Энергоэффективный Пермский Край

Геотермальная система теплоснабжения с использованием солнечной энергии и тепловых насосов

Теплоснабжение, организованное на основе использования горячей воды подземных водоносных слоев различной глубины, позволяет применять для отопления как тепло солнечной радиации, так и энергию других возобновляемых источников энергии.

В. А. Бутузов, доктор техн. наук, генеральный директор ОАО «Южгеотепло» (г. Краснодар),
Г. В. Томаров, доктор техн. наук, генеральный директор ЗАО «Геотерм-ЭМ» (Москва),
В. Х. Шетов, доктор экон. наук, директор ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» (г. Краснодар)

Теплоснабжение, организованное на основе использования горячей воды подземных водоносных слоев различной глубины, позволяет применять для отопления как тепло солнечной радиации, так и энергию других возобновляемых источников энергии. В статье дается краткий обзор строительства в России геотермальных систем теплоснабжения и рассказывается об опыте реализации в Краснодарском крае уникального проекта создания такой системы с использованием энергии солнечной радиации и тепловых насосов, целью которого была адаптация к российским условиям совместного применения российских и зарубежных энерготехнологий, работающих на нетрадиционных источниках энергии.

Геотермальные источники энергии вносят ощутимый вклад в обеспечение экологически чистой и рациональной энергией. К настоящему времени в мире построены геотермальные электростанции* (ГеоЭС) общей установленной мощностью 8 912 МВт, в том числе энергоблоки единичной мощностью 110 МВт, а суммарная мощность геотермальных систем теплоснабжения достигает 28 000 МВт [1].

Россия обладает значительными запасами геотермальных ресурсов. Имеется опыт разработки и строительства ГеоЭС и геотермальных систем теплоснабжения. На Камчатке и Курильских островах много лет успешно эксплуатируется пять ГеоЭС, самая мощная из которых (50 МВт) – Мутновская – обеспечивает до 30 % всей потребляемой Камчат-кой электрической энергии [1]. Геотермальные системы теплоснабжения эксплуатируются на Камчатке, Курилах, в Дагестане, в Ставропольском и Краснодарском краях. Для этих целей ежегодно добывается до 30 млн м3 геотермальной воды с температурой 80–110 °С [2]. Также следует отметить, что наибольшее количество геотермальной воды добывается и используется в Краснодарском крае.

В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений, где пробурено 79 скважин с температурой теплоносителя на устье 75–110 °С и тепловой мощностью до 5 МВт. На рис. 1 приведены значения тепловой мощности и годовой выработки тепловой энергии основных геотермальных месторождений Краснодарского края [3].

Рисунок 1.
Тепловая мощность и годовая выработка тепловой энергии геотермальных месторождений Краснодарского края

В соответствии с программой, утвержденной законодательным собранием Краснодарского края, ведется работа по широкому внедрению геотермальных ресурсов в экономику региона. Разработаны концепция развития геотермального теплоснабжения, бизнес-планы геотермального теплоснабжения г. Лабинска, Усть-Лабинска, Горячего Ключа, Апшеронска, Анапы, пос. Мостовского [2], в основу которых заложен принцип высокоэффективного комплексного использования геотермальных ресурсов в энергообеспечении жилищно-коммунальных хозяйств, промышленных предприятий и объектов социально-бытового и лечебно-оздоровительного назначения. Наибольшим потенциалом обладают Вознесенское и Южно-Вознесенское месторождения (50 МВт), разделение которых носит условный характер.

С целью адаптации и отработки совместного применения российских и зарубежных энерготехнологий, использующих различные возобновляемые нетрадиционные источники энергии в Краснодарском крае, реализуется уникальный проект создания геотермального теплоснабжения пос. Розовый. В соответствии с бизнес-планом и проектно-сметной документацией система геотермального теплоснабжения пос. Розовый включает гелиоустановки для обеспечения горячего водоснабжения в летний период, когда геотермальные скважины не работают, накапливая гидропотенциал. Кроме того, в технологической схеме используется тепловой насос и фотоэлектрические модули.

Рисунок 2.
Структурная схема геотермального теплоснабжения

Структурная схема системы геотермального теплоснабжения показана на рис. 2. В нее входят:

– две геотермальные скважины (3Т, 4Т) с общим расчетным дебитом 1 718,4 м3/сут. с повысительными насосами и баками;
– магистральные тепловые сети от скважин до ЦТП (Ду = 150 мм) общей протяженностью 1,6 км;
– центральный тепловой пункт тепловой мощностью 5,28 МВт с теплообменным и насосным оборудованием;
– гелиотеплонасосная установка производительностью 8–20 м3/сут. при температуре ГВС 55 °С;
– распределительные тепловые сети диаметром 32–150 мм общей протяженностью 12 км;
– сливной трубопровод обработанной геотермальной воды Ду = 200 мм, длиной 0,465 км;
– насосная станция аварийного расхолаживания;
– сети электроснабжения 10–0,4 кВ;
– трансформаторная подстанция 150 кВт;
– АСУ системы геотермального теплоснабжения.

Особенностью геотермальных скважин является снижение давления на устье до 3 м вод. ст. в отдельные дни отопительного сезона. Предусмотрены насосы с частотно-регулируемым приводом, баки разрыва струи, приборы учета тепловой энергии. Конструкция скважинного сборно-разборного павильона позволяет производить капитальный ремонт скважины.

Центральный геотермальный тепловой пункт запроектирован в центре тепловых нагрузок. Подключение системы теплоснабжения к геотермальным скважинам выполнено по независимой схеме. Расчетные температурные графики потребителей поселка 90–60 °С определяются существующими системами отопления. Система теплоснабжения поселка двухтрубная с открытым водоразбором на горячее водоснабжение. Геотермальная вода после нагрева теплоносителя системы теплоснабжения поселка поступает в теплообменники теплиц, работающих с расчетным температурным графиком 60–30 °С. Охлажденный геотермальный теплоноситель сбрасывается в существующий пруд.

Проектом предусмотрена насосная станция аварийного расхолаживания. В здании ЦТП помимо технологического оборудования предусмотрены помещения для демонстрационного центра технологий использования ВИЭ.

Проектом предусматривается на первом этапе сброс обработанной геотермальной воды в пруд, а на втором – ее обратная закачка. Для восстановления внутрипластового давления месторождения в летнее время запроектирована гелиоустановка для горячего водоснабжения с тепловыми насосами «воздух-вода» для нагрева воды при пасмурной погоде. На рис. 3 представлена схема данной гелиотеплонасосной установки с фотоэлектрическим приводом насосов. Солнечные коллекторы расположены на навесе на высоте 3,5–4,2 м над землей. Для электроснабжения циркуляционных насосов гелио-установки запроектированы фотоэлектрические преобразователи установленной мощностью 1 кВт.

Рисунок 3.
Схема гелиотеплонасосной установки

1 – солнечные коллекторы
2 – фотоэлектрические преобразователи (ФЭП)
3 – драйкулеры
4 – насос контура ТН
5 – тепловой насос (ТН)
6 – насос ТН-теплообменник
7 – тепловычислитель
8 – расходомер
9 – термодатчик
10 – теплообменник ТН
11 – насос контура теплообменника
12 – насос ГВС
13 – бак-аккумулятор
14 – инвентор ФЭП
15 – электродвигатель
16 – насос гелиоконтура

При работе над этим проектом были решены следующие основные задачи:

– надежное обеспечение теплоснабжения объектов в условиях переменного дебита скважин;
– каскадное срабатывание теплового потенциала геотермального теплоносителя последовательно в системах отопления жилых домов и далее в теплицах;
– восстановление давлений скважин в межотопительный период за счет работы на горячее водоснаб-жение гелиотеплонасосной установки;
– устойчивое горячее водоснабжение в межотопительный период от комбинированной солнечной водонагревательной установки с тепловыми насосами, использующими тепло воздуха;
– выделение отдельных контуров теплоснабжения объектов по этажности и назначению (теплицы).

