как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс / Toshiba corporate blog / Habr

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.

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.

Гидротермальная станция

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.

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.

ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy

Петротермальная станция

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.

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.

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.

Высокая стоимость за киловатт. Несмотря на относительную простоту конструкции ГеоТЭС, первичные вложения в их строительство немалые. Много средств уходит на геологоразведку и анализ, в результате чего себестоимость геотермальных станций колеблется на уровне $2800/кВт установленной мощности. Для сравнения: ТЭС — $1000/кВт, ветряки — $1600/кВт, солнечная электростанция — $1800-2000/кВт, АЭС — около $6000/кВт. Причём для ГеоТЭС приведена усреднённая стоимость, которая может сильно варьироваться в зависимости от страны, рельефа, химического состава пара и глубины бурения.

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.

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.

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.

Геотермальная электростанция — Википедия

Геотерма́льная электроста́нция (ГеоЭС или ГеоТЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров).

Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 °C каждые 36 метров. Это тепло предоставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6650 °C. Скорость остывания Земли примерно равна 300—350 °C в миллиард лет. Тепловой поток, текущий из недр Земли через ее поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла (400 тыс. ТВт⋅ч в год — в 17 раз больше, чем выработка всей мировой энергетики), а тепловая мощность, вырабатываемая Землёй за счет радиоактивного распада урана, тория и калия грубо оценивается в 13–61 ТВт ^[1]. Области вокруг краёв континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

Крупнейшей ГеоТЭС является Олкария IV (Olkaria IV) в Кении (парк Ворота Ада) мощностью 140 МВт^[2].

Устройство геотермальных электростанций[править | править код]

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

• Прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами;
• Непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;
• Смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.
• Бинарная схема: в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения. Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемой для вращения турбины. Такая схема используется, например, на геотермальной электростанции Ландау^[de] в Германии, где в качестве рабочего тела применяется изопентан.

В 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора пара из естественных геотермальных источников. В 20-м веке спрос на электроэнергию привёл к появлению проектов создания электростанций, использующих внутреннее тепло Земли. Человеком, который провёл испытания первого геотермального генератора, был Пьеро Джинори Конти. Это произошло 4 июля 1904 года в итальянском городе Лардерелло. Генератор смог успешно зажечь четыре электрических лампочки.^[3] Позже, в 1911 году, была построена первая в мире геотермальная электростанция в том же населённом пункте, она работает до сих пор. В 1920-х годах экспериментальные генераторы были построены в Беппу (Япония) и калифорнийских гейзерах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года.

Пять стран-лидеров по производству геотермальной энергии, 1980–2012 (US EIA) Рост мощности ГеоЭС по годам

В 1958 году, когда была введена в эксплуатацию электростанция Вайракей, Новая Зеландия стала вторым крупным промышленным производителем геотермальной электроэнергии. Вайракей была первой станцией непрямого типа.^[4] В 1960 году «Pacific Gas and Electric» начала эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США на гейзерах в Калифорнии.^[5][6] Первая геотермальная электростанция бинарного типа была впервые продемонстрирована в 1967 году в Советском Союзе, а затем представлена в США в 1981 году,^[5] после энергетического кризиса 1970-х годов и значительных изменений в политике регулирования. Эта технология позволяет использовать гораздо более низкую температуру для производства электроэнергии, чем ранее. В 2006 году в Чина-Хот-Спрингс, штат Аляска, заработала станция бинарного цикла, производящая электричество с рекордно низкой температурой жидкости 57 °C.^[7] До недавнего времени геотермальные электростанции строились исключительно там, где вблизи поверхности имелись высокотемпературные геотермальные источники. Появление электростанций с бинарным циклом и совершенствование технологии бурения и добычи могут способствовать появлению геотермальных электростанций в значительно большем географическом диапазоне. Демонстрационные электростанции находятся в германском городе Ландау-ин-дер-Пфальц и французском городе Сульц-су-Форе, в то время как ранее работы в Базеле, Швейцария, были закрыты после того, как это вызвало землетрясения. Другие демонстрационные проекты находятся в стадии разработки в Австралии, Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах Америки.^[8]

Тепловой КПД геотермальных электростанций невысок — около 7–10%,^[9] поскольку геотермальные жидкости имеют более низкую температуру, чем пар из котлов. По законам термодинамики эта низкая температура ограничивает эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии при выработке электроэнергии. Отработанное тепло тратится впустую, если только его нельзя использовать непосредственно, например, в теплицах или централизованном отоплении. Эффективность системы не влияет на эксплуатационные расходы, как это было бы для угольной или другой станции ископаемого топлива, но это фактор жизнеспособности станции. Для производства большего количества энергии, чем потребляют насосы, для выработки электроэнергии требуются высокотемпературные геотермальные источники и специализированные тепловые циклы. Поскольку геотермальная энергия постоянна во времени, в отличие, например, от энергии ветра или Солнца, ее коэффициент мощности может быть довольно большим — до 96%.

Мутновская ГеоЭС

В СССР первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность — 12 МВт.

На Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт (на 2004 год).

10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию первая очередь Мутновской ГеоЭС, установленная мощность на 2007 год — 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт, выработка в 2007 году — 360,687 млн кВт·ч. Станция полностью автоматизирована.

2002 год — введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс «Менделеевская ГеоТЭС» мощностью 3,6 МВт в составе энергомодуля «Туман-2А» и станционной инфраструктуры.

2007 год — ввод в эксплуатацию Океанской ГеоТЭС, расположенной у подножия вулкана Баранского на острове Итуруп в Сахалинской области, мощностью 2,5 МВт. Название этой электростанции связано с непосредственной близостью к Тихому океану. В 2013 г. на станции произошла авария, в 2015 г. станция была окончательно закрыта^[10].

Название ГеоЭС	Установленная мощность на конец 2010 года, МВт	Выработка в 2010 году, млн кВт⋅ч	Год ввода первого блока	Год ввода послед­него блока	Собственник	Место расположения
Мутновская	50,0	360,7 (2007 год)	2003	2003	ПАО «Камчатскэнерго»	Камчатский край
Паужетская	12,0	42,544	1966	2006	ПАО «Камчатскэнерго»	Камчатский край
Верхне-Мутновская	12,0	63,01 (2006 год)	1999	2000	ПАО «Камчатскэнерго»	Камчатский край
Менделеевская	3,6	?	2002	2007	ЗАО «Энергия Южно-Курильская»	о. Кунашир
Сумма	77,6	>466,3

Для современных геотермальных электростанций характерен умеренный уровень выбросов. В среднем он равен 122 кг CO₂ на мегаватт-час электроэнергии, что значительно меньше выбросов при производстве электроэнергии с использованием ископаемого топлива^[11].

