отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

Геотермальная энергия и ее использование, перспективы геотермальной энергетики

Внутри Земли содержится огромная тепловая энергия. Оценки здесь пока довольно разные, но по самым скромным подсчетам, если ограничиться глубиной 3 км, то из этого слоя может быть извлечено 8 х 10 17 кДж геотермальной энергии. В то же время масштабы ее реального применения у нас в стране и во всем мире незначительны. В чем здесь дело и каковы перспективы использования геотермальной энергетики?

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

Геотермальная энергия — энергия тепла Земли. Энергия, выделяемая из естественного тепла Земли, называется геотермальной энергией. В качестве источника энергии, тепло Земли, в сочетании с уже имеющимися технологиями, могло бы обеспечить потребности человечества на долгие-долгие годы. И это даже не касаясь тепла, находящегося слишком глубоко, в недосягаемых пока областях.

Миллионы лет из недр нашей планеты выделяется это тепло, причем скорость остывания ядра не превышает 400 °C за миллиард лет! При этом температура ядра Земли, по разным данным, составляет на данный момент не менее чем 6650 °C, и постепенно уменьшается по направлению к ее поверхности. 42 триллиона ватт тепла постоянно выделяются Землей, лишь 2% от которых приходятся на кору.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

Внутренняя тепловая энергия Земли то и дело грозно проявляется в форме извержений тысяч вулканов, землетрясений, движений земной коры и других, менее заметных, но от того не менее глобальных, природных процессов.

Научная точка зрения на причины данного явления, заключается в том, что происхождение тепла Земли связано с постоянно идущим процессом радиоактивного распада урана, тория и калия в недрах планеты, а также с гравитационной сепарацией вещества в ее ядре.

Гранитный слой земной коры, на глубине от 20000 метров, является основной областью радиоактивного распада на континентах, а для океанов наиболее активным слоем является верхняя мантия. Ученые считают, что на континентах, на глубине порядка 10000 метров, температура подошвы коры составляет около 700 °C, тогда как в океанах температура достигает лишь 200 °C.

Два процента геотермальной энергии, приходящихся на земную кору, постоянно составляют 840 миллиардов ватт, и это технологически доступная энергия. Наилучшие места для извлечения этой энергии — области близ краев континентальных плит, где кора значительно тоньше, а также районы сейсмической и вулканической активности — где земное тепло проявляет себя очень близко к поверхности.

Где и в каком виде проявляется геотермальная энергия

На данный момент освоением геотермальной энергии активно занимаются: США, Исландия, Новая Зеландия, Филиппины, Италия, Сальвадор, Венгрия, Япония, Россия, Мексика, Кения и другие страны, где тепло из недр планеты поднимается к поверхности в форме пара и горячей воды, вырывающихся наружу, при температурах достигающих 300 °С.

В качестве ярких примеров можно привести знаменитые гейзеры Исландии и Камчатки, а также известный Йеллоустонский национальный парк, расположенный на территории американских штатов Вайоминг, Монтана и Айдахо, занимающий площадь почти в 9000 квадратных километров.

Говоря о геотермальной энергии, очень важно помнить, что в основном она является низкопотенциальной, то есть температура воды или пара, выходящих из скважины, невысока. А это существенно сказывается на эффективности применения такой энергии.

Дело в том, что для производства электроэнергии сегодня экономически целесообразно иметь температуру теплоносителя не ниже 150 °С. В этом случае он направляется непосредственно в турбину.

Есть установки, использующие воду более низкой температуры. В них геотермальная вода нагревает теплоноситель второго контура (например, фреон), имеющий низкую температуру кипения. Образовавшийся пар вращает турбину. Но мощности подобных установок невелики (10 — 100 кВт), а потому стоимость энергии будет выше, чем на электростанциях, использующих воду с высокой температурой.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

ГеоЭС в Новой Зеландии

Геотермальные месторождения — это пористые породы, заполненные горячей водой. По существу — они представляют собой природные геотермальные котлы.

