В. Арутюнов - Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики

Геотермальная энергетика использует для производства электрической энергии энергию, содержащуюся в недрах земли. В вулканических районах вода, циркулирующая в подземных горизонтах, на относительно небольших глубинах перегревается выше температуры кипения и по трещинам поднимается к поверхности, иногда выходя в виде гейзеров. Доступ к подземным теплым водам возможен при помощи бурения скважин.

Более распространены сухие высокотемпературные породы, энергия из которых может быть получена 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. Геотермальные источники широко используются в энергетике и хозяйстве во многих странах: США, Исландии, Новой Зеландии, Италии, Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении и других.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика.

Рис. 46. Схема получения геотермальной энергии

Петротермальная энергетикасвязана с глубинными температурами Земли, средняя скорость повышения которых с глубиной – около 2,5 °C на каждые 100 метров. На глубине 5 км температура составляет примерно 125 °C, а на 10 км – около 250 °C. Добыча тепла производится посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода, которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара (рис. 46). Главная проблема данного вида энергетики на сегодня – рентабельность.

Гидротермальная энергетикаоснована на использовании природных источников перегретых подземных вод, которыми обладают многие вулканические зоны планеты, в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для этих целей. Высокотемпературное тепло вулканических районов и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии, а непосредственное устройство станции зависит от используемого источника геотермальной энергии.

Большие объемы подземных термальных вод имеются в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, а также в Казахстане. На 2006 г. в России было разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м 3/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). Сейчас геотермальная энергетика обеспечивает 30 % выработки электроэнергии на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мутновская ГеоЭС) (рис. 47).

Рис. 47. Мутновская ГеоЭС на Камчатке

Главная из проблем, возникающих при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиак, фенолы). Это исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Потенциальная суммарная мощность геотермальных электростанций мира уступает большинству типов станций на иных возобновляемых источниках энергии. Однако это направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые. Так как геотермальная энергия, в отличие от нефти и угля, не нуждается в переработке после добычи или транспортировке на большие расстояния, она обходится намного дешевле и более чистая с экологической точки зрения. В настоящее время геотермальное электричество производится в 24 странах.

На начало 1990-х годов установленная мощность геотермальных электростанций в мире составляла около 5 ГВт, на начало 2000-х – около 6 ГВт, а в 2010 году суммарная мощность геотермальных электростанций в мире выросла до 10,7 ГВт (табл. VII).

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВтч геотермальной электроэнергии. В 2010 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт. Наиболее мощная и известная группа геотермальных электростанций США находится на границе округов Сонома и Лейк в 116 км к северу от Сан-Франциско. Она носит название «Гейзерс» и состоит из 22 геотермальных электростанций с общей установленной мощностью 1517 МВт, на которые сейчас приходится четвертая часть всей производимой в Калифорнии альтернативной (не-гидро) электроэнергии. Как один из альтернативных источников энергии геотермальная электроэнергетика имеет в США особую правительственную поддержку, а американские компании, работающие в этой области, в настоящее время стремятся делать бизнес не только на территории США, но и за их пределами.

Геотермальная энергетика продолжает достаточно устойчиво развиваться, хотя и не такими быстрыми темпами, как солнечная и ветроэнергетика (рис. 48). Лидерами в ее развитии сейчас являются страны Азиатско-Тихоокеанского региона, на долю которых уже приходится 47,6 % производимой в мире геотермальной энергии. На Северную Америку приходится 42,3 %, а на Европу – 10 %. Однако несмотря на быстрые и устойчивые темпы развития геотермальной энергетики, существующей уже более ста лет, ее реальный потенциал слишком мал, чтобы внести существенный вклад в мировую энергетику.

Таблица VII. Установленная мощность геотермальных электростанций по странам мира

Рис. 48. Рост установленной мощности мировой геотермальной энергетики, МВт