Предупреждение извержений вулканов[править | править код]

Для предупреждения суперизвержения Йеллоустонской кальдеры, которое может иметь крайне катастрофические последствия для Северо­американского континента, NASA предложило проект геотермальной электростанции, которая будет отбирать тепло от магматического пузыря, расположенного под кальдерой. Затраты на строительство такой геоТЭС оцениваются в 3,5 млрд долларов США, но стоимость вырабатываемой энергии обещает быть очень невысокой — 0,1 доллара за киловатт-час.

1. ↑ Ядерное тепло Земли
2. ↑ В Кении запустили самую мощную в Мире ГеоТЭС (неопр.). greenevolution.ru (3 ноября 2014).
3. ↑ Tiwari, G. N.; Ghosal, M. K. Renewable Energy Resources: Basic Principles and Applications. Alpha Science Int’l Ltd., 2005 ISBN 1-84265-125-0
4. ↑ IPENZ Engineering Heritage Архивная копия от 22 июня 2013 на Wayback Machine. Ipenz.org.nz. Retrieved 13 December 2013.
5. ↑ ^{1 2} Lund, J. (September 2004), «100 Years of Geothermal Power Production», Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — Т. 25 (3): 11–19, ISSN 0276-1084, <http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull25-3/art2.pdf>. Проверено 13 апреля 2009. 
6. ↑ McLarty, Lynn & Reed, Marshall J. (October 1992), «The U.S. Geothermal Industry: Three Decades of Growth», Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects (London: Taylor & Francis) . — Т. 14 (4): 443–455, doi:10.1080/00908319208908739, <http://geotherm.inel.gov/publications/articles/mclarty/mclarty-reed.pdf>. Проверено 29 июля 2013.  Архивировано 16 мая 2016 года.
7. ↑ Erkan, K.; Holdmann, G.; Benoit, W. & Blackwell, D. (2008), «Understanding the Chena Hot Springs, Alaska, geothermal system using temperature and pressure data», Geothermics Т. 37 (6): 565–585, ISSN 0375-6505, doi:10.1016/j.geothermics.2008.09.001, <http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0375650508000576>. Проверено 11 апреля 2009. 
8. ↑ Bertani, Ruggero Geothermal Energy: An Overview on Resources and Potential (неопр.) (2009).
9. ↑ Schavemaker, Pieter; van der Sluis, Lou. Electrical Power Systems Essentials (неопр.). — John Wiley & Sons, Ltd, 2008. — ISBN 978-0470-51027-8.
10. ↑ ГеоТЭС «Океанская» на Итурупе закрыта. 26.01.2016. Наталья Голубкова. Новости. Курильск. Сахалин.Инфо
11. ↑ Сидорович, Владимир, 2015, с. 126.

• Владимир Сидорович. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир. — М.: Альпина Паблишер, 2015. — 208 с. — ISBN 978-5-9614-5249-5.

Геотермальные электростанции: принцип работы ГеоТЭС, плюсы

Термальная энергия планеты используется напрямую или преобразуется в электрическую. Это возобновляемый ресурс, перспективный для развития альтернативной энергетики. Геотермальные электростанции строятся в районах дремлющих вулканов, где сталкиваются или разрываются тектонические плиты. Тепло Земли прорывается ближе к поверхности в виде пара при соединении разогретой магмы и водных залежей.

По расчетам специалистов геотермальной энергетики, доступная тепловая энергия планеты способна обеспечить потребности населения. Активное освоение термических ресурсов началось в середине прошлого века. Пар, поступающий из гейзеров, улавливают и направляют для обогрева жилого сектора, тепличных хозяйств. Укладывают трубопроводы, по которым вода горячих источников устремляется в города и поселки. Часть энергии паровые турбины перерабатывают в электричество. Пока КПД ГеоЭС 7-10%, но технологии совершенствуются. Освоение терморесурсов планеты продолжается.

Геотермальные электростанции или что такое геотермальная энергия?

Горячий гейзер – природный геотермальный источник. Их на Земле немного. Пар научились добывать из глубин бурением скважин. Каждые 36 метров температура геологических отложений повышается на один градус. В 60 странах, расположенных в районе тихоокеанского вулканического кольца и на Дальнем Востоке, уже используют термальную энергию.

Авторское право на создание первой электростанции подобного рода принадлежит Пьеро Джинори Конти. Он в 1904 году провел испытания генератора: подключил к нему 4 лампочки. В 1911 году в городе Лардерелло итальянской провинции Пиза начала работать станция, которая сейчас производит 10% мирового объема геотермального электричества.

Принцип работы геотермальных электростанций

Чтобы направить пар на лопасти турбины, его необходимо добыть из-под земли. В основе принципа работы геотермальных электростанций лежит метод закачки воды в рабочую скважину. Жидкость нагревается в теплых пластах до насыщенного пара, который с силой вырывается на поверхность.

Для генерации электроэнергии применяют 3 основных метода:

• сухой пар: геотермальные ресурсы воздействуют на турбину;
• насыщенные газовые среды высокой влажности взаимодействуют с генератором.
• комбинированный сочетает обе технологии.

Прямой метод

Используется гидротермальный пар, вырывающийся из земли по питающей скважине. Он приводит турбину генератора в движение. Отработанная жидкость закачивается в твердые земные пласты. Происходит загрязнение термальных слоев.

Непрямой метод

Перегретые гидротермальные ресурсы из скважины поступают в испаритель, где тепло геотермальной воды выпаривает избыточную влагу из теплоносителя. Пар из испарителя под давлением поступает на лопасти турбины, заставляет их вращаться. Электростанции на парогидротермах второго поколения, более мощные и надежные: система испаритель–турбина замкнутая.

Смешанный бинарный метод

Современные геотермальные электростанции по принципу работы схожи с генераторными установками второго поколения. Только разогретая землей вода проходит через теплообменник, заполненный теплоносителем. Устройство передает тепло земли воздушной смеси, вращающей генератор. При такой технологии используют менее разогретые термальные воды, увеличивается теплоотдача, снижаются энергетические потери.

