными С. Кутателадзе и Л. Розенфельдом, был куплен многими странами.

Большие уровни добычи углеводородного сырья в 1970-е годы, критическая экономическая ситуация в 90-е годы остановили развитие геотермальной энергетики в России. Однако сейчас интерес к ней вновь появился по ряду причин:

• Цены на нефть и газ на внутреннем рынке становятся близкими к мировым.
• Запасы топлива стремительно истощаются.
• Вновь открытые месторождения углеводородов на дальневосточном шельфе и побережье Арктики в настоящее время малорентабельны.

Вам нравятся большие, мощные машины? Прочитайте интересную статью про .

Если вам нужно оборудование для дробления материалов – прочтите эту .

Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России

Наиболее перспективными областями Российской Федерации в части использования тепловой энергии для выработки электричества являются Курильские острова и Камчатка.

На Камчатке имеются такие потенциальные геотермальные ресурсы с вулканическими запасами парогидротерм и энергетических термальных вод, которые способны обеспечить потребность края на 100 лет. Многообещающим считается Мутновское месторождение, известные запасы которого могут предоставить до 300 МВт электричества. История освоения этой области началась с георазведки, оценки ресурсов, проектирования и строительства первых камчатских ГеоЭС (Паужетской и Паратунской), а также Верхне-Мутновской геотермальной станции мощностью 12 МВт и Мутновской, имеющей мощность 50 МВт.

На Курильских островах функционируют две электростанции, использующие геотермальную энергию – на острове Кунашир (2,6 МВт) и на острове Итуруп (6МВт).

В сравнении с энергетическими ресурсами отдельных филиппинских и американских ГеоЭС отечественные объекты производства альтернативной энергии проигрывают значительно: их суммарная мощность не превышает и 90 МВт. Но камчатские электростанции, к примеру, обеспечивают потребности региона в электричестве на 25 %, что в случае непредвиденных прекращений поставки топлива не позволит жителям полуострова остаться без электроэнергии.

В России имеются все возможности для разработки геотермальных ресурсов – как петротермальных, так и гидрогеотермальных. Однако используются они крайне мало, а перспективных областей более чем достаточно. Кроме Курил и Камчатки возможно практическое применение на Северном Кавказе, Западной Сибири, Приморье, Прибайкалье, Охотско-Чукотском вулканическом поясе.

Человек научился пользоваться энергией подземных бассейнов и горячей воды в земных недрах, проявляющейся в виде сернистых грязевых озер, гейзеров и фумарол в районах сейсмической и вулканической активности.

Основным источником геотермальной энергии является радиоактивный распад – остаточное тепло при формировании планеты. Геотермальные энергетические ресурсы подразделяются на сухой горячий пар, горячую воду и влажный горячий пар.

1. Поверхностную геотермальную энергию получают на глубине до 400 м. В связи с тем, что температура земной коры более стабильна, чем температура воздуха, это оптимальный источник охлаждения и отопления зданий. На глубине примерно 15 м в зависимости от геологических условий, температура верхних слоев земной коры подвержена сезонным колебаниям и влиянию солнечного излучения. Для использования поверхностной геотермальной энергии применяются геотермальные зонды, геотермальные коллекторы, энергетические сваи и другие контактирующие с грунтом бетонные блоки. Тепло, извлекаемое, с небольших глубин дополняется тепловыми насосами для снабжения домов теплом или горячей водой.
2. Источники влажного пара, горячей и тепловой воды у поверхности земли , используемые в настоящее время для выработки электрической энергии, при их использовании встает проблема коррозии металла оборудования и удаления конденсата из-за высокой степени его засоленности.
3. Теплота, сосредоточенная в глубинных нагретых полостях с небольшим или полным отсутствием воды называют энергетикой на основе сухой нагретой породы. Для размещения резервуара используют кристаллические или плотные осадочные породы на глубинах от 3 до 6 км с высокими температурами.
4. Магма , представляющая собой нагретые до 1300 о С расплавленные горные породы и теплота, накапливаемая под вулканами.

Всего 1% энергии земной коры, находящейся на глубине до 10 км может дать энергию, в 500 раз превышающую все мировые нефтегазовые запасы.

В связи, с экономическими причинами и с недостаточно большим опытом в разработке геотермальных ресурсов, а также в зависимости от геологических параметров расположения ресурсов: глубины залегания, параметров и состава рабочего тела, в настоящее время эти ресурсы используются достаточно мало.

В перспективе разработка использования магматического тепла, использование разогретых кристаллических пород, подразумевает бурение скважин на глубину нескольких километров с последующей закачкой холодной воды для ее нагрева.

Тепло в виде горячих источников и гейзеров может быть использовано для производства электроэнергии по различным схемам на геотермальных электростанциях (ГеоЭС).

Выработка электричества производится тремя способами:

1. Используя сухой пар для вращения турбины;
2. Использование перегретой воды, которая под давлением, выходит на поверхность, с последующим превращением в пар, который сепарируется в воду, направленную на вращение турбины, является наиболее легко выполнимой схемой.
3. Применение бинарного цикла, вращение турбины паром, полученным при нагреве рабочей жидкости (изобутана или фреона).

Из-за агрессивности воды ее невозможно использовать напрямую для вращения турбины поэтому используется пар, получаемый при парообразовании из водяного теплообменника. Природный пар служит для испарения воды, он не содержит кислот, и его можно безопасно использовать в турбине. Естественный же подземный пар конденсируется в испарителе, а из конденсата извлекают борную кислоту, или литий.

Главным достоинством геотермальной энергии является ее неиссякаемость и независимость от окружающей среды.

Существует возможность одновременного использования этого вида энергии как для выработки электроэнергии, так и для теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Использование геотермальной энергии имеет серьезные экологические последствия это тепловое, газовое, солевое загрязнение окружающей среды. Наличие в термальной воде солей токсичных металлов и различных химических соединений делает невозможным сброс воды в природные источники. При использовании термальных вод необходимым становиться обратная закачка отработанной воды в подземный водоносный горизонт.