Литература

1. Поваров О. С., Томаров Г. В. Развитие геотермальной энергетики в России и за рубежом // Теплоэнергетика. – 2006. – № 3.
2. Шетов В. Х., Бутузов В. А. Геотермальная энергетика // Энергосбережение. – 2006 – № 4. – С.70–71.
3. Бутузов В. А. Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии. Дис… д-ра техн. наук. – М., 2004.

Источник: www.abok.ru

Геотермальный центр: Экономия для гиганта

Компания Land Securities, один из крупнейших британских операторов на рынке недвижимости, оборудовала новый торгово-развлекательный центр в Лондоне инновационной геотермальной системой, служащей для охлаждения и нагрева здания.

Компания Land Securities, один из крупнейших британских операторов на рынке недвижимости, оборудовала новый торгово-развлекательный центр в Лондоне инновационной геотермальной системой, служащей для охлаждения и нагрева здания.

Под зданием торгового центра One New Change протянулось около 60 км трубопроводов – достаточно, чтобы 140 раз обернуть вокруг знаменитого колеса обозрения London Eye. Система служит для передачи тепла между помещениями центра и грунтом, а также грунтовыми водами в двух скважинах, уходящих на глубину 150 метров.

One New Change – не первое здание Land Securities, оборудованное геотермальной системой отопления и кондиционирования, но этот проект, разработанный и реализованный совместно с компанией Geothermal International, самый масштабный.

Восьмиэтажный торговый центр площадью более 50 тыс. квадратных метров вмещает 60 магазинов и ресторанов, а также множество офисных помещений, в которых могут работать около 3000 сотрудников.

Архитектор Жан Нувель (Jean Nouvel), проектировавший One New Change, придал ему футуристический образ, который отлично вписывается в местный ландшафт, соблюдая один из основных принципов лондонского градостроительства – обеспечение вида на собор Святого Павла.

Ожидается, что геотермальная система позволит сэкономить на счетах за электроэнергию около £300,000 в год.

Источник: Популярная механика

Европейские страны в поисках энергии земли

Геотермальная энергетика на сегодняшний день имеет огромные перспективы, ведь тепло, скрытое в недрах земли, является неисчерпаемым источником. Таким образом, пар и горячая вода, получаемые из внутреннего тепла земли, могут быть использованы для выработки электроэнергии и теплоснабжения.

Для того чтобы добыть подземную энергию, требуется пробурить глубокую скважину, через которую можно откачать воду или выпустить пар на поверхность. Но в некоторых случаях для получения геотермальной энергии могут быть использованы также постоянные температуры вблизи поверхности Земли.

На сегодняшний день лидером по использованию геотермальной энергии является Исландия, где годовое энергоснабжение за счет возобновляемых источников превосходит традиционное электроснабжение приблизительно на 500 МВт. Не отстает от Ислании и Германия: здесь от геотермальной энергии получают 100 МВт тепла. В Италии ученым видится перспективным район Траваль, где могут быть успешно использованы местные геотермальные резервуары. Предположительный потенциал вырабатываемой там энергии может быть равен потенциалу около 1000 ветроэлектростанций.

На международной заключительной конференции “I-GET” (Комплексная геофизическая разведка технологий для глубоких трещин геотермальных систем) в Потсдаме вопрос использования энергии земли обсуждался очень живо. Страны Евросоюза заинтересованы в разработке возобновляемых источников энергии, и геотермальная энергетика находится не на последнем месте по актуальности. Семь европейских стран-участников конференции планируют разработку большого количества геотермальных резервуаров с дальнейшим использованием их для выработки энергии.

По мнению главы геотермальных исследований в институте GFZ (Немецкий исследовательский центр наук о Земле), доктора Эрнста Хьюнгса, сегодня существуют передовые методы, которые помогают нам осуществлять выбор мест для будущих геотермальных проектов без риска ошибочной установки дорогостоящих буровых вышек.

Разработанные методы использовались в освоении четырех европейских геотермальных точках. Они являются сочетанием различных геологических и тепло-динамических условий. Высокотемпературные водохранилища были проверены в Травале (Италия) на метаморфические породы и в исландском Хенгилле (вулканические породы). Также изучаются два месторождения со средней температурой глубоких отложений пород в Гросс-Шёнебек (Германия) и Скерневицах (Польша).

Результаты проекта “I-GET” имеют огромное значение для всего мира. Геотермальные эксперты из Индонезии, Новой Зеландии, Австралии, Японии и США также принимали участие в проекте. Там присутствовали 120 ученых и представителей индустрии из 20 стран.

Надежные геотермальные технологии пользуются спросом во всем мире. Даже страны, имеющие многолетний опыт работы в геотермальной энергетике, такие как Индонезия и Новая Зеландия, заинтересованы в результатах, приобретенных в “I-GET” – говорит д-р Эрнст Хьюнгс. Таким образом, мы надеемся, что этот проект даст необходимый толчок для геотермальных исследований. Сегодня GFZ основывает Международный центр по Геотермальным исследованиям, который будет сосредоточен на выполнении приложений, ориентированных на крупномасштабные проекты на национальном и международном уровне.

Российский рынок геотермальных тепловых насосов

В связи и истощением традиционных энергоносителей и обеспокоенностью мирового сообщества вопросами защиты окружающей среды, развитие возобновляемой энергетики (ВЭ) приобретает все большую актуальность. Для многих стран, среди которых США, Канада, Франция, Германия, Швеция, Великобритания, Норвегия, Италия, Китай, Япония и т.д., ВЭ уже в настоящее время является важным компонентом энергообеспечения.

Одним их приоритетных направлений развития альтернативной энергетики в мире является освоение низкопотенциальной энергии Земли (тепла грунта, грунтовых вод и поверхностных водоемов, аккумулированное в поверхностных слоях земной коры).

Низкопотенциальные геотермальные ресурсы (НГР) могут использоваться для обеспечения тепло- и хладоснабжения (кондиционирования), горячего водоснабжения зданий и сооружений всех типов, а также энергоснабжения технологических процессов. Технология их освоения заключается в использовании систем извлечения энергии, ее обработки и доставки теплоносителя к потребителю. Главным компонентом подобных систем являются геотермальные тепловые насосы (ГТН).

Геотермальные тепловые насосы представляют собой устройства, осуществляющие обратный термодинамический цикл, благодаря чему низкопотенциальная энергия переносится на более высокий уровень.

Помимо геотермального тепла, источником энергии для тепловых насосов может служить тепло сточных и оборотных вод, что позволяет параллельно решать проблему эксплуатации вторичных энергоносителей.

На сегодняшний день используются парокомпрессионные геотермальные тепловые насосы (ПТН), работающие на хладонах, и адбсорционные геотермальные тепловые насосы (АТН), в которых рабочими веществами выступают вода и водный раствор бромистого лития. Однако, в связи с меньшей эффективностью и сложностью конструкции, АТН не получили распространения.

Основными элементами парокомпрессионного теплового насоса являются компрессор, конденсатор, теплообменник, испаритель и регулятор потока. Рабочее тело – хладон – может находиться в жидком или газообразоном состоянии.

В зависимости от комбинации «источник низкопотенциальной энергии-агрегатное состояние рабочего тела» выделяют четыре типа ПТН: «грунт-вода», «грунт-воздух», «вода-вода», «вода-воздух».

Главные технические характеристики геотермальных насосов – коэффициент преобразования (КП, рассчитывается как соотношение полученной и затраченной энергии) и тепловая мощность (количество вырабатываемого тепла).

По уровню тепловой мощности ПТН делятся на маломощные (до 20 кВт), среднемощные (21-100 кВт) и высокомощные (свыше 100 кВт).

Системы теплохладоснабжения и горячего водоснабжения на базе ПТН делятся на:

• открытые, работающие посредством перекачивания грунтовых вод;

• замкнутые, использующими тепло грунта или наземных водоемов и работающие на основе циркуляции рабочего тела по замкнутому контуру, находящему под землей (теплообменнику).

Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на системы с горизонтальным теплообменником и с вертикальным теплообменником.

Мировая практика использования парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов насчитывает уже около 50 лет. Главными драйверами мирового рынка стали удорожание цен на традиционные энергоносители и государственное стимулирование их потребления. Объем мирового рынка парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов, который на протяжении последних 10 лет ежегодно увеличивался на 10-30%, к 2008 г. достиг 245 тыс. шт. Основную часть мирового рынка составляют ПТН типа «грунт-вода/воздух».