Преимущества и недостатки ГТЭС

В будущем планируется развитие геотермальных электростанций, их преимущества и недостатки очевидны. Сначала о хорошем:

• геотермальные воды – возобновляемый и неисчерпаемый ресурс;
• генератор не зависит от внешних источников топлива;
• у геотермальной электростанции имеются экологические преимущества: она не загрязняет атмосферу, не разрушает экосистему;
• природное тепло Земли превосходит по потенциалу органическое топливо;
• электростанции работают автономно, только при запуске турбину требуется дизтопливо для работы насоса;
• исключено влияние погодных факторов;
• установки компактные, ремонтоспособные, не требуют больших экономических затрат;
• низкая себестоимость используемых ресурсов;
• при создании ГТЭС не предусмотрены санитарные зоны, окружающую территорию можно использовать для других целей, например, выращивания с/х продукции в теплицах;
• минимальный штат обслуживающего персонала;
• используя для генерации пара морскую воду по открытому циклу, можно использовать генераторные установки как опреснители для получения питьевой воды.

Недостатки геотермальных электростанций:

• длительный и финансово затратный этап изыскательских работ;
• станции строят в сейсмически нестабильных районах, высок риск аварий во время землетрясений;
• термальные воды в некоторых районах содержат горючие сопутствующие газы, природные углеводороды, повышается пожароопасность;
• работа генераторов связана с повышением уровня шума, вибрацией, влияющей на животных и птиц.

Геотермальные электростанции в России

Сейсмически активные районы находятся на Дальнем Востоке и в районах Северного Кавказа. Развитие геотермальных электростанций в России ограничено территориально, применение тепловых насосов возможно на Урале и Алтае. Сейчас в основном тепло Земли используется для обогрева жилого фонда, с/х тепличных комплексов. Только 13% перерабатывается в электричество.

Паужетская ГеоЭС

Находится на западном берегу Камчатки рядом с вулканом Камбальным. Открытие Паужетской геотермальной электростанции состоялось в 1966 году. Она создавалась для нужд жителей Паужетка, генерировала всего 5 мегаватт. Постепенно расширялась, теперь мощность 17 мегаватт. Улучшены очистные сооружения первой геотермальной электростанции России, второй турбоагрегат мощностью 6 МВт построен в 1980-м, второй – в 2006-м. Принцип работы геотермальной установки основан на прямом использовании пара. Достраивается бинарный блок комбинированного типа.

Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС

Работает изолированно от РАО ЕЭС, расположена в южной части Камчатки у подножия вулкана Мутновский. Инициатор строительства станции – АО «Наука». На площадке происходит разделение выкачиваемой смеси на пар (он подается на турбины) и воду (ее закачивают в горные пласты). Суммарная мощность блоков, обслуживающих две скважины – 12 мегаватт.

Мутновская ГеоЭС

Самая крупная станция Камчатки с прямым использованием пара. Расположена у одноименной сопки, завязана с Верхне-Мутновской станцией в единый энергетический комплекс, производят 1/3 потребностей Камчатки. Два блока мощностью 25 МВт достигли максимальной производительности в 2002 году.

Океанская ГеоЭС

До введения объекта на Итурупе были только дизельные генераторы. С пуском ГеоЭС Океанская годовая экономия дизтоплива составила около 4 тысяч тонн. Общая мощность двух модулей «Туман-2А» – 2,5 МВт. Электростанция проработала до марта 2013, после этого работает только один модуль на неполную мощность.

Менделеевская ГеоТЭС

Построена у подножия одноименного вулкана на острове Кунашир. Проектная мощность – 3,6 мегаватт. Из четырех скважин одна вышла из строя, забита серой после подвижек земной коры. В ближайшее время планируется модернизация электростанции, повышение производства электричества в два раза.

Геотермальные станции в мире

В Топе 15 стран, использующих термальную энергию, Россия занимает 13 место. Лидируют страны, где много сейсмоактивных зон. Список открывает США, ГеоЭС и гелиотермические электростанции вырабатывают в год 2687 МВт, 03% от потребляемой мощности. Это:

• 22 электростанции комплекса «The Geysers» (на плато гейзеров)в Калифорнии, номинальная годовая мощность 1517 мегаватт, обеспечивает 60% потребности северного побережья штата;
• 10 геоблоков в долине Империал, выработка «Imperial Valley Geothermal Area» составляет 570 мегаватт;
• электростанция «Navy 1 Geothermal Area» на 235 МВт в Неваде у озера Чайна Лейк, создана для нужд военной базы.

Вторую строчку в рейтинге занимают Филиппины. Объем вырабатываемой энергии – 1969,7 МВт, это 27% всего производства. «Тиви» – первая электростанция, построена в 1982 году, сейчас выдает 330,0 мегаватт. «Макилинг-Банахау» начала работу в 1984 году, достигла мощности 458,0 МВт.

В Индонезии по оценкам экспертов сосредоточено 40% мирового потенциала, оценивается в 24 ГВт. Страна сделала экономический рывок в последние годы, 3,7% (это 1092 МВт) вырабатываемого электричества производят ГеоЭС. Самые крупные расположены на Суматре. Продолжается расширение блока Sarulla Unit. У первой очереди производительность 220 МВт, у второй – 110 мегаватт, строится третья.

Рядом расположена электростанция «Sorik Marapi Modular» (110 МВт), в провинции Лампунг достраивается «Ulubulu Unit» на 320,8 МВт. На острове Ява только одна геотермостанция – «Karaha Bodas» (30 МВт).

Мексика незначительно отстает от Индонезии, производит 998 МВт в год, это 3% потребления, основной вклад делает «Cerro Prieto Geothermal Power Station» (720 МВт). Остальные геостанции страны небольшие.

Хотя по общему производству Новая Зеландия уступает Италии и Японии, в ней расположена одна из крупных ГеоЭС – «Ngatamariki» (110 МВт), она вырабатывает 1/5 часть геотермической энергии. Общий объем производства страны около 500 мегаватт, 10% от потребления.

В Исландии геотермальные скважины используют с 1030 года. В 1976 году появилась ГеоЭС «Svartsengi Geo» (80 МВт). «Hellisheidi Power Station» (300 МВт) в 2011 году входила в пятерку самых крупных геотермических электростанций мира. Есть еще два блока: «Nesjavellir» (120 МВт) и «Reykjanes», (100 МВт). Суммарная мощность геоэнергетики – более 600 МВт в год.

