Российское Энергетическое Агентство
| Вид материала | Документы |
- Российское Энергетическое Агентство, 1806.87kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1441.76kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1446.21kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1703.72kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1253.22kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 987.21kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 926.81kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1489.06kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1509.03kb.
- Российское Энергетическое Агентство, 1176.43kb.
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Дешевый, безопасный, экологический, но редкий способ получения электричества в промышленных масштабах
//Коммерсантъ Наука
№2 (2), 06.06.2011
Альтернативная энергетика
После Чернобыля мир не испугался и не прекратил строительство атомных электростанций. Мир решил, наверное, что это сработал специфически советский человеческий фактор. После катастрофы на АЭС "Фукусима" в Японии человечество осознало, что атомная энергия опасна даже в руках осторожных, ответственных, и технически продвинутых цивилизаций. Германия и другие страны ЕС уже думают о полном прекращении использования АЭС. Поэтому поиск новых, менее опасных источников энергии сейчас актуален как никогда. Одним из таких источников может стать тепло земли.
Сидим на грелке
Под наружной оболочкой Земли — земной корой — находится разогретая мантия, где, возможно, зарождаются вулканы (по другим теориям, вулканы зарождаются во внешней, расплавленной оболочке ядра). Горячая магма поднимается вверх по тектоническим трещинам и вступает в контакт с океанической водой, которая инфильтрируется из придонных областей океана в околомагматические зоны. Там вода нагревается, вбирает часть растворенных в магме газов — таких как сероводород и углекислый газ — и других химических веществ, захватывая и элементы из пород, сквозь которые она фильтруется. Увеличение содержания СО2 вызывает образование сильного адсорбента — кальциевого силикагеля, что ведет к изменению проницаемости водовмещающих комплексов и, в конечном счете, к тепловой и геохимической самоизоляции геотермальной системы. Считается, что наличие силикагеля обусловливает высокие концентрации разных веществ в термальных водах.
На континентах земная кора обычно очень мощная — до 70, иногда до 100 километров. Более древние магматические породы обычно перекрыты толстым осадочным чехлом, и магме его просто не прорвать. Там же, где земная кора тоньше — например, в зонах перехода от континентальной коры к океанической — магме, раскаленным газам и перегретому водяному пару легче выбраться на поверхность. Именно в таких районах случаются самые интересные геологические события наших дней — извержения вулканов, землетрясения, именно там фыркают и плюются гейзеры, дымят фумаролы, и именно там сравнительно легок доступ к подземным источникам тепла. Вообще-то наиболее активные проявления вулканизма отмечаются в областях, где кора тоньше всего — на дне океанов, в зонах срединно-океанических хребтов, но ни видеть, ни толком изучать, ни тем более использовать этот вулканизм мы пока не научились.
Основная часть территории России расположена на двух древних, 2,5 - 3,5 млрд лет, платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). Между ними лежит сравнительно молодая (всего 250-400 млн лет), но тоже надежная Западно-Сибирская плита. Поэтому в России районы с тонкой корой находятся только на дальних окраинах — на Камчатке и Курильских островах, которые входят в зону активных геологических процессов. "В областях современного вулканизма формируются и геотермальные месторождения, — говорит доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассопереноса ИВиС ДВО РАН Алексей Кирюхин. - Условия их формирования могут быть разными. Довольно часто работает правило: чем больше и активнее вулкан, тем меньше шансов найти в его окрестностях геотермальное месторождение (пример — вулкан Ключевский), чем крупнее геотермальное месторождение, тем меньше шансов увидеть в его пределах большой вулкан (пример — Долина гейзеров в Калифорнии)".
Области современного активного вулканизма в основном сосредоточены в так называемом Тихоокеанском огненном кольце — это практически все окраины Тихого Океана, включая Камчатку, Курилы, Японию, Индонезию, Филиппины, Анды и Кордильеры, цепочку Алеутских островов и архипелаг Огненная Земля. Все эти территории относятся к зонам самой молодой, альпийской складчатости, и на окраинах материков подвержены процессу субдукции — поддвиганию океанической коры под континентальную. В процессе субдукции окраинные участки континентальной коры вздымаются, формируя горные хребты, а "ныряющая" фронтальная зона тонкой океанической коры плавится, давая "сырье" для современных вулканов.
