Геотермальная энергия: плюсы и минусы. Геотермальные источники энергии

Кто не мечтает хотя бы раз в жизни найти клад. И мало кто подозревает, что драгоценные ресурсы находятся прямо у нас под ногами. Мы владеем величайшим богатством – геотермальной энергией.

Вы видели когда-нибудь гейзер?

ДаНет

Геотермальная энергия – тепло, исходящее из земли, это естественный, возобновляемый ресурс для производства электричества. Тепло Земли по объемам неисчерпаемо, оно в миллионы раз превышает все энергетические ресурсы вместе взятые.

Даже 1% энергии Земли заменяет не одну сотню электрических станций. Осталось только научиться использовать ее.

Геотермальная энергия – одна из самых перспективных в мире.

Характеристики запасов тепла Земли

Характеристика запасовЧисленное значение

Даже один процент данной мощности приравнивается к не одной сотне электростанций. Но низкая плотность теплового потока затрудняет сбор и переработку этой энергии.

Расчеты

Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:

• температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
• значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
• влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.

Интересное Отходы сахарного производства: жом, меласса, фильтрационный осадок
Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м, а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год. Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине. Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.

Классификация геотермальной энергии

Главный источник получения геотермальной энергии — это тепловой поток недр планеты, который направлен к поверхности. Эта теплота вырабатывается за счет химических реакций, радиоактивных распадов и трений ядра. Геотермальную теплоту можно получить различными способами.

Типы используемых ресурсов

Для добычи геотермальной энергии используют следующие типы ресурсов:

• тепло поверхности планеты на расстоянии до сотен метров к ядру;
• гидротермальные (природные резервуары с водой) и парогидротермальные (места появления пара и смеси водяного пара) системы;
• энергия от сухой горной породы (петротермальная);
• магма.

Гидротермальная энергетика
Этот вид энергетики направлен на производство электроэнергии из теплоты подземных вод. Источники теплоты бывают следующими:

• водяные — для существования необходим пласт горной породы для передачи тепла, при этом давление выше атмосферного;
• пароводяные — между двумя пластами находится вода, через нижний происходит передача теплоты, а верхний слой не дает воде просочиться наружу, для получения теплоты нужно высвободить воду или пар, для этого нужно бурить скважину;
• паровые — схема работы аналогичная с предыдущим, но при этом тепло переносит только пар.

Петротермальная энергетика
Этот вид энергетики занимается добычей электричества через подземное тепло от горячей горной породы. Однако этот вид энергетики менее распространен: для производства энергии необходима нагретая порода, которая даже в областях с высокой температурой залегает на глубине не менее двух километров.

Способы извлечения ресурсов

Для получения энергии задействуют один из способов:

• традиционный; фонтанный — благодаря давлению в земле происходит самоизливание ресурса;
• насосный — способ применяется, когда образование фонтана невозможно;

Основные сферы применения энергии

Геотермальная энергетика применяется все шире, хоть и не является ключевым для всей энергетики. В силу специфики добычи геотермальная энергия используется в следующих случаях.

Использование в промышленности

Промышленность — это та сфера, которой необходим такой источник энергии, который не будет зависеть от внешних факторов, таких как время суток. Это способна обеспечить геотермальная энергетика, поэтому промышленность является одним из главных потребителей этого вида энергии. В крупных масштабах добыча производится в Исландии, Новой Зеландии, России, Соединенных Штатах Америки и так далее.

Применение в сельском хозяйстве

В хозяйстве геотермальная энергия может использоваться для обогрева растений в оранжерее или теплице, для полива культур, а также для обеспечения отопления комплексов, ответственных за содержание животных и птиц. Однако эксплуатация также зависит от состава воды. Применение этого вида энергетики в сельском хозяйстве наблюдается в Греции, Мексике, Кении, Израиле, Гватемале.

Для отопления домов

Добывать геотермальную энергию в небольших объемах можно самостоятельно и организовывать в качестве централизованного или частного отопления. Например, в частных домах такие системы действуют автономно.

Реализуется принцип работы как у кондиционера, настроенного на обогрев помещения. Но кондиционер перестает работать, если температура за окном ниже 5 градусов Цельсия, но это не является преградой для геотермальной системы.

В недрах нужно установить коллекторы, по ним будет течь антифриз, поглощающий теплоту и возвращающий в отапливоемое помещение. Расходы при этом составляют только монтаж и само оборудование.