В Топ 15-ти стран, имеющих ГеоЭС, также входят Сальвадор, Коста Рика, Кения, Никарагуа, Папуа Новая Гвинея, Гватемала.

Будущее геотермального электричества

Паровые и геотермальные источники – лишь часть георесурсов. Тепло твердых пород пока не утилизируется. Ведется разработка по увеличению КПД существующих блоков, снижению себестоимости строительства. Реализуются грандиозные проекты в Америке, Индонезии. Упор делается на электростанции с бинарным циклом. Ведутся изыскательские работы в Африке, Австралии.

Геотермальная электрическая станция — принцип работы, виды и распространение в Мире

Геотермальная электрическая станция – это комплекс инженерных устройств, преобразующих тепловую энергию планеты в электрическую энергию.

Геотермальная энергетика

Содержание статьи

Геотермальная энергетика относится к «зеленым» видам энергии. Данный способ энергообеспечения потребителей получил широкое распространение в регионах с термической активностью планеты для различных видов использования.

Геотермальная энергия бывает:

• Петротермальная, когда источник энергии — слои земли обладающие высокой температурой;
• Гидротермальная, когда источник энергии — подземные воды.

Геотермальные установки используются для энергоснабжения предприятий сельского хозяйства, промышленности и в жилищно-коммунальной сфере.

Принцип работы геотермальной электростанции

В современных геотермальных установках преобразование тепловой энергии земли в электрическую осуществляют нескольким способами, это:

Прямой метод

В установках такого вида, пар, поступающий из недр земли, работает в непосредственном контакте с паровой турбиной. Пар подается на лопасти турбины, которая свое вращательное движение передает генератору, вырабатывающему электрический ток.

Не прямой метод

В этом случае из земли закачивается раствор, который поступает на испаритель, и уже после испарения, полученный пар поступает на лопасти турбины.

Смешанный (бинарный) метод

В устройствах, работающих по этому методу, вода из скважины поступает на теплообменник, в котором, передает свою энергию теплоносителю, который, в свою очередь, под воздействием полученной энергии испаряется, а образовавшийся пар поступает на лопасти турбины.
В геотермальных установках, работающих по прямому методу (способу) воздействия на турбину, источником энергии служит геотермальный пар.

Во втором методе — используются перегретые гидротехнические растворы (гидротермы), которые обладают температурой выше 180 *С.

При бинарном методе – используются горячая вода, забираемая из слоев земли, а в качестве парообразующей используется жидкости с меньшей температурой кипения (фреон и подобные).

Плюсы и минусы

К достоинствам использования электростанций данного вида можно отнести:

• Это возобновляемый источник энергии;
• Огромные запасы в дальней перспективе развития;
• Способность работать в автономном режиме;
• Не подверженность сезонным и погодным факторам влияния;
• Универсальность – производство электрической и тепловой энергии;
• При строительстве станции не требуется устройство защитных (санитарных) зон.

Недостатками станций являются:

• Высокая стоимость строительства и оборудования;
• В процессе работы вероятны выбросы пара с содержанием вредных примесей;
• При использовании гидротермов из глубинных слоев земли, необходима их утилизация.

Геотермальные станции в России

Геотермальная энергетика, наряду с прочими видами «зеленой» энергетики, неукоснительно развивается на территории нашего государства. По расчетам ученых, внутренняя энергия планеты, в тысячи раз превышает количество энергии содержащейся в природных запасах традиционных видах топлива (нефть, газ).

В России успешно работают геотермальные станции, это:

Паужетская ГеоЭC

Расположена около поселка Паужетка на полуострове Камчатка. Ведена в эксплуатацию в 1966 году.
Технические характеристики:

1. Электрическая мощность – 12,0 МВт;
2. Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 124,0 млн.кВт.часов;
3. Количество энергоблоков – 2.

Ведутся работы по реконструкции, в результате которой электрическая мощность увеличится до 17,0 МВт.

Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС

Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 1999 году.
Технические характеристики:

1. Электрическая мощность – 12,0 МВт;
2. Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 63,0 млн.кВт.часов;
3. Количество энергоблоков – 3.

Мутновская ГеоЭС

Наиболее крупная электрическая станция подобного типа. Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 2003 году.
Технические характеристики:

1. Электрическая мощность – 50,0 МВт;
2. Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 350,0 млн кВт.часов;
3. Количество энергоблоков – 2.

Океанская ГеоЭС

Расположена в Сахалинской области. Введена в эксплуатацию в 2007 году.
Технические характеристики:

1. Электрическая мощность – 2,5 МВт;
2. Количество энергомодулей – 2.

Менделеевская ГеоТЭС

Расположена на острове Кунашир. Введена в эксплуатацию в 2000 году.

Технические характеристики:

1. Электрическая мощность – 3,6 МВт;
2. Тепловая мощность – 17 Гкал/час;
3. Количество энергомодулей – 2.

В настоящее время ведется модернизация станции, после которой мощность составит 7,4 МВт.

Геотермальные станции в мире

Во всех технически развитых странах, где есть сейсмически активные территории, где внутренняя энергия земли выходит наружу, строятся и эксплуатируются геотермальные электрические станции. Опытом строительства подобных инженерных объектов обладают:

США

Страна с наибольшим количеством потребления электрической энергии, вырабатываемой гелиотермическим станциями.

Установленная мощность энергоблоков составляет более 3000 МВт- это 0,3% от всей вырабатываемой электрической энергии в США.

Наиболее крупные это:

1. Группа станций «The Geysers». Расположена в Калифорнии, в состав группы входит 22 станции, установленной мощностью 1517,0 МВт.
2. В штате Калифорния, станция «Imperial Valley Geothermal Area» установленной мощностью 570,0 МВт.
3. В штате Невада станция «Navy 1 Geothermal Area» установленной мощностью 235,0 МВт.

Филиппины

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1900 МВт, что составляет 27 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

1. «Макилинг-Банахау» установленной мощностью 458,0 МВт.
2. «Тиви», установленная мощность 330,0 МВт.

Индонезия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1200 МВт, что составляет 3,7 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

1. «Sarulla Unit I», установленная мощность – 220,0 МВт.
2. «Sarulla Unit II», установленная мощность — 110,0 МВт.
3. «Sorik Marapi Modular», установленная мощность — 110,0 МВт.
4. «Karaha Bodas», установленная мощность – 30,0 МВт.
5. «Ulubelu Unit» — находится в стадии строительства на Суматре.