К зонам альпийской складчатости относятся также Альпы и Пиренеи, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи. Многие вулканы здесь уже прошли активную стадию, и в породах, перекрывающих остывающую магму, происходят постмагматические процессы. В таких районах затухающего или "дремлющего" вулканизма — который проявляется не столько извержениями, сколько работой гейзеров, фумарол, грязевых вулканов — как раз и существует возможность получения электричества в промышленных масштабах. В других, менее активных, областях, впрочем, тоже можно использовать земное тепло. Даже в стабильных платформенных областях встречаются источники термальных вод, да и геотермический градиент может быть достаточно высоким.
Креативная, дешевая и чистая технология
ссылка скрыта
Новозеландская геотермальная станция Ваиракеи открыта в 1958 году, первой после войны и второй в мире (самая первая построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году).Фото: National Geographic/Getty Images/Fotobank, National Geographic/Getty Images/Fotobank
Использовать геотермальное тепло можно по-разному. Во-первых, как древние римляне, можно непосредственно применять термальные воды для обогрева и ванн. Бесчисленные горячие источники в Европе ли, в Америке, на Филиппинах, — это проявления все тех же поствулканических процессов. В России тепло подземных вод используется для обогрева зданий и теплиц в Калининградской области, в Западной Сибири, в Краснодарском крае. Такое "прямое" использование тепла позволяет сэкономить и снизить нагрузку на окружающую среду.
Можно использовать тепловые насосы, позволяющие обогревать или охлаждать жилые дома за счет разницы температур между воздухом и грунтом. А можно — в дополнение к простому обогреву — построить геотермальную электростанцию и получать очень дешевую электроэнергию. В зависимости от геологических условий, — то есть от температуры пород, наличия и состава воды в них — могут использоваться разные типы гидротермоэлектростанций.
В некоторых случаях геотермальная энергия позволяет убить сразу нескольких зайцев. Например, "Шеврон" использует для ее получения горячие воды, выкачиваемые из недр вместе с нефтью. На поверхности раскаленная смесь воды и пара отделяется от нефти, сепарируется, пар вращает турбины и дает электроэнергию, вода же закачивается обратно в породу. Это позволяет одновременно решить проблему токсичных сбросов и поддержать давление в нефтяном пласте, тем самым улучшая его нефтеотдачу и увеличивая срок использования скважины.
Геотермальная энергетика, новая отрасль на стыке нескольких наук и промышленности, привлекает внимание ученых и практиков разных специальностей. Одни задумываются, как добыть редкие и благородные металлы, растворенные в горячих подземных водах. Может быть, именно в фазе охлаждения этих вод когда-нибудь и удастся извлечь золото и платину.
Другие изобретают способы применения низкотемпературных вод. Главный инженер ОАО "Геотерм" Дмитрий Колесников считает, что вскоре будет разработана технология вторичного использования сепарата, то есть частично охлажденной воды: "Ее можно будет использовать на любых промышленных предприятиях, где есть горячие стоки. Больших мощностей ожидать не стоит, но, во-первых, горячая вода идет на второй цикл, то есть снижается непроизводственное использование энергии, а во-вторых, можно будет решать проблему энергоснабжения самого предприятия".
Россия отличается стабильностью
ссылка скрыта
Первая в России геотермальная электростанция - Паужетская - введена в эксплуатацию в 1966 году.Фото: РИА НОВОСТИ, РИА НОВОСТИ
Геотермальная энергетика в России начала развиваться в 1960 годах. Тогда были построены первые — по сути, экспериментальные — электростанции. Паужетская ГеоЭС (11 МВт), на одноименном геотермальном месторождении была построена в 1967 году. "Эта электростанция служила как бы опытной площадкой, на ней опробовались технологии, испытывалась паро-водяная смесь", — рассказал Колесников. Неподалеку от нее расположены Мутновская ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновская (12 МВт) ГеоЭС. На Курилах, на островах Кунашир и Итуруп, тоже работают две относительно небольшие ГеоЭС — 6 и 2,6 МВт. Собственно, этим недлинным списком и ограничивается действующая российская геотермальная энергетика.
Не в силу политико-экономических или исторических причин, не потому, что за рубежом лучше головы или технологии, но исключительно из-за высокого уровня стабильности российского геологического устройства западные, восточные, юго-восточные и даже некоторые африканские страны оставили нас далеко позади в области геотермальной энергетики. В Исландии на геотермальных электростанциях получают 30% электроэнергии, на Филиппинах - более 25%, в Сальвадоре и Коста-Рике - около 15%, в Новой Зеландии и Никарагуа - 10%. В США доля "геотермального" электричества невелика, всего 0,3%, но по объемам выработки США опережают все остальные страны мира.
В США к широко известным геотермальным электростанциям в Калифорнии и Неваде в 2006 году добавилась маленькая, но необычная электростанция в самой что ни на есть глубокой американской глубинке — на Аляске, на курорте China Hot Springs. Хотя термальные источники там горячи для человека (74С), эта температура все же слишком низка для производства энергии по обычной технологии. Тем не менее, решение — применение бинарного цикла — было найдено: в теплообменнике природная вода отдает свое тепло специальному реагенту, который закипает даже при столь низкой температуре. Слегка охлажденная (примерно до 70 градусов) вода честно возвращается в исходный горизонт. За пять лет эксплуатации температура поступающей воды упала примерно на градус. Три генератора могут давать 650 кВт в час, что достаточно, например, для обслуживания целого поселка. Каждый генератор стоит около $800 000, и окупаемости за полгода ожидать не стоит. Но лет за 10 эти инвестиции окупятся даже при цене электричества в 6 центов за киловатт. Генератор, работающий на мазуте, "стоил" 30 центов за киловатт, так что разница очевидна.
А бинарная технология, использованная на Аляске, вообще-то изобретена в России еще в 1967 году, и использована на Паратунском геотермальном месторождении на Камчатке.
Экономика горячей воды
Как считает Дмитрий Колесников, преимущества геотермальной энергетики — в простоте процесса и дешевизне получаемой энергии. "Собственно, бурится скважина, из которой идет паро-водяная смесь, которая на станции сепарируется, пар вращает турбину, и дальше все работает как в обычной котельной", — объяснил он принцип работы.
Геотермальная энергия действительно обходится очень дешево, прежде всего за счет экономии на углеводородном сырье. Самое дорогое — это скважины и линии электропередач. Правда, там, где можно построить ГЭС, геотермальные электростанции будут не столь экономически привлекательными. Но в России мощнейшие ГЭС строились тогда, когда понятия частной собственности на землю не было. Сегодня, чтобы затопить гигантские территории, нужно будет их у кого-то выкупить, что сильно поднимет цену киловатт-часа. Да и землю жалко (поэтому современные ГЭС строятся в основном в горах, где площадь затопления минимальна). А вот при сравнении цены "геотермального" киловатт-часа с ценой электричества, вырабатываемого ТЭС, разница уже сегодня не в пользу углеводородной энергетики.
Экология соленой воды
Люди, которые занимаются геотермальной энергетикой, как-то с восхищением к ней относятся. Они понимают, что это сравнительно дешевый, сравнительно безопасный способ получения электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее, как и во всех отраслях промышленности, здесь есть свои проблемы.
Да, углеводородного топлива на ГеоЭС нет, но проблема отходов существует. "Отходы" — это остывшая подземная вода, часто сильно соленая. Ее нельзя сбросить в ближайшую речку, она слишком токсична. Кроме того, при изъятии материала из недр обычно повышается сейсмическая активность, и из-за сейсмодислокаций приток пароводяной смеси на поверхность может вообще прекратиться. "Воды у нас (на Паужетской электростанции) — 1000 тонн в час, в идеале должен быть замкнутый цикл, на поверхность мы эту воду сливать не можем. Воду — сепарат — мы закачиваем обратно в пласт. Правда, не в то место, откуда мы ее берем, иначе мы быстро охладим "дающий" участок. Поэтому закачиваем не в него, а в соседние зоны", — объясняет Колесников.
В связи с высокой агрессивностью горячих подземных вод возникает проблема коррозии, износа оборудования. Но с коррозией, по мнению Колесникова, бороться можно — надо просто правильно подбирать материалы.
Геотермальную энергию добывать не всегда легко. Часто геотермальные месторождения находятся в труднодоступных местах или в зонах повышенной сейсмической активности. В сейсмически активных зонах постройка ГеоЭС не только сопряжена с угрозой для работников, но может оказаться экономически бессмысленной: при структурных подвижках геотермальное месторождение может просто исчезнуть или поменять режим так, что работа станции станет невыгодной.
Геотермы вообще недостаточно изучены. Поверхностные, более легкодоступные геотермы часто имеют довольно короткий срок жизни. Исследования же глубоко залегающих, более крупных геотермальных месторождений требуют больших средств. Пока российская экономика живет за счет высоких цен на углеводородное сырье, научные и практические работы по геотермам будут оставаться недофинансированными. Это приведет к тому, что Россия, некогда первой применившая бинарную технологию, вновь окажется в хвосте, как и со сланцевым газом.
"Хотим, не хотим, а развивать будем"
Вряд ли геотермальная энергия придет в каждый дом. В России, во всяком случае, не завтра. Низкотемпературные технологии получения электричества пока еще дороги, а самое главное — в платформенных областях, где проживает большая часть населения России, горячие напорные подземные воды редки. Поэтому в ближайшее время можно ожидать только развития применения тепловых насосов, которые позволяют напрямую использовать тепло земли.
Возможности для постройки ГеоТЭС, кроме Камчатки и Курил, существуют на Урале, в Краснодарском крае, на Ставрополье. Анализируются возможности строительства ГеоЭС в южных областях Западной Сибири. "А вообще, должна быть энергетическая стратегия по регионам, комплексный подход. Если есть возможность построить геотермальную электростанцию — надо строить: это и дешевая энергия, и отсутствие потребности в углеводородном сырье", — считает Колесников.
Алексей Кирюхин уверен, что геотермальную энергию можно получать всюду — вопрос в количестве и качестве. Но, конечно, для гидротермальных электростанций главным ограничивающим фактором еще долго будет служить строгая привязанность к источникам тепла.
Даже если экономия на геотермальной электроэнергии окажется меньше ожидаемой, выигрыш для природы очевиден. Валентина Свалова из Института геоэкологии РАН в работе "Геотермальные ресурсы России и их комплексное использование" показала, что если за счет геотермальной энергетики удастся достичь выработки электричества в 7800 ГВт.ч, то это позволит сэкономить 15,4 млн баррелей нефти, что исключит выброс приблизительно 7 млн тонн СО2.
Возобновляемость и дешевизна делают геотермальную энергию крайне привлекательной. "Хотя геотермальные электростанции имеют более низкий потенциал, дают меньшую мощность, они не требуют использования углеводородного сырья, — повторяет Колесников. — Ситуация с нефтью понятна, цены будут только расти, поэтому, хотим мы или не хотим, а геотермальную энергетику развивать будем".
Суммарная мощность геотермальных электростанций
Страна Установленная
мощность,
(МВт)
США 3,086
Филиппины 1,904
Индонезия 1,197
Мексика 958
Италия 843
Новая Зеландия 628
Исландия 575
Япония 536
Сальвадор 204
Кения 167
Коста-Рика 166
Никарагуа 88
Россия 82
Турция 82
Папуа - Новая Гвинея 56
Гватемала 52
Португалия 29
Китай 24
Франция 16
Эфиопия 7,3
Германия 6,6
Австрия 1,4
Австралия 1,1
Тайланд 0,3
ссылка скрыта