Лидерами по объему потребления тепловых насосов являются страны Северной Америки – США и Канада, на которые приходится более половины установленных ПТН. В последние годы наиболее активно продвигался в этом направлении Азиатский регион, в частности, Китай, где рост рынка был обусловлен введением государственной поддержки и подготовкой к прошедшей Олимпиаде 2008 г.

Россия, несмотря на значительный возможности использования ГТН, значительно отстает от мировых лидеров.

Первая попытка внедрения парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов была сделана еще в конце 1980-х, но тогда технология не получила развития из-за экономической нецелесообразностм, вытекающей из наличия значительных запасов и дешевизны энергетических ресурсов на территории страны.

Возобновление интереса к тепловым насосам началось в 2000-х. За период с 2004 по 2007 г. объем российского рынка парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов увеличился с 46 шт. до 627 шт. совокупной тепловой мощностью 15,65 МВт.

Драйверами рынка стали:

• повышающееся напряжение в области энергоснабжения;
• рост объема ВВП;
• рост государственной поддержки развития возобновляемой энергетики;
• рост объемов строительства и увеличение автономных систем энергообеспечения.

Экономический кризис затормозил развитие российского рынка геотермальных тепловых насосов: объем потребления уже в 2008 г. сократился более, чем в 2 раза, а в 2009 году - еще на 26%.

Столь сильную подверженность влиянию кризиса можно объяснить молодостью рынка, слабой известностью технологии, а также тем, что установка тепловых насосов в настоящее время - это скорее дополнение к традиционным системам тепло- и энергоснабжения, нежели самостоятельная технологии, соответственно, в условиях нехватки средств, на ней экономили даже энтузиасты.

Основной объем российского потребления приходится на жилищно-коммунальный и инфрастуктурный (торговые, гостиничные, санаторно-курортные объекты и т.д.) секторы. Все чаще геотермальные тепловые насосы применяются и в индивидуальном жилищном строительстве. В промышленном строительстве также наметилась тенденция к увеличению спроса на тепловые насосы, что является следствием стремления компаний к сокращению собственных издержек. Например, на предприятиях «Руспромавто», «СеверстальАвто» внедряется система «Бережливое производство», разработанная и успешно действующая в автомобильном концерне Toyоta.

Наибольшим спросом пользуются мало- и среднемощные парокомпрессионные геотермальные тепловые насосы.

Структура потребления относительно типов ПТН выглядит следующим образом: 86% – «грунт-вода/воздух», 14% – «вода-вода/воздух».

Что касается географии потребления, то лидируют Московская, Ленинградская, Нижегородская, Новосибирская, Тюменская, Смоленская области, Краснодарский и Приморский край.

Среди крупных проектов по внедрению ПТН можно назвать следующие:

• жилой дом в микрорайоне Никулино-2 Москвы;
• ООО «Первый Чешско-Российский Банк» (Москва);
• ОАО «Ирбис» (Московская область);
• торговый центр «Радуга» (Санкт-Петербург);
• торговый центр «Европа» в г. Калининград;
• торговый комплекс «Охотный ряд» (Москва);
• торговый центр «Версаль» в г. Новосибирск;
• торговый комплекс в г. Находка;
• гостиница в г. Сочи;
• административно-гостиничный центр площадью в г. Краснодар;
• средняя школа №2 площадью в г. Усть-Лабинске;
• административный центр площадью в г. Краснодар;
• гостиница площадью в г. Адлер;
• сеть супермаркетов «Ашан» (Мытищи, Марфино, Теплый Стан, Красногорск, Марьино, Алтуфьево, Рязанский проспект)
• храм Казанской иконы Божией Матери в г. Находка;
• торговый центр в г. Кропоткин;
• административно-производственное здание в г. Краснодар;
• гостиница в Туапсинском районе Краснодарского края;
• система отопления поселка Первомайское, г. Наро-Фоминск.

Имеется и опыт эксплуатации теплонасосных установок утилизации тепла сбросных и оборотных вод, первая из которых была запущена в 2001 г. на шахте «Осинниковская» ОАО УК «Кузнецкуголь».

Главная тенденция рынка парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов – ужесточение конкурентной среды. Сейчас ведущие позиции занимают импортные поставщики (IVТ Vаrmepumpar, Thermia, Mammoth, Stiebel Eltron International GmbH.), но в последние годы стало появляться достаточно много отечественных производителей. Молодые компании очень динамичны и активно пользуются маркетинговыми инструментами для своего продвижения, тем не менее, пока наибольший объем продаж остается за предприятиями, работающими на рынке с 1990-2000-х годов – ЗАО «НПП «Энергия», ОАО «Киров-Энергомаш», ОАО «ФГУП «Рыбинский завод приборостроения».

В целом, несмотря на спад вследствие финансово-экономического кризиса в 2008-2009 гг. российский рынок парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов обладает большим потенциалом. В настоящее время утверждена Энергетическая стратегия России на период до 2030 г., предусматривающая масштабное внедрение геотермальных тепловых насосов в жилищно-коммунальном хозяйстве страны. Долгосрочные перспективы рынка будут определяться успешностью реализации данной стратегии. В краткосрочной перспективе рост рынка будет ограничиваться нестабильностью экономического положения в стране. Тем не менее, в 2010-2014 гг. ожидается увеличение потребления парокомпрессионных геотермальных тепловых насосов в Центральном и Южном федеральных округах, связанное с реализацией региональных программ по энергосбережению, а также предстоящей сочинской Олимпиадой.

Если источник тепла для геотермального насоса выбран правильно (максимальный перепад температур), достигается его высокая производительность при низких эксплутационных расходах. Недостатки геотермальных электроустановок:

- редкий набор геологических условий местности, подходящей для строительства электростанции;
- возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности;
- подземные газы могут содержать ядовитые для человека вещества.

Источник: Energyland.info

Энергетический сюрприз Аляски: Ток из-под земли

История о том, как на одном глухом провинциальном курорте, где ежедневно тратилось по 1000 долларов только на солярку для дизель-генератора, научились экономить эти деньги, докопавшись до таких природных ресурсов, на которые обычно никто не обращает внимания.

Когда хладагент рвется через турбину на скорости в полторы тысячи километров в час, энергоустановка ревет, как реактивный самолет. Действующее здесь оборудование не слишком громоздко, однако от этого рева в ангаре некуда деться, так что инженер-механик Гвен Холдман вынуждена кричать: «Все, что вы тут видите, полностью в духе Аляски. Без лишнего лоска, с облезлой краской. Но оно настоящее». Я кладу руку на стальной люк, закрывающий отсек испарителя, и чувствую на ощупь тепло циркулирующей внутри воды. Тепло и вода – новые и самые многообещающие энергоресурсы Аляски.

Глухое курортное местечко Чена-Хот-Спрингc почти в сотне километров к северо-востоку от города Фэрбанкс. Именно десь расположена первая геотермальная электростанция на Аляске, а главное, нет больше нигде во всем мире станций, которые могли бы извлекать энергию из такой низкотемпературной воды.

Тепло, накопленное в глубинах земной коры, – это в 50 000 раз больший запас энергии, чем содержится во всех месторождениях нефти и газа вместе взятых. Если эту энергию правильно употребить, она послужила бы идеальным источником, покрывающим все наши базовые потребности. Геотермальная энергетика несравненно чище, чем сжигание ископаемого горючего, этот источник более стабилен, чем такие альтернативные направления, как энергия приливов, ветра, морских волн и даже солнца. На сегодня геотермальные электростанции в Соединенных Штатах Америки производят около 3000 мегаватт электроэнергии. Но практически вся эта энергетика базируется на источниках с температурой как минимум 1500С.