Мексика

Установленная мощность энергоблоков составляет 1000 МВт, что составляет 3,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупная:

1. «Cerro Prieto Geothermal Power Station», установленной мощностью 720,0 МВт.

Новая Зеландия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 600 МВт, что составляет 10,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупная:

1. «Ngatamariki», установленной мощностью 100,0 МВт.

Исландия

Установленная мощность энергоблоков составляет 600 МВт, что составляет 30,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

1. «Hellisheiði Power Station», установленной мощностью 300,0 МВт.
2. «Nesjavellir», установленной мощностью 120,0 МВт.
3. «Reykjanes», установленной мощностью 100,0 МВт.
4. «Svartsengi Geo», установленной мощностью 80,0 МВт.

Кроме выше перечисленных, геотермальные электростанции работают в Австралии, Японии, странах Евросоюза, Африки и Океании.

Геотермальная энергетика: преимущества и перспективы

Поговорим про геотермальную энергетику, один из самых перспективных видов возобновляемой энергетики в мире.

Возобновляемая энергетика в мире растёт высокими темпами. Ежегодные объемы ввода новых электростанций, функционирующих на основе ВИЭ, существенно превышают рост тепловой генерации. Также и размер ежегодных инвестиций в ВИЭ-генерацию в разы превосходит вложения в газовые, угольные и атомные электростанции.

Геотермальные электростанции

• Как это работает?
• А в чём преимущества?
• Геотермальная энергетика в России
• Каковы перспективы?

При этом основной рост приходится на ветровые и солнечные электростанции, и для многих именно они стали символами ВИЭ и «зелёной» энергетики, но и геотермальные электростанции, или ГеоЭС, — также очень интересное направление, потенциал которого высок. Некоторые исследователи полагают, что в будущем геотермальная энергетика может обеспечить до 1/6 от мирового энергоснабжения.

Не в последнюю очередь из-за того, что, в отличие от солнечной или ветряной, геотермальная энергетика абсолютно не зависит от смены дня и ночи или погодных условий и времени года и имеет целый ряд других преимуществ, о которых мы и расскажем далее.

В соответствии с базой данных IRENA (Renewable capacity statistics 2019), в 2018 году глобальная установленная мощность геотермальных электростанций вросла на 540 мегаватт и составила 13 329 мегаватт.

Как это работает?

Как и во многих видах электростанций, поток горячего пара используется для вращения турбины генератора — ГеоЭС в данном случае не уникальны. И теплоэлектростанции, и, фактически, атомные электростанции используют тот же самый принцип, хотя источники энергии, которые помогают разогревать воду и вырабатывать пар, в них применяются радикально различные. ГеоЭС относятся к ВИЭ именно потому, что в качестве главной движущей силы в них используется пар или горячая вода из естественных геотермальных источников, находящихся под землёй.

С погружением в недра планеты температура будет расти примерно на 3°C каждые 100 метров спуска, хотя в различных регионах Земли этот показатель (так называемый геотермический градиент) может отличаться. Это значит, что некоторые места подходят для постройки геотермальной электростанции лучше, а некоторые — намного хуже, вплоть до момента, когда прокапывать скважину до слоёв нужной температуры становится просто экономически невыгодно. Отсюда и популярность ГеоЭС в странах с большой сейсмической/вулканической активностью.

График изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли

В зависимости от имеющегося источника геотермальной энергии ГеоЭС можно условно разделить на гидротермальные, бинарные гидротермальные и петротермальные.

В гидротермальных электростанциях из трубы, проложенной до водоносных слоёв, поднимается раскалённый пар, который вращает турбину генератора. Если вместо пара поднимается пароводяная смесь температурой выше 150 °C, её водяная часть отделяется в специальном сепараторе и может в дальнейшем тоже превратиться в пар для генератора в условиях низкого давления.

Бинарные гидротермальные электростанции применяются там, где температура воды не поднимается выше 100 °C, а копать скважину глубже уже невыгодно или по каким-то причинам невозможно. Тогда эта вода используется для разогрева другой рабочей жидкости с низкой температурой кипения, например, фреона, пар от которого и подаётся на турбину генератора.

Петротермальные станции — сравнительно новое явление. В местах, где температура земной коры подходит для ГеоЭС, но водоносные слои почти отсутствуют, бурится скважина (на глубине от 3 до 10 км) и вводятся две трубы. В одну из них закачивается под давлением вода, которая разогревается в образованном давлением гидроразрыве и возвращается через вторую трубу в виде пара для турбины.

По состоянию на 2018 год в мире работало всего 22 петротермальных электростанций, большая часть которых сосредоточена в Европе. По мнению некоторых ученых, петротермальной энергии достаточно, чтобы навсегда обеспечить человечество энергией.

А в чём преимущества?

Главным преимуществом геотермальной энергетики является её неисчерпаемость, то есть та самая причина, по которой этот вид относят к ВИЭ. Бурение скважин, постройка геотермальных электростанций и закачка воды или использование воды/пара из геотермальных источников физически неспособны вызвать падение температуры ядра Земли или каким-то образом исчерпать этот ресурс.

Геотермальная энергетика более стабильна, чем другие виды энергетики. Она не зависит от погодных условий или времени дня, в отличие от своих более популярных «собратьев» по ВИЭ, солнечной и ветряной энергетики, или от поставок топлива, которое необходимо для работы ТЭС и АЭС. Также этот вид энергетики позволяет строить электростанции даже в труднодоступной местности и в отдалённых регионах с плохо развитой транспортной инфраструктурой.

Геотермальная энергетика, в отличие от солнечной или ветровой энергетики не требует значительных площадей для размещения объектов. Например, для выработки 1 ГВт*ч/год понадобится ГеоЭС площадью всего в 400 м2, а аналогичная солнечная станция займет более 3 квадратных километров.

При соблюдении всех условий безопасности геотермальные электростанции практически безопасны для экологии и вырабатывают очень мало углекислого газа, а вместе с электроэнергией с их помощью можно вести добычу полезных ископаемых, например, растворённые в пароводяной смеси металлы и газы.