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.

Геотермальные электростанции

Температура тем выше, чем глубже буровая скважина. Однако в сейсмически опасных зонах температура при погружении в скважину поднимается быстрее в силу разрыва тектонических плит. Высокое значение геотермического градиента удешевляет добычу энергию, так как приходится бурить не так глубоко. Лучший вариант — гейзеры, у которых воды на поверхности и так достигают необходимой температуры.

Устройство и конструкция

Схему электростанции можно представить так: воду закачивают в недры Земли, жидкость, просачиваясь в трещины, нагревается до появления водяного пара, а после поднимается по второй скважине, расположенной параллельно.

Нагревшуюся воду доставляют на станцию, энергию перерабатывают в элетрическую с помощью генератора и турбин.

По устройству эти электростанции бывают:

• на парогидротермах — для добычи энергии эксплуатируют нагретую еще в природе воду;
• двухконтурная на водяном паре — специальный парогенератор создает дополнительный пар.

Принцип работы

В геотермальной энергетике используется несколько способов работы.

• Прямой способ. Для этого метода берут сухой пар, который поступает через турбину;
• Непрямой способ. Метод подразумевает работу с водяным паром при температуре выше 180 градусов Цельсия. Вызываемое давление заставляет воду течь через скважину, а последующее его уменьшение приводит к образованию пара в турбине. Остатки водного ресурса стекает обратно в скважину;
• Бинарный (смешанный) способ. Воды применяют с дополнительной жидкостью, к примеру, хладагентом.

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.

Крупные источники энергоресурса

Главный производитель геотермальной теплоты — Исландия, на долю которой приходится 30% мировой энергии. На второе место выходят Филиппины с показателем 27% от международного значения. Коста-Рика и Сальвадор производят 14 процентов, занимая третье место. На долю Кении приходится 11,2 процента, а на Никарагуа — 10 процентов.

В России перспективными регионами для добычи геотермальной энергии являются юг и Дальний Восток. На юге для разведывания вод с температурным диапазоном 70-126 градусов Цельсия подходит любая точке области.

Например, в Дагестане 30% жилого фонда обеспечиваются геотермальной энергией, хотя специалисты считают, что значение можно поднять до 70%. В Чеченской республике была заготовлена почва для добычи теплоты, но война временно прервала работу над этим.

ТОП-5 известных курортов с термальными водами

Гидротермальные источники, богатые полезными минеральными веществами, пользуются популярностью во всём мире. Самыми известными являются:

1. Голубая лагуна (Исландия).Является своеобразным символом Исландии, лидирует по посещению туристами – до 300 тысяч человек в год. Отличается повышенной температурой, которая в некоторых местах достигает 1000С. Термальное озеро образовалось на месте электростанции, работавшей до 1999 года.

2. Кусацу-Онсен (Япония).Лечебные свойства горячего источника были изучены ещё в позапрошлом веке. Вода, поступающая из-под земли, лечит насморк, отравление, расстройства пищеварительной системы, снижает давление, нормализует сон и успокаивает нервную систему. Японцы говорят, что купание в горячих источниках способствует долголетию.

3. Ареналь (Коста-Рика).Ареналь – это район действующего вулкана в центральной части Коста-Рики. Вода в источнике отличается тем, что не имеет неприятного запаха, содержит небольшое количество сульфатов и представляет собой дождевую воду, впитавшуюся в землю и нагретую там.

4. Горячие источники Тюмени (Россия).На территории Тюменской области расположено множество геотермальных источников. Многие из них оборудованы бассейнами с фонтанами. Вода имеет лечебные свойства, отличается рыжеватым оттенком.

5. Озеро Хевиз (Венгрия).Самый большой по площади геотермальный источник – 4,7 га. На берегу расположен круглогодичный курорт, куда приезжают поправить здоровье отдыхающие со всех уголков планеты. Здесь лечат заболевания опорно-двигательного аппарата, сердца и сосудов, гинекологические заболевания. Озеро имеет особенность обновляться каждые 28 часов, что способствует поддержанию постоянной температуры воды.

Современное использование геотермальной энергии

Суммарная мощность геотермальных систем в мире меньше, чем мощность других возобновляемых систем. Несмотря на это геотермальная энергетика получает большое развитие, особенно в районах, где нет топлива либо оно дорогое.
ГодМировая мощность геотермальных станций

В России

В России сейчас есть три действующих электростанции.

