Геотермальная энергетика

Геотермальные источники энергии.. С глубин Земли до 5 км может быть получено 4·10 кДж энергии. Это эквивалентно 1,4·10¹⁴ т. у. т. Считают, что запасы геотермальной энергии соизмеримы с ресурсами органических видов топлива на Земле.

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, ее недра будут оставаться горячими еще миллиарды лет, так как ядро Земли является источником энергии (предположительно из-за распада радиоак­тивных элементов). Подсчитано, что на глубине до 5км количество сосредоточенной теплоты многократно превышает энергию, заключенную во всех видах ископаемых энергоресурсов. 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 тела в энергетических установках (рис. 8.4) используют термальные воды или пароводяные смеси естественного происхождения. Потенциальные ресурсы естественных геотермальных источников на территории России эквивалентны 100 млн.т. условного топлива в год. Наиболее мощные естественные аккумуляторы тепловой энергии находятся на Камчатке, Сахалине и Курильских островах. Подсчитано, что их потенциал составляет 2 тыс. МВт, т.е. эквивалентен годовой экономии 4 млн. т. условного топлива (т.у.т.). На Камчатке, у реки Паужетки, на базе горячих подземных источников построена и эксплуатируется геотермальная электростанция (геоТЭС) мощностью 5 МВт. Аналогичные геоТЭС эксплуатируются в Италии и Японии, Исландии и Мексике, США и Новой Зеландии. На начало ХХI в. суммарная мощность всех ГеоТЭС мира составляет 17,6 млн кВт.

Чаще используют термальные воды неглубокого залегания с температурой 50-100°С. Так, скважина с суточным дебетом 1500м³ термальной воды с температурой 60°С, обеспечивает нужды в горячей воде поселка с населением 14 тыс. жителей. В северных широтах подземные термальные воды используются для отопления жилищ, для лечебных целей, для выращивания овощей и даже фруктов в специальных оранжереях.

В искусственных геотермальных источниках в качестве рабочего тела применяют жидкость или газ, которые по пробуренным 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 потому безводных пород. Примерно 3/5 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. Ведущие эти работы специалисты из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе полагают, что подобным образом можно получать тепловую энергию из земных недр практически в любом месте нашей планеты.

Эксперименты по использованию геотермической энергии с помощью закачки холодной воды в недра ведутся в Японии, Великобритании, Франции, в России. Разумеется, это лишь первые шаги в освоении огромных запасов тепловой энергии недр, когда задействована ничтожная доля того, что может быть извлечено в будущем. Пока наиболее перспективными с точки зрения извлечения подземного тепла представляются районы современного вулканизма. Сами вулканы являются грандиозными источниками горячей воды и пара и в периоды спокойной деятельности, и особенно при извержениях. Конечно, использовать энергию извергающегося вулкана сейчас практически невозможно. Однако уже сейчас реален захват буровыми скважинами перегретых вулканических паров в непосредственной близости от канала вулкана.

В США в штате Нью-Мексико на склоне недавно потухшего вулкана были пробурены две скважины. Для создания пористости и проницаемости разделяющие скважины горные породы были раздроблены контролируемыми взрывами. В Японии разработан проект, предусматривающий строительство на острове Иводзима геоТЭС, аналогичной американской, но использующей тепло действующего вулкана. Геотермика − новая ветвь энергетики, сулящая огромные перспективы. Электроэнергия геотермических станций, по крайней мере, в два раза дешевле энергии, вырабатываемой на гидроэлектростанциях, и во много раз дешевле энергии станций, работающих на твердом и жидком топливе.

В обозримом будущем новый шаг в использовании энергетики Земли будет заключаться в создании сети сверхглубоких скважин с погруженными в них «термобатареями». Перспективность этого направления подтверждается результатами сверхглубокого бурения на Кольском полуострове. Такая сеть сможет дать практически неограниченное количество «чистой» энергии, рожденной только внутренним теплом Земли и не загрязняющей природу на земной поверхности, т.е. без золоотвалов, выбросов двуокиси углерода, кислотных дождей, могильников радиоактивных отходов − этих обязательных последствий работы электростанций на ископаемых типах топлива. Геотермальная энергия частично уже используется у нас в стране, в Исландии, Италии, Новой Зеландии, Мексике, Японии и др.

Значительные энергетические ресурсы заключены в залежах битуминозных пород и высоковязкой нефти. Ресурсы жидкого топлива, которое содержится в залежах горючих сланцев и высоковязкой нефти, эквивалентны 580-590 млрд. т нефти.

Значительным резервом энергетических ресурсов является повышение нефтеотдачи пластов от 25-30% в настоящее время до 40%-в будущем. (Это равнозначно запасам Ближнего и Среднего Востока).

К нетрадиционным ресурсам жидкого топлива относятся запасы нефти в районах континентального шельфа с большими глубинами воды и в полярных зонах. По экспертным данным освоение этих ресурсов может дать 200-300 млрд. т нефти.

Ожидается, что в перспективе поставка энергии за счет НВИЭ возрастет до 790-840 млн. т и составит 11 -12% поставок первичной энергии. Изменится и долевое участие отдельных видов НВИЭ: доля гидроэнергии сократится до 33%, торфа − до 1,5%, древесины и геотермальной сохранится на уровне 29,5 и 2%, доля горючих сланцев возрастет до 8%, битуминозных песчаников − до 4%, пассивного использования солнечной энергии − до 10%, нелесной биомассы − до 12%.

Основная причина, сдерживающая широкое использование НВЭР, значительные издержки производства по освоению этих ресурсов.