При всех своих преимуществах у ГеоЭС есть и недостатки. Как было сказано выше, при соблюдении условий безопасности эти станции не наносят вреда экосфере, но это не отменяет того факта, что рабочая жидкость на ГеоЭС опасна и содержит тяжёлые металлы, например, свинец, мышьяк или аммиак, которые могут вызвать локальную катастрофу в случае аварии. Также ГеоЭС отличаются меньшей мощностью, чем гидроэлектростанции, ТЭС и, тем более, АЭС, а стоимость киловатта в них выше.

Это связано с тем, что, при всей простоте конструкции самих электростанций, огромные инвестиции нужны на качественную геологоразведку и анализ почвы. Примерный уровень капитальных затрат в данном сегменте находится на уровне $2800/кВт установленной мощности, что существенно выше, чем у газовых ТЭС, ветровых и солнечных электростанций.

Геотермальная энергетика в России

По оценкам некоторых экспертов, потенциал геотермальных ресурсов России намного выше, чем потенциал запасов органического топлива.

Геотермальные электростанции появились в России в шестидесятые годы прошлого века. Первой начала свою работу Паужетская, а затем Паратунская ГеоЭС на Камчатке. Практически все российские ГеоЭС находятся на Камчатке и на Курилах, где сосредоточена большая часть геотермальных ресурсов страны. В частности, камчатские геотермальные ресурсы могут обеспечить электростанции мощностью до 350 МВт (хотя этот потенциал используется только частично), а ресурсы Курил позволяют вырабатывать до 230 МВт.

Помимо указанных регионов, самыми перспективными для развития геотермальной энергетики, являются Дальний Восток в целом, Кавказ, Краснодарский край и Ставрополье, где вода температурой до 126 °C выходит на поверхность под давлением, что позволяет сократить расходы на её подачу на электростанцию при помощи насосов. И это касается не только электроснабжения.

Например, в Дагестане около 30% жилого фонда отапливается и снабжается водой из геотермальных источников, причём эту цифру легко можно довести до 70%. Огромными запасами геотермальных вод (около 70% общих российских запасов) обладает Западно-Сибирский нефтегазоводоносный бассейн, большая часть ресурсов которого сосредоточена на территории Томской области.

В то же время, в центральной части страны использование ГеоЭС экономически не слишком эффективно из-за высокой глубины залегания подходящих для геотермальных электростанций термальных вод (более 2 км).

Следует отметить, что часть перспективных проектов, связанных с геотермальной энергетикой в России либо реализуется слишком медленно, либо многие годы остаётся в «замороженном» состоянии, что снижает темпы развития этого сектора в стране. Например, ещё в 2008 году, после принятия указа президента РФ №889 «О мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики», был дан старт модернизации той самой Паужетской ГеоЭС, которая позволила бы обновить устаревшее оборудование и увеличить мощность станции на 2,5 МВт. Но, как оказалось, объект до сих пор не ввели в эксплуатацию.

Каковы перспективы?

По прогнозам МЭА, к 2040 году потребление и выработка электроэнергии в мире увеличатся на 60%, то есть спрос на электроэнергию составит 26,4 тыс. ТВт·ч в 2025 году и более 35,5 тыс. ТВт·ч в 2040-м.

Определенную роль в удовлетворении этого растущего спроса будет играть и геотермальная энергетика. Её рост будет стабильным, хотя вряд ли бурным.

По информации Bloomberg, в 2018 году инвестиции в геотермальную энергетику в мире выросли на 10% — до $1,8 млрд (в целом же в мире в ВИЭ было вложено более $300 млрд).

Лидерами в сфере геотермальной энергетики на данный момент являются США, также ГеоЭС очень популярны в Индонезии и на Филиппинах, где этот вид энергетики вырабатывает более 10% электроэнергии. Также в десятку мировых лидеров в области геотермальной энергетики входит Япония, в которой первая такая электростанция открылась ещё в 1966 году на базе оборудования Toshiba. Потенциал сектора в стране оценивается в 23 ГВт.

В целом же геотермальная энергетика — интересная и перспективная сфера ВИЭ. Она только начала показывать свои настоящие возможности, но уже сейчас имеет ряд неоспоримых преимуществ, которых лишены солнечная и ветряная отрасли, а также традиционные виды электростанций. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Преимущества и недостатки геотермальных электростанций

Преимущества геотермальных электростанций

• Запасы геотермальной энергии велики, хотя и не бесконечны. Ее можно считать возобновляемым источником энергии — во всяком случае, при условии, что в нагнетательную скважину не закачивается слишком много воды за слишком короткое время.
• Геотермальная электростанция для работы не требует поставок топлива из внешних источников.
• Работа геотермальных электростанций не сопровождается вредными или токсичными выбросами (см., однако, третий недостаток геотермальных электростанций ниже).
• Помимо необходимого для первого старта насоса (или насосов) внешнего источника энергии, геотермальным электростанциям для дальнейшей работы внешняя энергия (топливо) не нужна. С началом работы геотермальной электростанции ее насосы можно запитывать электричеством, которое вырабатывается на самой станции.
• Эксплуатация геотермальной электростанции не требует дополнительных расходов, кроме расходов на профилактическое техобслуживание или ремонт.
• Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не требуют значительного землеотвода.
• Обычная геотермальная электростанция, расположенная на берегу моря или океана, может применяться и для опреснения воды, которую затем можно использовать для питья или ирригации. Опреснение происходит естественным путем в результате дистилляции — разогрева воды и охлаждения водяного пара в процессе работы электростанции.

Недостатки геотермальных электростанций

• Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и согласие жителей на ее возведение может быть проблематичным.
• Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре. Кроме того, причиной ее остановки может стать плохой выбор места или чрезмерная закачка воды в породу через нагнетательную скважину.
• Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах земной коры. Избавиться от них достаточно сложно. Правда, в некоторых случаях их можно сифонировать (собрать) и переработать в горючее (нефть-сырец или природный газ, например).

Вопрос

Можно ли построить небольшую геотермальную электростанцию, способную обеспечить электричеством дом или небольшой поселок?

Ответ

Это можно осуществить в районах, где не нужно бурить глубокие дорогие скважины. Наиболее показательным примером является, пожалуй, Исландия, которая, по сути, находится на вершине гигантского вулкана. На территории США среди таких районов можно назвать территории вокруг Йеллоустоуна, Термополиса и Саратоги в штате Вайоминг и вокруг города Хот Спрингс в Южной Дакоте (В России наиболее известным регионом с высоким потенциалом для геотермальной энергетики считается Камчатка.).

Геоэс плюсы и минусы таблица

Среди альтернативных источников геотермальная энергия занимает значительное место – ее так или иначе используют примерно в 80 странах по всему миру. В большинстве случаев это происходит на уровне строительства теплиц, бассейнов, применения в качестве лечебного средства или отопления.

В нескольких странах – в том числе США, Исландии, Италии, Японии и других — построены и работают электростанции.

Геотермальная энергия в целом подразделяется на две разновидности – петротермальную и гидротермальную. Первый тип использует как источник горячие горные породы. Второй — подземные воды.

Если свести все данные по теме в одну диаграмму, обнаружится, что в 99% случаев используется тепло пород, и только в 1% геотермальная энергия извлекается из подземных вод.

Петротермальная энергетика

На настоящий момент в мире достаточно широко используется тепло земных недр, причем преимущественно это энергия неглубоких скважин – до 1 км. С целью обеспечения электричеством, теплом или ГВС устанавливаются скважинные теплообменники, работающие на жидкостях с низкой температурой кипения (например, на фреоне).

Сейчас использование скважинного теплообменника является наиболее рациональным способом добычи тепла. Выглядит это так: теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре. Нагретый поднимается по концентрично опущенной трубе, отдавая свое тепло, после чего, охлажденный, при помощи насоса подается в обсадную.

В основе использования энергии земных недр лежит природное явление – по мере приближения к ядру Земли растет температура земной коры и мантии. На уровне 2-3 км от поверхности планеты она достигает более 100 °С, в среднем увеличиваясь с каждым последующим километром на 20 °С. На глубине 100 км температура достигает уже 1300–1500 ºС.

Гидротермальная энергетика

Вода, циркулирующая на больших глубинах, нагревается до значительных величин. В сейсмически активных районах она поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, в спокойных же регионах ее можно вывести с помощью скважин.

Принцип действия тот же: нагретая вода поднимается по скважине вверх, отдает тепло, и возвращается по второй трубе вниз. Цикл практически бесконечен и возобновляем до тех пор, пока в земных недрах остается тепло.

В некоторых сейсмически активных регионах горячие воды лежат так близко к поверхности, что можно воочию наблюдать, как работает геотермальная энергия. Фото окрестностей вулкана Крафла (Исландия) демонстрирует гейзеры, которые передают пар для действующей там ГеоТЭС.

Основные черты геотермальной энергетики

Внимание к альтернативным источникам обусловлено тем, что запасы нефти и газа на планете не бесконечны, и постепенно исчерпываются. Кроме того, они есть не везде, и многие страны зависят от поставок из других регионов. Среди иных важных факторов – негативное влияние ядерной и топливной энергетики на среду обитания человека и дикую природу.

Большое достоинство ГЭ – возобновляемость и универсальность: возможность использовать для водо- и теплоснабжения, или для выработки электроэнергии, или для всех трех целей сразу.

Но главное – это геотермальная энергия, плюсы и минусы которой зависят не столько от местности, сколько от кошелька заказчика.

Достоинства и недостатки ГЭ

В числе преимуществ этого вида энергии следующие:

• она возобновляемая и практически неиссякаемая;
• независима от времени суток, сезона, погоды;
• универсальна — с ее помощью можно обеспечить водо- и теплоснабжение, а также электричество;
• геотермальные источники энергии не загрязняют окружающую среду;
• не вызывают парникового эффекта;
• станции не занимают много места.

Однако имеются и недостатки:

• геотермальная энергия не считается полностью безвредной из-за выбросов пара, в составе которого могут быть сероводород, радон и другие вредные примеси;
• при использовании воды с глубоких горизонтов стоит вопрос ее утилизации после использования – из-за химического состава такую воду нужно сливать либо обратно в глубокие слои, либо в океан;
• постройка станции относительно дорога – это удорожает и стоимость энергии в итоге.

Сферы применения

На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, аква- и термокультуре, промышленности, сфере жилищно-коммунальных хозяйств. В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем.

Сельское хозяйство и садоводство

Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах – Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде.

Подземные источники применяются для полива полей, обогрева почвы, поддержания постоянной температуры и влажности в оранжерее или теплице.

Промышленность и ЖКХ

В ноябре 2014 года в Кении начала работать крупнейшая на то время геотермальная электростанция мира. Вторая по размерам находится в Исландии – это Хеллишейди, берущая тепло от источников возле вулкана Хенгидль.

Другие страны, использующие геотермальную энергию в промышленных масштабах: США, Филиппины, Россия, Япония, Коста-Рика, Турция, Новая Зеландия и т. д.

Известны четыре основные схемы добывания энергии на ГеоТЭС:

• прямая, когда пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами;
• непрямая, аналогичная предыдущей во всем, за исключением того, что перед попаданием в трубы пар очищается от газов;
• бинарная – в качестве рабочего тепла используется не вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения;
• смешанная – аналогична прямой, но после конденсации здесь удаляют из воды не растворившиеся газы.

В 2009 году группа исследователей, искавшая пригодные к использованию геотермальные ресурсы, достигла расплавленной магмы всего на глубине 2,1 км. Подобное попадание в магму – большая редкость, это всего второй известный случай (предыдущий произошел на Гавайях в 2007 году).

Хотя соединенная с магмой труба ни разу не подключалась к находящейся неподалеку ГеоТЭС Крафла, ученые получили весьма многообещающие результаты. До сих пор все работающие станции брали тепло опосредованно, из земных пород либо из подземных вод.

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.

Страны, использующие тепло планеты

Безусловным лидером в использовании георесурсов является США – в 2012 году выработка энергии в этой стране достигла отметки 16.792 миллиона мегаватт-часов. В том же году, суммарная мощность всех геотермальных станций на территории Штатов достигала 3386 МВт.

ГеоТЭС на территории США расположены в штатах Калифорния, Невада, Юта, Гавайи, Орегон, Айдахо, Нью-Мехико, Аляска и Вайоминг. Самая крупная группа заводов носит название «Гейзеры» и расположена неподалеку от Сан-Франциско.

Кроме Соединенных Штатов, в первой десятке лидеров (по состоянию на 2013 год) также находятся Филиппины, Индонезия, Италия, Новая Зеландия, Мексика, Исландия, Япония, Кения и Турция. При этом в Исландии геотермальные источники энергии обеспечивают 30% от всей потребности страны, на Филиппинах – 27%, а в США – меньше 1%.