Вода, которая поднимается через трещины в граните под поселком Чена, имеет температуру всего лишь 740С. Специалисты были уверены, что из такой воды невозможно извлекать энергию. Однако у обитателей поселка оказались очень серьезные мотивы, чтобы опровергнуть это мнение, – ведь ближайшая высоковольтная линия проходит в 50 км, а дизель-генераторы сжирают каждый день на $1000 солярки. Сегодня «чуть тепленькая» водичка не только выдает электроэнергию, но вдобавок еще и греет курортные здания, поддерживает жизнь в теплицах, а кроме того, в течение всего года не дает оттаять «ледяному музею». По всей Аляске, да и на остальных территориях можно найти тысячи подобных геотермальных источников с не очень высокой температурой воды. Если на них поставить такие электростанции, как в Чене, они смогли бы производить десятки тысяч мегаватт энергии.

«Я думаю, что здесь, на Аляске, у нас есть все шансы стать лидерами в строительстве новой экономики на основе возобновляемых источников энергии, – говорит Гвен Холдман. В ее голосе слышится и практическая хватка, и романтический пафос. – В наших деревнях цены на энергию взвинчивают до немыслимых высот. Бывает по доллару за киловатт-час. С одной стороны, для многих это полная катастрофа, а с другой – весомый и реальный стимул». У входа в ангар она останавливается и делает паузу. «Мы ведь нефтедобывающий штат, и то нам жалко зря тратить энергию. А ведь пройдет немного времени, и вся остальная страна спохватится и ринется за нами вдогонку».

Поселок Чена-Хот-Спрингс уютно расположен в глубокой долине, поросшей березняком и осинами. В центре комфортабельная, благоустроенная туристическая база, развлекательный центр. Кроме того, здесь живет большая стая ездовых собак, рядом километровое кроссовое кольцо, разнообразные надворные постройки, а в настоящий момент еще и лось, безмятежно пасущийся рядом с геотермальной скважиной.

В этой обстановке Гвен Холдман выглядит своим человеком. С собачьей упряжкой она управляется как истинный профессионал, а потому живет на отшибе – с мужем и восемью десятками ездовых собак. На работу ездит на джипе Liberty, а заправляет свой дизель растительным маслом. Четыре года назад ее пригласили в Чену на должность консультанта в области гидроэлектроэнергетики, однако, приехав, она быстро смекнула, что та вода, которая протекает прямо под курортом, в энергетическом отношении намного ценнее, чем воды реки, протекающей неподалеку от него.

Оставалась только одна неувязка. «В документации, которая оставалась после геологического обследования этого района, было однозначно сказано, что нет никаких возможностей извлечь из этого источника хоть какое-то количество энергии, – рассказывает Гвен. – Я стала разбираться, откуда такая категоричность, и постепенно пришла к выводу, что в рассуждения моих предшественников вкралась ошибка».

Когда из геотермального резервуара под давлением вырывается вода с температурой ниже, чем 1800С, ее уже не удается достаточно эффективно преобразовывать в пар, который смог бы напрямую крутить ротор турбины. А уж вариант, когда речь идет о температурах ниже 1100С, вообще не рассматривался всерьез как исходный для двухконтурной системы (то есть системы, где вода используется для нагрева жидкости с более низкой температурой кипения). Гвен Холдман осознала, что эти критерии были больше связаны с вопросами географии, а не с проблемой технической реализации. Двухконтурная система предполагает наличие источника тепла и соответствующий теплоотвод. Вода с температурой 740С может рассматриваться как источник электроэнергии, если мы имеем под рукой соответствующий холодильник, то есть окружающий воздух или близлежащий водоем с температурой хотя бы на 55 градусов ниже. Где-нибудь в пустынях Невады такого холодильника не найти, но уж чего на Аляске в избытке – так это холодного воздуха и холодной воды.

Теперь дело стало за самой электростанцией, которую строили, не упуская из вида одно очень важное обстоятельство. «Нам требовалось такое хозяйство, которое будет работать в наших условиях, – объясняет Холдман. – Здесь не нужны всякие штучки, годные разве что для лаборатории. В наших краях требуется простое железо, которое можно монтировать и эксплуатировать в деревенских условиях. И чтобы оно работало как часики, день за днем, а не от случая к случаю».

Компания United Technologies Corp. как раз искала партнера для запуска пилотного проекта, системы кондиционирования воздуха, модифицированной под работу на геотермальной воде. Вместо того чтобы тратить электричество на формирование зон с высокой и низкой температурой, в Чене сделано наоборот – из уже имеющейся разницы температур электростанция вырабатывает электроэнергию.

Выбранный технический принцип позволяет попутно решить еще две проблемы, стоящие на пути низкотемпературной энергетики. Во-первых, стандартный хладагент из стандартного кондиционера при низких температурах оказывается более эффективен, чем изопентан и другие теплоносители, которые обычно используют в подобных электростанциях. Во-вторых, все необходимые компоненты производятся и продаются в массовом порядке, а при строительстве маленькой модульной электростанции это снижает расходы практически вдвое.

В Чене стоят два 200-киловаттных модуля, и это с лихвой покрывает все энергетические потребности курортного поселка. Стоимость электроэнергии упала с 30 центов за киловатт-час всего до 5 центов. Все капитальные затраты – а они составили $2,2 млн, включая разведывательные работы и бурение скважин, – должны окупиться за четыре или пять лет.

Нынешней осенью компания United Technologies совместно с поселком Чена получили грант от министерства энергетики США. Им предложили смонтировать демонстрационную электростанцию на одной из нефтяных или газовых скважин. На таких скважинах в год образуется как минимум 40 млрд баррелей сточных вод, причем по большей части теплых, то есть с температурами «от средних до относительно низких». По данным исследования, которое провел Южный Методистский университет штата Техас, эти сточные воды дают возможность получать еще от 6000 до 11 000 МВт электроэнергии. «Наше дело только показать, как все это работает, – говорит Холдман, – а компании сами тут же схватятся за эту идею».

На улице тепло, градусов 20 выше нуля, но мы открываем тяжелую деревянную дверь Музея льда и оказываемся при минус пяти. Там нас встречает Берни Карл, владелец всего этого курорта. Он себя чувствует вполне комфортно, хотя его греют всего лишь флисовая курточка да аккуратно подстриженная бородка. «Это самая большая ледяная конструкция в мире», – заявляет Карл. Затем он с не меньшей гордостью добавляет: «Журнал Forbes назвал наш музей самой глупой коммерческой затеей за весь 2004 год». Они имели в виду, что вся постройка должна растаять за одно теплое лето, если не будет работать холодильная установка. Карл это формулирует так: «Нам сулили, что наши замороженные капиталовложения легко превратятся в растаявшие и утекшие капиталовложения».

Сейчас вся эта постройка выглядит вполне капитальной и надежной. Внутри тоже все солидно. Справа от входа помещение перегорожено ледяной стеной из блоков весом больше тонны – их нарезали в марте на ближайшем озере. Слева – массивный ледяной верстак с набором специализированных инструментов, включая бензопилы Stihl со специально доработанными зубьями. Хизер Брайс, четырехкратная чемпионка мира в изготовлении ледяных скульптур, стоит над вертикальным токарным станком, ее хрупкая фигурка укутана в пышные многослойные наряды, а на голове красуется меховая шапка. С помощью специального резца она вырубает очертания бокала для мартини. Осколки льда, как искры, разлетаются во все стороны.

Хизер и ее муж, Стив Брайс, тринадцатикратный чемпион в этом спорте-ремесле, создавали все скульптуры в этом музее буквально на пустом месте, причем дважды. К числу их шедевров можно причислить и оптоволоконную люстру, и шахматную доску, на которой пешки метровой высоты имеют вид черных медведей, а ладьи высечены в форме тотемных столбов. В центре заведения ухоженный ледяной бар – только для его нужд Брайсы изготавливают в неделю по 600 ледяных бокальчиков под мартини. «Обычно посуда выдерживает дольше, чем те, кто из нее пьет», – говорит Хизер, когда бармен передает мне коктейль. Я понимаю всю ее правоту, когда делаю первый глоток и нижняя губа у меня чуть не примерзает к стакану.

Судя по множеству туристов, рассевшихся вокруг меня на табуретах, покрытых оленьими шкурами, этот ледяной музей, который открыт в течение всего летнего сезона, – не такая уж и глупая затея. Когда девять лет тому назад Берни Карл появился в этих краях, курорт ежегодно приносил по целому миллиону убытков. Как и все другие интеллектуальные прорывы, совершенные Карлом, этот трудно понять без дополнительных разъяснений. Он считает, что здесь идеальное место для желающего работать инженера-механика. «Для меня это как игровая площадка, – говорит Гвен Холдман. – Берни вываливает передо мной свои грандиозные идеи, а я абсолютно свободна, разрабатывая их воплощение».