А что если воду, отработавшую на поверхности земли, не сбрасывать, а возвращать в котел? Создать циркуляционную систему? В этом случае будет использоваться не только теплота термальной воды, но и окружающих горных пород. Такая система позволит увеличить общее ее количество в 4—5 раз. Снимается вопрос о загрязнении окружающей среды минерализованными водами, поскольку они возвращаются в подземный горизонт.

В форме горячей воды или пара тепло доставляется на поверхность, где используется либо напрямую для обогрева зданий и домов, либо для генерации электрической энергии. Кроме того полезно и поверхностное тепло Земли, до которого добираются, как правило, путем бурения скважин, где градиент возрастает на 1 °C с каждыми 36 метрами.

Для освоения этого тепла используются тепловые насосы. Горячая вода и пар служат для генерации электроэнергии и для отопления напрямую, а теплота сосредоточенная глубоко в отсутствии воды — преобразуется в полезный вид тепловыми насосами. Энергия магмы и теплота которая накапливается под вулканами, — извлекаются аналогичными путями.

Вообще, существует ряд стандартных способов получения электроэнергии на геотермальных электростанциях, но опять же — либо напрямую, либо по схеме похожей на тепловой насос.

В простейшем случае пар просто направляется через трубопровод на турбину электрогенератора. В усложненной схеме — пар предварительно очищается, чтобы растворенные вещества не разрушали трубы. В смешанной схеме — растворенные в воде газы устраняют после конденсации пара в воду.

Наконец, существует бинарная схема, где теплоносителем (для забора тепла и для вращения турбины генератора) выступает другая жидкость с низкой температурой кипения (схема с теплообменником).

Наиболее перспективными считаются вакуум-водяные и хлористо-литиевые абсорбционные тепловые насосы. Первые повышают температуру термальной воды за счет расхода электроэнергии в вакуум-водяном насосе.

Вода из скважины с температурой 60 — 90 °С поступает в вакуумный испаритель. Образовавшийся пар сжимается турбокомпрессором. Давление выбирается в зависимости от того, какая требуется температура теплоносителя.

Если вода идет непосредственно в систему отопления, то это 90 — 95 °С, если в тепловые районные сети, то 120 — 140 °С. В конденсаторе сжатый пар отдает свое тепло воде, циркулирующей в городских тепловых сетях, системах отопления и горячего водоснабжения.

Какие еще существуют варианты, чтобы расширить масштабы применения геотермальной энергетики?

Одно из направлений связано с использованием в значительной мере выработанных нефтяных и газовых месторождений.

Как известно, добыча этого сырья в старых месторождениях ведется методом заводнения, то есть в скважины закачивается вода, которая вытесняет нефть и газ из пор коллектора.

По мере выработки пористые коллекторы заполняются водой, приобретающей температуру окружающих горных пород, и таким образом месторождения превращаются в геотермальный котел, откуда одновременно можно добыть нефть и получать воду для теплоснабжения.

Конечно, приходится бурить дополнительные скважины и создавать циркуляционную систему, но это обойдется значительно дешевле, чем при освоении нового геотермального месторождения.

Еще один вариант — отбор тепла от сухих пород с помощью образования искусственных проницаемых зон. Суть метода в том, чтобы создать с помощью взрывов в сухих породах пористость.

Извлечение теплоты из таких систем ведется следующим образом: на определенном расстоянии друг от друга бурятся две скважины. В одну закачивается вода, которая, двигаясь ко второй по образовавшимся порам и трещинам, отбирает от пород тепло, нагревается, а затем поднимается на поверхность.

Такие опытные системы уже действуют в США и Англии. В Лос-Аламосе (США) две скважины — одна глубиной 2700 м, а другая — 2300 м соединены при помощи гидроразрыва и заполнены циркулирующей водой, нагревающейся до температуры 185 °С. В Англии на карьере Розмениуз вода нагревается до 80 °С.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

Тепло планеты как энергетический ресурс

Возле итальянского города Ларедерелло проходит электрическая железная дорога, источником электроэнергии для которой служит сухой пар из скважины. Система работает с 1904 года.

Поля гейзеров в Японии и в Сан-Франциско — два других известных места в мире, где также используется сухой горячий пар для генерации электроэнергии. Что касается влажного пара, то более обширные его поля — в Новой Зеландии, и меньшие по площади — в Японии, России, Сальвадоре, Мексике, Никарагуа.

