Геотермальная энергетика

Среди возобновляемых энергетических источников одним из наиболее перспективных и экологически безопасных представляется геотермальная энергия, получаемая за счет использования природного тепла земных недр. Несмотря на постоянные потери теплоты, Земля остывает очень медленно, её недра будут оставаться горячими ещё миллиарды лет, так как ядро земли является источником энергии распада радиоактивных элементов.

Специалистами подсчитано, что на глубине 5 км количество сосредоточенной теплоты многократно превышает энергию, заключенную во всех ископаемых энергоресурсах. Глубинное тепло можно использовать для выработки электроэнергии, отопления, горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий, разнообразных технологических нужд.

Различают геотермальные источники с естественными и искусственными теплоносителями. В первом случае в качестве рабочего тепла в энергетических установках используют термальные воды или пароводяные смеси естественного происхождения. Прогнозные эксплуатационные ресурсы термальных (теплоэнергетических) вод в РФ (85 млн. м³ в год) эквиваленты 130–140 млн условного топлива. Выявлено 67 месторождений термальных вод и пароводяных смесей. Запасы парогидротерм Курило-Камчатского региона могут обеспечить работу геотермальных ТЭС с суммарной мощностью 100 МВт (рис. 5.13). Термальные подземные воды используются также в лечебных целях.

Паужетское геотермальное месторождение расположено на юге полуострова Камчатка, в долине реки Паужетка. Площадь около 6 км². Единый водоносный комплекс трещинных высоконагретых вод отделен от холодных поверхностных вод толщей туфов ранее четвертичного возраста. Максимальная температура воды +228⁰С. Вода азотно-гидрокарбонатно-хлоридно-натриевая с минерализацией 2,5–3,5 г/л. Содержание пара и пароводяной смеси 10–12 %. На базе месторождения действуют 2 ГеоТЭС (БРЭ, 2004).

Рис. 5.13. Общий вид геотермальной электростанции

Наиболее мощные естественные аккумуляторы тепловой энергии недр находятся на Камчатке, Сахалине и Курильских островах. Учеными посчитано, что их потенциал равен 2 тыс. МВт, что эквивалентно годовой экономии 4 млн т условного топлива. На Камчатке, на базе горячих подземных источников, построена и эксплуатируется геотермальная электростанция (ГеоТЭС) мощностью 5 МВт. Аналогичные ГеоТЭС построены и эксплуатируются в Италии, Японии, Мексике, США и Новой Зеландии, их суммарная мощность составляет 17,6 МВт (рис. 5.14). В северных широтах подземные термальные воды используются для отопления жилищ, в лечебных целях, а также для выращивания овощей и даже фруктов в специальных оранжереях.

Рис. 5.14. Общий вид геотермальной электростанции

За двадцать лет, с 1979 по 2000 гг., в мире установленная мощность ГеоТЭС увеличилась в 11,4 раза. Среднегодовой прирост мощности ГеоТЭС за это время составил 9 %.

В искусственных геотермальных источниках в качестве рабочего тепла применяют жидкость или газ, которые по скважинам циркулируют в толще горных пород, имеющих высокие температуры. В США уже несколько лет ведутся эксперименты по закачке холодной воды в скважины, пробуренные до глубины 4 км в зону горячих, но трещиноватых и поэтому безводных пород. Примерно три пятых закачиваемой воды через другие скважины поступает на поверхность, но уже в виде горячего пара. Этот пар может не только вырабатывать электроэнергию, приводя в движение турбины, но и использоваться для центрального отопления. По утверждению американских ученых (из национальной лаборатории в Лос-Аламосе), подобным образом можно получать тепловую энергию из земных недр практически в любом месте земного шара.

Геотермальная энергетика – это новое направление энергетики, которое имеет огромные возможности. Электроэнергетика геотермальных станций, по крайней мере, в два раза дешевле энергии, вырабатываемой на гидроэлектростанциях и во много раз дешевле энергии станций, работающих на твердом топливе.

Новый шаг в использовании энергетики Земли будет заключаться в создании сети сверхглубинных скважин с погруженными в них «термобатареями». Перспективность этого направления подтверждается результатами сверхглубинного бурения (10 км) на Кольском полуострове, в штате Техас – 9,85 км, на Украине – 7 км. Такая сеть сможет дать практически неограниченное количество «чистой» энергии, рожденной только внутренним теплом Земли и не загрязняющей биосферу, то есть без золоотвалов, выбросов диоксида углерода, кислых дождей, могильников радиоактивных отходов, – обязательных последствий работы электростанций на ископаемых топливах.