Музей льда поддерживается в замороженном состоянии благодаря абсорбционной системе охлаждения. Эта идея насчитывает больше 150 лет, но прежде считалось, что для экономической эффективности минимальная температура геотермальных вод должна составлять 1100С. Однако здесь, как и в случае с электростанцией, для замораживания используется не простой механический компрессор, а преимущества имеющегося перепада температур.

В совершенно уникальной трехступенчатой системе, специально разработанной для Чены компанией Energy Concepts из Аннаполиса, используется цикл абсорбции аммиак–вода. Рассол, который циркулирует по установленному за музеем кондиционеру, охлаждается до температуры –290С. В итоге система мощностью более 50 кВт обходится всего в $12 в день. Топливо для традиционного компрессионного холодильника обошлось бы при той же производительности в $200. Разумеется, отопление поселка в зимнее время использует те же природные ресурсы.

В единую отопительную систему включены все здания поселка. В итоге ежегодно экономится $300 000 только на одном отопительном горючем. Даже когда на улице мороз 450С, в помещениях теплицы (да-да, здесь выращивают помидоры, зелень, огурцы и даже клубнику и малину!) сохраняется комфортная температура в 250С – благодаря воздухообменникам и теплым полам, сквозь которые протекает термальная вода. Металлогалогенные лампы, которые в зимние месяцы светят по 16 часов в сутки, тоже питаются энергией от геотермальных источников.

Источник: "Популярная механика"

Энергетический сюрприз Аляски: Ток из-под земли

История о том, как на одном глухом провинциальном курорте, где ежедневно тратилось по 1000 долларов только на солярку для дизель-генератора, научились экономить эти деньги, докопавшись до таких природных ресурсов, на которые обычно никто не обращает внимания.

Когда хладагент рвется через турбину на скорости в полторы тысячи километров в час, энергоустановка ревет, как реактивный самолет. Действующее здесь оборудование не слишком громоздко, однако от этого рева в ангаре некуда деться, так что инженер-механик Гвен Холдман вынуждена кричать: «Все, что вы тут видите, полностью в духе Аляски. Без лишнего лоска, с облезлой краской. Но оно настоящее». Я кладу руку на стальной люк, закрывающий отсек испарителя, и чувствую на ощупь тепло циркулирующей внутри воды. Тепло и вода – новые и самые многообещающие энергоресурсы Аляски.

Глухое курортное местечко Чена-Хот-Спрингc почти в сотне километров к северо-востоку от города Фэрбанкс. Именно десь расположена первая геотермальная электростанция на Аляске, а главное, нет больше нигде во всем мире станций, которые могли бы извлекать энергию из такой низкотемпературной воды.

Тепло, накопленное в глубинах земной коры, – это в 50 000 раз больший запас энергии, чем содержится во всех месторождениях нефти и газа вместе взятых. Если эту энергию правильно употребить, она послужила бы идеальным источником, покрывающим все наши базовые потребности. Геотермальная энергетика несравненно чище, чем сжигание ископаемого горючего, этот источник более стабилен, чем такие альтернативные направления, как энергия приливов, ветра, морских волн и даже солнца. На сегодня геотермальные электростанции в Соединенных Штатах Америки производят около 3000 мегаватт электроэнергии. Но практически вся эта энергетика базируется на источниках с температурой как минимум 1500С.

Вода, которая поднимается через трещины в граните под поселком Чена, имеет температуру всего лишь 740С. Специалисты были уверены, что из такой воды невозможно извлекать энергию. Однако у обитателей поселка оказались очень серьезные мотивы, чтобы опровергнуть это мнение, – ведь ближайшая высоковольтная линия проходит в 50 км, а дизель-генераторы сжирают каждый день на $1000 солярки. Сегодня «чуть тепленькая» водичка не только выдает электроэнергию, но вдобавок еще и греет курортные здания, поддерживает жизнь в теплицах, а кроме того, в течение всего года не дает оттаять «ледяному музею». По всей Аляске, да и на остальных территориях можно найти тысячи подобных геотермальных источников с не очень высокой температурой воды. Если на них поставить такие электростанции, как в Чене, они смогли бы производить десятки тысяч мегаватт энергии.

«Я думаю, что здесь, на Аляске, у нас есть все шансы стать лидерами в строительстве новой экономики на основе возобновляемых источников энергии, – говорит Гвен Холдман. В ее голосе слышится и практическая хватка, и романтический пафос. – В наших деревнях цены на энергию взвинчивают до немыслимых высот. Бывает по доллару за киловатт-час. С одной стороны, для многих это полная катастрофа, а с другой – весомый и реальный стимул». У входа в ангар она останавливается и делает паузу. «Мы ведь нефтедобывающий штат, и то нам жалко зря тратить энергию. А ведь пройдет немного времени, и вся остальная страна спохватится и ринется за нами вдогонку».

Поселок Чена-Хот-Спрингс уютно расположен в глубокой долине, поросшей березняком и осинами. В центре комфортабельная, благоустроенная туристическая база, развлекательный центр. Кроме того, здесь живет большая стая ездовых собак, рядом километровое кроссовое кольцо, разнообразные надворные постройки, а в настоящий момент еще и лось, безмятежно пасущийся рядом с геотермальной скважиной.

В этой обстановке Гвен Холдман выглядит своим человеком. С собачьей упряжкой она управляется как истинный профессионал, а потому живет на отшибе – с мужем и восемью десятками ездовых собак. На работу ездит на джипе Liberty, а заправляет свой дизель растительным маслом. Четыре года назад ее пригласили в Чену на должность консультанта в области гидроэлектроэнергетики, однако, приехав, она быстро смекнула, что та вода, которая протекает прямо под курортом, в энергетическом отношении намного ценнее, чем воды реки, протекающей неподалеку от него.

Оставалась только одна неувязка. «В документации, которая оставалась после геологического обследования этого района, было однозначно сказано, что нет никаких возможностей извлечь из этого источника хоть какое-то количество энергии, – рассказывает Гвен. – Я стала разбираться, откуда такая категоричность, и постепенно пришла к выводу, что в рассуждения моих предшественников вкралась ошибка».

Когда из геотермального резервуара под давлением вырывается вода с температурой ниже, чем 1800С, ее уже не удается достаточно эффективно преобразовывать в пар, который смог бы напрямую крутить ротор турбины. А уж вариант, когда речь идет о температурах ниже 1100С, вообще не рассматривался всерьез как исходный для двухконтурной системы (то есть системы, где вода используется для нагрева жидкости с более низкой температурой кипения). Гвен Холдман осознала, что эти критерии были больше связаны с вопросами географии, а не с проблемой технической реализации. Двухконтурная система предполагает наличие источника тепла и соответствующий теплоотвод. Вода с температурой 740С может рассматриваться как источник электроэнергии, если мы имеем под рукой соответствующий холодильник, то есть окружающий воздух или близлежащий водоем с температурой хотя бы на 55 градусов ниже. Где-нибудь в пустынях Невады такого холодильника не найти, но уж чего на Аляске в избытке – так это холодного воздуха и холодной воды.

Теперь дело стало за самой электростанцией, которую строили, не упуская из вида одно очень важное обстоятельство. «Нам требовалось такое хозяйство, которое будет работать в наших условиях, – объясняет Холдман. – Здесь не нужны всякие штучки, годные разве что для лаборатории. В наших краях требуется простое железо, которое можно монтировать и эксплуатировать в деревенских условиях. И чтобы оно работало как часики, день за днем, а не от случая к случаю».

Компания United Technologies Corp. как раз искала партнера для запуска пилотного проекта, системы кондиционирования воздуха, модифицированной под работу на геотермальной воде. Вместо того чтобы тратить электричество на формирование зон с высокой и низкой температурой, в Чене сделано наоборот – из уже имеющейся разницы температур электростанция вырабатывает электроэнергию.