Если рассмотреть геотермальную теплоту как энергетический ресурс, то его запасы в десятки миллиардов раз превышают годовое потребление энергии человечеством во всем мире.

Всего 1% тепловой энергии земной коры, взятой с глубины в 10000 метров, хватило бы чтобы перекрыть в сотни раз запасы ископаемого топлива, такого как нефть и газ, непрерывно добываемых человечеством, что приводит к необратимому истощению недр и к загрязнению окружающей среды.

Виной всему экономические причины. А ведь геотермальным электростанциям свойственен весьма умеренный уровень выбросов углекислого газа, примерно 122 кг на мегаватт-час полученной электроэнергии, что значительно меньше выбросов, имеющих место при производстве электроэнергии с использованием ископаемого топлива.

Промышленные ГеоЭС и перспективы геотермальной энергетики

Первая промышленная ГеоЭС мощностью 7,5 МВт была построена в 1916 году в Италии. С тех пор накоплен бесценный опыт.

По состоянию на 1975 год общая установленная мощность ГеоЭС в мире составляла 1278 МВт, а в 1990 уже 7300 МВт. Наибольшие объемы освоения геотермальной энергии приходятся на США, Мексику, Японию, Филиппины и Италию.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

Первая ГеоЭС на территории СССР была возведена на Камчатке в 1966 году, ее мощность составила 12 МВт.

Начиная с 2003 года в России работает Мутновская ГеоЭС, мощность которой сейчас составляет 50 МВт — это самая мощная в России ГеоЭС на данный момент.

Крупнейшей в мире ГеоЭС является Olkaria IV в Кении, ее мощность составляет 140 МВт.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

В перспективе видится весьма вероятным использование тепловой энергии магмы в тех регионах планеты, где она находится не слишком глубоко под поверхностью Земли, а также тепловой энергии разогретых кристаллических пород, когда в выбуренную скважину глубиной в несколько километров закачивают холодную воду, а на поверхность возвращают горячую воду или пар, а дальше получают отопление или генерацию электроэнергии.

Возникает вопрос — почему на данный момент так мало реализованных проектов использования геотермальной энергии? Прежде всего потому, что они размещены в благоприятных местах, где вода либо сама изливается на поверхность земли, либо расположена весьма неглубоко. В таких случаях не нужно бурить глубокие скважины, а ведь именно они — самая дорогостоящая часть освоения геотермальной энергии.

Масштабы использования термальных вод для теплоснабжения значительно больше, чем для производства электроэнергии, однако и они пока малы и не играют значительной роли в энергетике.

Г еотермальная энергетика делает лишь первые шаги и проводящиеся исследования, опытно-промышленные работы должны дать ответ о масштабах ее дальнейшего развития.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Геотермальная энергетика: как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии

Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.

Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.

Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.

Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.

Немного о тепле Земли

Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1

Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.

Виды геотермальных электростанций

В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.

Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy

Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.

Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy

Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
Упрощенная схема петротермальной электростанции

Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.

Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.

В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.

Преимущества геотермальной энергетики

Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.

Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.

Стабильность. Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.

Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.

Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.

Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.

Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.

Недостатки геотермальной энергетики

Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
Результат воздействия геотермальной воды на металлы.

При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.

Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.

Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3

Где всё это работает и насколько это перспективно

По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.

Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидеров по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.

Первая геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Она вырабатывала 23,5 МВт, а турбину и генератор для неё произвела Toshiba. В 2010-х годах геотермальная энергия стала наиболее востребованной в странах Африки, где началось активное заключение контрактов и строительство ГеоТЭС. В 2015 году в Кении была открыта станция Olkaria IV, одна из четырёх, находящаяся в зоне Олкария в 120 км от Найроби, с мощностью 140 МВт. С ее помощью правительство снижает зависимость от гидроэлектростанций, сброс воды из которых часто приводит к разрушительным наводнениям.

отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Смотреть картинку отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Картинка про отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии. Фото отрасль энергетики основанная на преобразовании энергии недр земли в форму энергии
ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba

ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.

В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.

Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.

Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.

На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *