Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика в России и мире

Геотермальная энергия – это надежный и возобновляемый источник электричества и тепла. Этот источник, в отличие от солнца или ветра, доступен всегда. Это возобновляемый источник энергии, т.к. осадки возвращают охлажденную воду на место горячей, которая выходит на поверхность. Недостаток геотермальной энергии – проблема выбросов CO2. Насосы, поднимающие воду на поверхность, – электрические. Геотермальные электростанции значительно снижают использование ископаемого топлива.

Геотермальные источники подразделяют на сухой горячий пар, влажный горячий пар и горячую воду. Можно выделить четыре основных типа ресурсов геотермальной энергии:

  • поверхностное тепло земли, используемое тепловыми насосами;
  • энергетические ресурсы пара, горячей и теплой воды у поверхности земли, которые сейчас используются в производстве электрической энергии;
  • теплота, сосредоточенная глубоко под поверхностью земли;
  • энергия магмы и теплота, которая накапливается под вулканами.

Геотермальные электростанции

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном пару (рис. 3.1). Пар поступает непосредственно в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию.

Геотермальная паровая электростанция
Рис. 3.1. Геотермальная паровая электростанция

Использование пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива. Также отпадает необходимость в транспортировке и хранении топлива. Это старейший тип геотермальных электростанций. Первая такая электростанция была построена в Лардерелло (Италия) в 1904 году. Она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С) (рис. 3.2).

Гидротермальная электростанция
Рис. 3.2. Гидротермальная электростанция

Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии

Большинство геотермальных районов содержат воду умеренных температур (ниже 200 ºС). На электростанциях с бинарным циклом производства эта вода используется для получения энергии (рис. 3.3).

Геотермальная электростанция с бинарным циклом
Рис. 3.3. Геотермальная электростанция с бинарным циклом

Горячая геотермальная вода и вторая, дополнительная, жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Вода умеренной температуры является наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

Преимущества и недостатки геотермальных электростанций

Применение геотермальных источников является довольно перспективным направлением возобновляемой энергетики ввиду низкой стоимости вырабатываемой ими энергии. Потенциал геотермальных источников намного превышает запасы органического топлива (по некоторым данным в 10-15 раз). Геотермальная энергетика должна занять важное место в общем балансе использования энергии. Широкомасштабное внедрение новых схем теплоснабжения с тепловыми насосами с использованием низкопотенциальных источников тепла позволит снизить расход органического топлива на 20-25 %.

Однако следует отметить, что регионы использования геотермальных электростанций ограничены наличием геотермальных источников. По этой причине использование геотермальной энергии возможно, в частности, для реструктуризации и перевооружения энергетики регионов с собственными геотермальными ресурсами.

Геотермальная энергетика в России и мире

По данным исследования 2010 года, проведенного итальянской электросетевой компанией ENEL, геотермальные электростанции производят 8900 мегаватт электроэнергии в 24 странах мира. Наибольшего прогресса в этом вопросе достигли США, Филиппины, Мексика, Италия, Япония. При этом в США производится большая часть (32 %) такого вида энергии.

В 1904 году в Италии ввели в промышленную эксплуатацию первую геотермальную электростанцию мощностью 7,5 МВт. За более чем сто лет накоплен немалый опыт в области практического освоения геотермальных энергоресурсов. В 1950 г. правительство Новой Зеландии начало изучение возможности использования геотермальных источников Ваиракеи для получения электричества. На Ваиракеи находятся гейзеры, горячие источники и грязевые бассейны. В 1958 году открылась геотермальная электростанция Ваиракеи, вторая в мире. Крупнейшая геотермальная электростанция называется Гейзеры, находится она недалеко от города СантаРоза в штате Калифорния. Эта станция открылась в 1960 году. Хотя самих гейзеров на станции нет, в регионе есть много паровых скважин. Гейзеры производят около 750 мегаватт электроэнергии – этого достаточно для электроснабжения такого города, как Сан-Франциско.

С 2000 года по 2015 год объем получаемой геотермальной энергии во Франции, России и Кении утроился. В таких странах, как Филиппины, Исландия, Сальвадор из геотермальных источников получают 25% потребляемой электроэнергии, в Тибете – 30%.

Технико-экономические параметры ГеоТЭС изменяются в довольно широких пределах и зависят от геологических характеристик местности (глубины залегания, параметров рабочего тела, его состава и т.д.). Для большинства введенных в эксплуатацию ГеоТЭС себестоимость электроэнергии является примерно равной себестоимости электроэнергии, получаемой на угольных ТЭС.

Первая геотермальная электростанция в России была построена в 1966 году на Паужетском месторождении на Камчатке с целью электроснабжения окрестных поселков и рыбоперерабатывающих предприятий. Причем, по мнению специалистов, именно благодаря использованию геотермальных источников Озерновский рыбокомбинат смог сохранить рентабельность в сложных экономических условиях. В настоящий момент камчатская геотермальная система может обеспечить энергией электростанции мощностью до 250-350 МВт. Однако данный потенциал используется только на четверть.

Геотермальные ресурсы Курильских островов на данный момент позволяет получать 230 МВт электроэнергии, что может обеспечить все потребности региона в энергетике, тепле, горячем водоснабжении.

Геотермальные ресурсы Российской Федерации
Рис. 3.4. Геотермальные ресурсы Российской Федерации

Наиболее перспективными регионами для применения геотермальных источников в России являются юг России и Дальний Восток (рис. 3.4). Огромный потенциал геотермальной энергетики имеют Кавказ, Ставрополье, Краснодарский край. Здесь практически в любой точке возможно начать разработку месторождений геотермальных вод с температурой от 70 до 126 ºС. Причем вода выходит на поверхность под естественным давлением, что существенно сокращает расходы на насосное оборудование. В настоящее время в Дагестане 30% жилого фонда отапливается и снабжается водой благодаря геотермальным источникам. Данный показатель даже в современных условиях может быть увеличен до 70%.