Выбранный технический принцип позволяет попутно решить еще две проблемы, стоящие на пути низкотемпературной энергетики. Во-первых, стандартный хладагент из стандартного кондиционера при низких температурах оказывается более эффективен, чем изопентан и другие теплоносители, которые обычно используют в подобных электростанциях. Во-вторых, все необходимые компоненты производятся и продаются в массовом порядке, а при строительстве маленькой модульной электростанции это снижает расходы практически вдвое.

В Чене стоят два 200-киловаттных модуля, и это с лихвой покрывает все энергетические потребности курортного поселка. Стоимость электроэнергии упала с 30 центов за киловатт-час всего до 5 центов. Все капитальные затраты – а они составили $2,2 млн, включая разведывательные работы и бурение скважин, – должны окупиться за четыре или пять лет.

Нынешней осенью компания United Technologies совместно с поселком Чена получили грант от министерства энергетики США. Им предложили смонтировать демонстрационную электростанцию на одной из нефтяных или газовых скважин. На таких скважинах в год образуется как минимум 40 млрд баррелей сточных вод, причем по большей части теплых, то есть с температурами «от средних до относительно низких». По данным исследования, которое провел Южный Методистский университет штата Техас, эти сточные воды дают возможность получать еще от 6000 до 11 000 МВт электроэнергии. «Наше дело только показать, как все это работает, – говорит Холдман, – а компании сами тут же схватятся за эту идею».

На улице тепло, градусов 20 выше нуля, но мы открываем тяжелую деревянную дверь Музея льда и оказываемся при минус пяти. Там нас встречает Берни Карл, владелец всего этого курорта. Он себя чувствует вполне комфортно, хотя его греют всего лишь флисовая курточка да аккуратно подстриженная бородка. «Это самая большая ледяная конструкция в мире», – заявляет Карл. Затем он с не меньшей гордостью добавляет: «Журнал Forbes назвал наш музей самой глупой коммерческой затеей за весь 2004 год». Они имели в виду, что вся постройка должна растаять за одно теплое лето, если не будет работать холодильная установка. Карл это формулирует так: «Нам сулили, что наши замороженные капиталовложения легко превратятся в растаявшие и утекшие капиталовложения».

Сейчас вся эта постройка выглядит вполне капитальной и надежной. Внутри тоже все солидно. Справа от входа помещение перегорожено ледяной стеной из блоков весом больше тонны – их нарезали в марте на ближайшем озере. Слева – массивный ледяной верстак с набором специализированных инструментов, включая бензопилы Stihl со специально доработанными зубьями. Хизер Брайс, четырехкратная чемпионка мира в изготовлении ледяных скульптур, стоит над вертикальным токарным станком, ее хрупкая фигурка укутана в пышные многослойные наряды, а на голове красуется меховая шапка. С помощью специального резца она вырубает очертания бокала для мартини. Осколки льда, как искры, разлетаются во все стороны.

Хизер и ее муж, Стив Брайс, тринадцатикратный чемпион в этом спорте-ремесле, создавали все скульптуры в этом музее буквально на пустом месте, причем дважды. К числу их шедевров можно причислить и оптоволоконную люстру, и шахматную доску, на которой пешки метровой высоты имеют вид черных медведей, а ладьи высечены в форме тотемных столбов. В центре заведения ухоженный ледяной бар – только для его нужд Брайсы изготавливают в неделю по 600 ледяных бокальчиков под мартини. «Обычно посуда выдерживает дольше, чем те, кто из нее пьет», – говорит Хизер, когда бармен передает мне коктейль. Я понимаю всю ее правоту, когда делаю первый глоток и нижняя губа у меня чуть не примерзает к стакану.

Судя по множеству туристов, рассевшихся вокруг меня на табуретах, покрытых оленьими шкурами, этот ледяной музей, который открыт в течение всего летнего сезона, – не такая уж и глупая затея. Когда девять лет тому назад Берни Карл появился в этих краях, курорт ежегодно приносил по целому миллиону убытков. Как и все другие интеллектуальные прорывы, совершенные Карлом, этот трудно понять без дополнительных разъяснений. Он считает, что здесь идеальное место для желающего работать инженера-механика. «Для меня это как игровая площадка, – говорит Гвен Холдман. – Берни вываливает передо мной свои грандиозные идеи, а я абсолютно свободна, разрабатывая их воплощение».

Музей льда поддерживается в замороженном состоянии благодаря абсорбционной системе охлаждения. Эта идея насчитывает больше 150 лет, но прежде считалось, что для экономической эффективности минимальная температура геотермальных вод должна составлять 1100С. Однако здесь, как и в случае с электростанцией, для замораживания используется не простой механический компрессор, а преимущества имеющегося перепада температур.

В совершенно уникальной трехступенчатой системе, специально разработанной для Чены компанией Energy Concepts из Аннаполиса, используется цикл абсорбции аммиак–вода. Рассол, который циркулирует по установленному за музеем кондиционеру, охлаждается до температуры –290С. В итоге система мощностью более 50 кВт обходится всего в $12 в день. Топливо для традиционного компрессионного холодильника обошлось бы при той же производительности в $200. Разумеется, отопление поселка в зимнее время использует те же природные ресурсы.

В единую отопительную систему включены все здания поселка. В итоге ежегодно экономится $300 000 только на одном отопительном горючем. Даже когда на улице мороз 450С, в помещениях теплицы (да-да, здесь выращивают помидоры, зелень, огурцы и даже клубнику и малину!) сохраняется комфортная температура в 250С – благодаря воздухообменникам и теплым полам, сквозь которые протекает термальная вода. Металлогалогенные лампы, которые в зимние месяцы светят по 16 часов в сутки, тоже питаются энергией от геотермальных источников.

Источник: "Популярная механика"

Европейские страны заинтересованы в использовании геотермальной энергии

Источником геотермальной энергии служит тепло, которое планета хранит в своих недрах. За счет энергии земного ядра внутри Земли создается пар и горячая вода. Используя энергию горячей воды и пара, можно отапливать здания и генерировать альтернативную электроэнергию. Отопление домов и производство электроэнергии достигается за счет выкапывания глубинных скважин. Их них откачивается горячая вода и выпускается на поверхность пар.

Развитие геотермальной энергии происходит во все мире. Наилучшим примером практического использования геотермальной энергии является Исландия. Фактически это лидер в развитии и использовании геотермальной энергетики. Альтернативное энергоснабжение Исландии превышает традиционное, примерно на пятьсот мегаватт в год. Из них сто мегаватт тепла получено за счет геотермальной энергии. Второе место занимает Италия. В ее районе Траваль обнаружены геотермальные резервуары, потенциал которых планируют использовать европейские ученые. Предварительные расчеты показывают, что при внедрении этого проекта в жизнь будет вырабатываться электроэнергия равная работе тысячи ветровых электростанций.

Европейские страны заинтересовались и оценили использование геотермальной энергии. Они, можно сказать, ощутили ее "тепло". Была проведена конференция "I-GET" на тему государственно-правового развития современных технологий, которые используют энергию геотермальных резервуаров. В конференции "I-GET" приняли участие семь европейских стран. Их цель – доскональное изучение геотермальных резервуаров и их использование для производства экологически чистой энергии. Проект-конференция "I-GET" – существенный шаг навстречу восстановимым источникам энергии.

Разработанные в ходе конференции методы и технологии, сочетающие различные геологические и тепло-динамические условия, были применены в четырех геотермальных точках Европы. На предмет метаморфических и вулканических пород были проверены высокотемпературные водохранилища в Травале (Италия) и в Хенгилле (Исландия). А в Скерневицах (Польша) и в Гросс-Шенебеке (Германия) проводится изучение месторождений глубоких отложений пород со средней температурой.