Потенциальные ресурсы

Работающие станции – только начало, отрасль лишь начинает развиваться. Исследования в этом направлении идут постоянно: более чем в 70 странах ведется разведка потенциальных месторождений, в 60 освоено промышленное использование ГЭ.

Перспективными выглядят сейсмически активные районы (как это видно на примере Исландии) – штат Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, страны Центральной Америки, Филиппины, Исландия, Коста-Рика, Турция, Кения. Эти страны имеют потенциально выгодные не исследованные месторождения.

В России это Ставропольский край и Дагестан, остров Сахалин и Курильские о-ва, Камчатка. В Беларуси определенный потенциал есть на юге страны, охватывая города Светлогорск, Гомель, Речица, Калинковичи и Октябрьский.

На Украине перспективными являются Закарпатская, Николаевская, Одесская и Херсонская области.

Достаточно перспективным является полуостров Крым, тем более что большая часть потребляемой им энергии импортируется извне.

Ответ

Плюсы:
* это экологично;
* при определённых условиях практически неиссякаемый источник энергии;
* не требует топлива от внешних источников, исключая этапы включения;
* не требует дополнительных трат, исключая необходимые;
* не портят пейзаж;
* могут служить для опреснения воды, если расположены у моря или океана.

Минусы;
* добиться разрешения на строительство нелегко;
* не везде геотермальные электростанции можно построить (точнее, не везде это делать целесообразно) — основной район их расположения — сейсмоактивные регионы;
* может остановиться из-за изменений земной коры или чрезмерного количества воды в нагнетательной скважине;
* через эксплуатационную скважину могут выделяться токсичные и горючие газы и минералы, содержащиеся в земной коре, избавиться от которых нелегко (хотя и можно собирать в некоторых случаях для последующей переработки в топливо).

Дата публикации: 4 января 2019

Сила геотермальных вод Земли — альтернативный источник энергии. Такой метод получения энергии задействуется в регионах, где геотермальные источники выходят на поверхность или располагаются в местах легкой досягаемости. Перед возведением станции на месте источников периметр оценивают с точки зрения инженерной и экономической целесообразности, а главное — безопасности. Турбины геотермальных станций приводит в движение пар, который выпускают гейзеры и вулканы. Отсюда следует, что геотермальные источники обычно располагаются в неустойчивых сейсмических зонах, а значит, безопасность — вопрос первостепенной важности.

Перспективы и преимущества геотермальной энергии

Схема строительства будущей ГеоТЭС, преобразующей энергию геотермальных вод Земли в электричество, зависит от источника, на котором станция будет возведена. Иногда инженерная задумка сводится к простому бурению скважины, а иногда требуется дополнительное оборудование и технологии для очищения пара от вредных выхлопов или твердых частиц. Принцип добычи электричества из источников прост: пар поднимается вверх по скважине, приводя турбины в движение, а после возвращается обратно в обсадную.

Геотермальные станции активно используются в промышленных масштабах, сельскохозяйственной деятельности, ЖКХ. С их помощью обогреваются и поливаются оранжереи, теплицы, различные аква-установки. Подземные источники служат для полива полей или поддержания необходимого уровня влажности для выращивания сельскохозяйственных культур. ГеоТЭС успешно задействуются в ЖКХ, заменяя собой традиционные электростанции. Крупнейшая ГеоТЭС построена в Кении. Она подает достаточно электричества, чтобы содержать город.

Геотермальные источники энергии: плюсы и минусы

Главный минус геотермальной энергетики кроется в самом происхождении энергии: станции строятся в сейсмически активных зонах. Проблема в том, что спрогнозировать пробуждение вулкана, землетрясение или движение почв — задача непростая. Возведение станции в таких местах — это всегда риски. А с учетом того, что строительство ГеоТЭС — дело затратное, возникает вопрос о целесообразности использования силы геотермальных вод Земли. Чтобы обойти риски, для возведения ГеоТЭС выбираются «спокойные» регионы, где последняя сейсмическая активность была замечена лишь в далеком прошлом. Разведка потенциальных месторождений ведется в более чем семидесяти странах. Например, в России это Ставропольский край, Камчатка, Сахалин. В Украине — Закарпатье, Одесская область, Херсон.

Преимущества:

• Внушительные запасы геотермальной энергии. Один из главных плюсов геотермальной энергии заключается в том, что при грамотной эксплуатации этот источник можно назвать возобновляемым.
• Экономия на топливе. ГеоТЭС не нуждается в дополнительных поставках топлива для своего функционирования.
• Экологичность. Геотермальные источники и станции, их эксплуатирующие, не выбрасывают вредные вещества. А те вредные вещества, которые могут возникать во время добычи энергии, собираются и перерабатываются (например, нефть или природный газ).
• Самообеспечение. Дополнительное топливо из сторонних источников требуется только для первого запуска станции. В дальнейшем ГеоТЭС может обеспечивать электричеством сама себя. Его вырабатывается достаточно и для поставок, и для самообеспечения.
• Экономичность эксплуатации. Станция не требует больших трат на свою эксплуатацию — только на плановое техническое обслуживание, ремонт и профилактику.
• Дополнительная польза. Если электростанция стоит на берегу моря, ее можно задействовать для опреснения воды. Вода дистиллируется за счет нагревания и охлаждения пара в ходе работы ГеоТЭС. В дальнейшем эту воду можно использовать для питься или искусственного орошения земель.
• Эстетический вид. ГеоТЭС не портят пейзаж, не нуждаются в большом землеотводе, а современные проекты даже добавляют виду эстетической завершенности.

Недостатки:

• Сложности при утверждении проекта. Проблемы возникают на всех этапах проектирования: поиска подходящего места, тестирования, получения разрешения от властей и местного населения.
• Остановка работы в любой момент. Сложно предугадать извержение вулкана или землетрясение. Работа станции может остановиться даже из-за естественных изменений в земной коре. Неудачный выбор места для возведения ГеоТЭС тоже не способствует долгой стабильной работе. Еще одна причина остановки — превышение нормы закачки воды в породу.
• Если не использовать фильтры для выбросов из источника, в окружающую среду могут попасть вредные вещества.

Исландия страна, где максимально используют геотермальную энергию. Очень интересная страна сама по себе. Давно хочу посетить и посмотреть как они там все так успешно обустроили. Миру нужно брать пример с этой странны.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.