Мутновская геотермальная энергетическая станция насчитывает мощность 50 Мегаватт,сейчас составляет 30%. Для увеличения мощности монтируется бинарный блок на 13 мегаватт.

Верхне-мутновская геотермальная электростанция обладает мощностью в 12 мегаватт, а выработкой в размере 65 миллионов киловатт*час. Работает в комплексе с предыдущей электростанцией.

Паужетская геотермальная электростанция также обладает 12 мегаватт мощности. Сейчас не введён в эксплуатацию.

В мире

Картина современного пользования геотермальной теплотой выглядит так:

• США. Штаты выделяются как крупнейший производитель геотермальной теплоты. Самая мощная группа станций расположена между Сономой и Лейком и носит название “Гейзерс”. Геотермальная энергетика в стране получает господдержку;
• Филиппины. В 2003 году мощность станций составляла 1930 Мегаватт;
• Мексика. Установленная мощность этого государства — 953 мегаватт. А Серро Прието при этом производит 750 Мегаватт;
• Италия. Общая мощность на начало тысячелетия для страны — 790 мегаватт;
• Исландия. В стране работают пять теплофикационных электростанций, одна из которых содержит Рейкьявик;
• Кения. В 2005 общая мощность была 160 мегаватт;
• Япония. В стране по данным прошлого десятилетия есть информация, что Япония также пытается улучшить экологию посредством введения альтернативных источников энергии, хоть и геотермальная энергия занимает малую долю.

Перспективы развития геотермальной энергетики

0,5 процентов (8,5 гигаватт) — столько сейчас составляет геотермальная энергия от всей остальной в мире, хотя и могут достигать по мощности 50% от международной энергетики. На глубине от трех до пяти километров сконцентрировалась энергия, которая могла бы обеспечить всем необходимым человечество на тысячелетия. Каждый год потенциал геотермических ресурсов растёт на два-три процента.

В России геотермальная энергетика не может стать ведущей отрасль, так как источники ресурсов в стране не подходят для признания этого вида основным. Однако развитие в этом направлением является приоритетным.

Немного истории

Идею использовать собранный пар геотермальных источников впервые высказал в начале XIX века французский инженер и предприниматель Франсуа де Лардерель.

Первая в мире ГеоЭС в Лардерелло

Спустя почти 100 лет, в 1904 году итальянский бизнесмен Пьеро Конти впервые в городке Лардерелло испытал геотермальный генератор. Там же через семь лет была запущена первая в мире геотермальная электростанция (ГеоЭС), работающая, кстати, по сегодняшний день.

Пьеро Конти и его геотермальный генератор

Экономический потенциал геоэнергетики

Геотермальная зона, Исландия

Запасы, которые были разведаны учёными, на глубине 3,5 километра при температуре вод от 40 градусов Цельсия до 200 градусов способны дать 14 миллионов кубических метров горячей воды. Это равно 30 миллионам тонн условного топлива. Геотермальный ресурс превосходит топливный в 10-15 раз.

Больше половины территории РФ обладает хорошим потенциалом для развития геотермальной электроэнергии. Экономическая выгода Геотермальный энергетики видна на примере: в Паужете тарифы не колеблются, они постоянные вне зависимости от погоды и времени дня.

Плюсы и минусы данного источника энергии

У геотермальной энергии есть два главных плюса: неиссякаемость, а также независимость от внешних факторов. Коэффициент установленной мощности способен доходить до 80 процентов. Однако нельзя не отметить следующие недостатки:

• Экономическое значение скважин. Для преобразования теплоты необходимо, чтобы температурное значение воды было достаточным. Для этого бурят скважины глубже. Но так как температурный градиент чаще всего маленький, приходится бурить минимум километр в длину, что экономически не выгодно;
• Экологичность. Эксплуатация подземных вод проблематична, так как в ней содержатся соединения токсиных элементов (металлов и неметаллов), поэтому сбрасывать её бездумно на поверхность нельзя, её нужно пернкачивать обратно. Это также важно для поддержания водоносящих пластов;
• Провокация землетрясений. Деятельность по добычелектричества в сейсмически опасной зоне может привести к землетрясение. Например, как в Пхохане в 2022 году.