Источник: http://www.aenews.ru/

Петроэнергетика. Глубинное тепло земли и возможности его использования

Все известные невозобновляемые энергетические запасы Земли это ограниченные ресурсы недр. Их современный лимит исчисляется десятилетиями. А что потом? Буквально на глубине нескольких километров температура пород достаточна для экономически выгодного получения тепла. Используемые сегодня гидрогеологические ресурсы составляют всего 1 % общих ресурсов геотермальной энергии. Неисчерпаемая тепловая энергия Земли – основа будущей энергетики. Для страны она может стать постоянным, надежным источником обеспечения дешевыми и доступными электроэнергией и теплом при использовании новых высоких, экологически чистых технологий по ее извлечению и поставки потребителю. О возможностях и доступности пертоэнергетики в статье ГНАТУСЬ Николая Афанасьевича, доктора технических наук, профессора, Заслуженного строителя РФ, академика Российской технологической академии, члена научного совета РАН по проблемам геотермии

Процесс извлечения и использования невозобновляемых природных энергетических ресурсов в мире происходит очень быстрыми темпами. Мощная мировая промышленность с каждым годом потребляет все больше и больше энергетического сырья. Если говорить о потребностях в органических ресурсах, то они очень велики в индустриально развитых и развивающихся странах (США, Япония, государства объединенной Европы, Китай, Индия и др.). США, например, в 1950 г. обеспечивали себя на 91% полезными ископаемыми, добываемыми на собственной территории, а спустя 60 лет около двух третей потребностей в ресурсах эта страна удовлетворяет за счет других государств.

Слово "нефть" стало самым упоминаемым в политических сообщениях. И не случайно, запасы нефти и природного газа на суше значительно сократились. Теперь основные их запасы сосредоточены на континентальном шельфе.

В России, являющейся одной из богатейших стран в мире по энергетическим ресурсам, фактор несовпадения хозяйственных потребностей и природных возможностей пока не существует. Однако извлечение невозобновляемого органического сырья из недр происходит очень быстро. Если в 1940–1960-е годы основными нефтедобывающими районами были "Второе Баку" в Поволжье и Предуралье, то начиная с 1970-х годов и по настоящее время таким районом является Западная Сибирь. Но и здесь сегодня происходит падение добычи углеводородного сырья. Уходит в прошлое эпоха "сухого" сеноманского газа. Прежний этап экстенсивного развития добычи природного газа подошел к завершению. Извлечение газа из таких месторождений-гигантов как Медвежье, Уренгойское и Ямбургское составило соответственно 84, 65 и 50%. Удельный вес запасов нефти, благоприятных для разработки, во времени также снижается. Однако сырьевая база нефтяной и газовой промышленности сохранила количественные параметры, необходимые для добычи нефти и газа в России. В связи с освоением месторождений с более сложными горно-геологическими условиями себестоимость добычи углеводородного сырья будет расти.

Большая часть добываемых из недр невозобновляемых ресурсов используется как топливо для энергетических установок. В первую очередь это природный газ, доля которого в структуре топлива составляет 64%. В России 70% электроэнергии вырабатывается на ТЭС, на получение тепла расходуется углеводородного топлива в 3–4 раза больше, чем на производство электроэнергии. Энергетические предприятия страны ежегодно сжигают около 500 млн. т у. т. (тонн условного топлива) в целях получения электроэнергии и тепла.

Топливопотребление с каждым годом будет увеличиваться. Это тот случай, когда вспоминаются слова великого Д.И.Менделеева "о сжигании ассигнаций". Для получения электроэнергии и тепла в мире ежесуточно сжигаются более одного миллиона тонн угля и нефти, миллиарды кубометров природного газа. Но далеко не вся тепловая энергия, полученная от сгорания углеводородов, эффективно используется. Почти половина ее "вылетает в трубу" и рассеивается в пространстве. А такой вид топлива, как уголь, при сгорании поглощает из воздуха большое количество кислорода и загрязняет окружающую среду.

Количеству теплоты, получаемое от сгорания названных объемов углеводородного сырья, эквивалентно использованию сотен тонн ядерного топлива – разница огромна. Однако ядерная энергетика требует обеспечения экологической безопасности (исключения повторения Чернобыля) и защиты ее от возможных террористических актов, а также осуществления безопасного и дорогостоящего вывода из эксплуатации устаревших и отработавших свой срок энергоблоков АЭС. Доказанные извлекаемые запасы урана в мире составляют порядка 3 млн. 400 тыс. т. За весь предшествующий период (до 2007 г.) его добыто около 2 млн. т.

Все известные невозобновляемые энергетические запасы Земли это ограниченные ресурсы недр. Их современный лимит исчисляется десятилетиями. А что потом?

Объективные факторы и тенденции развития энергетики позволяют предположить, что в первой половине двадцать первого века произойдет полный или почти полный переход на нетрадиционные источники энергии. Нефть, уголь, природный газ, горючие сланцы, а тем более древесина и продукты ее переработки практически будут исключены из энергетических ресурсов.

Энергетический апокалипсис не за горами – в Европе его ждут к 2030 г.

Возросший в последние десятилетия в мире интерес к альтернативным источникам энергии вызван не только истощением запасов углеводородного топлива, но и необходимостью решения экологических проблем. Объективные факторы (резервы ископаемого топлива и урана, а также изменение окружающей среды, вызванные традиционной огневой и атомной энергетикой) позволяют утверждать, что переход к новым способам и формам получения энергии является неизбежным. Чем раньше будет сделан прорыв в этом направлении – тем менее болезненным он будет для всего общества и более выгодным для страны, где это произойдет.

Мировая экономика в настоящее время взяла курс на переход к рациональному сочетанию традиционных и новых источников энергии. Энергопотребление в мире к 2000 г. составило более 18 млрд. т у. т., а энергопотребление к 2025 г. может возрасти до 30 -38 млрд. т у. т., по прогнозным данным, к 2050 г. возможно потребление на уровне 60 млрд. т у. т. Характерной тенденций развития мировой экономики в рассматриваемый период являются систематическое снижение потребления органического топлива и соответствующий рост использования нетрадиционных энергетических ресурсов. Неисчерпаемая тепловая энергия Земли занимает среди них одно из первых мест.

Весьма богатые, по сравнению с другими странами, топливные ресурсы России пока обеспечивают развитие отечественной энергетики и необходимый стране экспорт энергоресурсов. Освоение новых источников энергии еще не стало у нас действительно острой необходимостью. Это не должно влиять на развитие работ по освоению нетрадиционных, неисчерпаемых геотермальных ресурсов.

Ресурсы геотермальной энергии разделяются на гидротермальные и петротермальные. Первые из них представлены теплоносителями, как подземные воды, пар и пароводяные смеси. Вторые представляют собой геотермальную энергию, содержащуюся в раскаленных горных породах. Гидрогеологические ресурсы составляют всего 1 % общих ресурсов геотермальной энергии. Принятая в нашей стране и за рубежом фонтанная технология (самоизлив) добычи природного пара и геотермальных вод проста, но неэффективна.

Гидротермальные источники энергии могут быть задействованы лишь в районах молодого и современного вулканизма, крупных разломов земной коры с высокими геотермальными параметрами (температура, дебит), где геотермальные воды находятся сравнительно не глубоко от поверхности и доступны буровой современной технике. Срок службы скважин во многих странах не достигает 10 лет. Использование гидротермальных, как правило, минерализованных источников в качестве теплоносителя приводит к зарастанию скважинных зон оксидом железа, карбонатом кальция и силикатными образованиями. Проблемы эрозии, коррозии и солеотложений отрицательно сказываются на работе другого технологического оборудования. Кроме того, все источники гидротермальной энергии в подавляющем большинстве отдалены от потребителя. Поэтому фонтанная технология не может служить основой широкого освоения геотермальных ресурсов. Месторождения пара – редкость, его известные и прогнозные запасы невелики.

В то же время опыт подтверждает, что при наличии неглубоких коллекторов природного пара строительство геотермальных теплоэлектростанций (ГеоТЭС) представляет собой наиболее выгодный вариант использования гидротермальной энергии. Так как при малом дебите самоизливающихся скважин их теплопродукция может окупить затраты на бурение лишь при небольшой глубине геотермальных коллекторов с высокой температурой в районах термоаномалий. Эксплуатация таких станций показала их конкурентноспособность по сравнению с другими типами энергоустановок. Поэтому использование запасов геотермальных вод и парогидротерм в нашей стране на Камчатке, на островах Курильской гряды, в регионах Северного Кавказа, возможно и в других районах, целесообразно и своевременно.

По предварительным оценкам, на территории Российской Федерации прогнозные запасы термальных вод с температурой 40–250°С, минерализацией 35–200 г/л и глубиной залегания до 3 км составляют 21–22 млн. мУсут, что эквивалентно 45–280 млн. т у. т. в год.

Прогнозные запасы паровоздушной смеси с температурой 150–250°С на Камчатке и Курильских островов составляет 500 тыс. мУсут, а запасы термальных вод с температурой 40–100°С – 150 тыс. мУсут.

Первоочередными для освоения считаются запасы термальных вод с дебитом около 8 млн. мУсут, с минерализацией до 10 г/л и температурой выше 50°С.

Огромное значение для энергетики будущего имеет извлечение тепловой энергии, практически неисчерпаемых, петротермальных ресурсов. Эта геотермальная энергия, заключенная в твердых "сухих" горячих породах и составляет около 99% от общих ресурсов подземной тепловой энергии. На глубине до 4–6 км горячие породы с температурой 100–150°С распространены почти повсеместно, а с температурой 180–200°С на довольно значительной части Российской Федерации. Этого вполне достаточно для целей теплоснабжения.

Этот потенциальный источник энергии имеет следующие преимущества:
повсеместное распространение; неисчерпаемость;
приближенность и приспособляемость к потребителю;
сравнительно низкая капиталоемкость;
относительно низкая трудоемкость разработки; безотходность;
безопасность в эксплуатации; экологическая чистота.

К недостаткам можно отнести нетранспортабельность, невозможность складирования, отсутствие опыта промышленного использования в России.

На протяжении миллиардов лет ядерные, гравитационные и другие процессы внутри Земли генерировали и генерируют тепловую энергию. Непрерывная генерация внутриземного тепла компенсирует ее внешние потери, служит источником накопления геотермальной энергии и определяет возобновляемую часть ее ресурсов. Общий потенциал геотермальной энергии является практически неисчерпаемым, поскольку определяется как общее количество теплоты которой располагает Земля.

Разумеется, значительный интерес вызывает та его часть, которая отвечает современным техническим возможностям проникновения в глубинные недра планеты. Ориентируясь на достигнутые успехи традиционной технологии бурения и перспективные технологии глубокого и сверхглубокого бурения, резонно ограничить технически доступные ресурсы петротермальной энергии общим теплосодержанием верхних 10–12 км земной коры в пределах суши.

Общий ресурс тепловой энергии Земли, размещенных на глубинах до 10 км, эквивалентен тепловому потенциалу сжигания 34,1x10 в девятой степени млрд. т у. т. Это в несколько тысяч раз больше тепловой способности всех известных запасов топлива на Земле.

Неслучайно в последние десятилетия в мире рассматривается направление более эффективного использования энергии глубинного тепла Земли с целью частичной замены природного газа, нефти, угля. Это станет возможным не только в районах с высокими геотермальными параметрами (температура, дебит), но и в любых районах земного шара при бурении нагнетательных и эксплуатационных скважин и создании между ними циркуляционных систем.

Разумеется, для эффективной работы таких систем необходимо иметь или создать в зоне отбора теплоты достаточно развитую теплообменную поверхность. Такой поверхностью обладает нередко встречающиеся на указанных выше глубинах пористые пласты и зоны естественной трещиноватости, проницаемость которых позволяет организовать принудительную фильтрацию теплоносителя с эффективным извлечением энергии горных пород, а также искусственно создать обширные теплообменные поверхности в слабопроницаемых массивах методом гидравлического разрыва (гидроразрыв).

Извлечение энергии горячих слабопроницаемых горных пород методом гидроразрыва основано на технологии широко применяемой в нефтегазовой промышленности как способа повышения проницаемости пластов для увеличения дебита добычных скважин и повышения нефтеотдачи при разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений.

Отечественная идея извлечения основных петротермальных ресурсов, заключенных в твердых породах, была высказана еще в 1914 г. Э.К.Циолковским, а в 1920 г. петротермальная циркуляционная система (ПЦС) в горячем гранитном массиве описана В.А.Обручевым.

Первая ПЦС извлечения тепла пористых пластов для отопления была создана в 1963 г., в Париже. Сейчас более 60-ти таких систем функционируют во Франции и больше десятка городов обогреваются теплом петротермальной энергии. А в 1977 г. первая ПЦС с гидроразрывом практически непроницаемого массива раскаленных гранитов по проекту Лос-Аламосской национальной лаборатории начала создаваться в США. В настоящее время в этой стране на основе ПЦС осуществлено более 224 проектов петротермального теплоснабжения. При этом допускается, что геотермальные ресурсы могут обеспечить основную часть перспективных потребностей США в тепловой энергии для неэлектрических нужд. В 1983 г. английские ученые повторили американский опыт, создав экспериментальную ПЦС с гидроразрывом гранитов в Корнуэлле. Аналогичные работы проводятся в Германии, Швеции, Бельгии, Швейцарии, Финляндии и других странах.

В настоящее время исследования и разведка геотермальных ресурсов ведутся в 65 странах мира. В мире на основе геотермальной энергетики создано станций общей мощностью около 10 000 МВт. Актуальную поддержку в освоении геотермальной энергии оказывает ООН и ЮНЕСКО. Расчеты показывают, что за год из одной скважины можно получить столько тепловой энергии, заключенной в петротермальных теплоносителях, сколько выделяется при сгорании 158 тыс. т угля.

Накопленный во многих странах мира опыт свидетельствует, что использование петротермальных теплоносителей в благоприятных условиях оказывается в 2–5 раз выгоднее применения тепловых и атомных энергоустановок.

Таким образом, теплота Земли представляет, пожалуй, единственный и огромный, неисчерпаемый энергоресурс, рациональное освоение которого обещает удешевление энергии по сравнению с современной топливной энергетикой. При столь же неисчерпаемом энергетическом потенциале солнечные и термоядерные установки, к сожалению, будут дороже топливных. С учетом ущерба, нанесения земельным, водным и биологическим ресурсам, более дорогим оказываются освоение гидроэнергии рек, а также морского прилива, течение волн, ветра и температурного перепада в океане. К тому же, потенциальные ресурсы всех перечисленных источников энергии, за исключением последнего, несравненно меньше петротермальных ресурсов.

Однако доли петротермальной энергии в мировом и отечественном топливно-энергетических балансах пока весьма мал. Известно, что на работу по управлению реакцией термоядерного синтеза в мире ежегодно расходуется не менее миллиарда долларов, на развитие солнечной энергии – согни миллионов, а на овладение геотермальной энергией лишь десятки миллионов.

Технические средства и процессы добычи, обработки и доставки петротермальных теплоносителей к их потребителю следует рассматривать как важную часть высокоэффективной технологии, которая располагает современной техникой, опытом и квалифицированными кадрами, необходимыми для освоения всей совокупности неисчерпаемых топливно-энергетических ресурсов Земли.

Основную трудность при освоении тепловой энергии Земли представляет строительство глубоких и сверхглубоких скважин, являющихся каналом для вывода теплоносителя на поверхность. В связи с высокой температурой на забое (при 200–250°С традиционные породоразрушающие инструменты малопригодны для работы) предъявляются особые требования буровым и обсадным трубам, цементным растворам, технологии бурения, крепления и заканчивания скважин. Отечественная измерительная техника, серийные эксплуатационная арматура и оборудование выпускаются в исполнении, допускающем температуры не выше 150–200°С. Традиционное глубокое бурение скважин подчас затягивается на годы и очень дорого. Строительство скважин из-за высокой плотности пород, рельефа местности, других параметров не всегда доступно.

Таким образом, пока еще малую роль петротермальных ресурсов в экономике можно объяснить незначительным вниманием, уделяемым им, и небольшими средствами на их освоение. Этого хватает для использования малой доли ресурсов энергии недр в виде общепринятой сегодня низкоэффективной фонтанной технологии.

Следовательно, решить эту проблему можно и нужно лишь путем создания прогрессивной технологии разработки основной части петротермальных ресурсов, т.е. извлечения энергии горячих пород.

Технически доступной глубинная тепловая энергия Земли может стать только при создании высокоэффективной технологии строительства глубоких и сверхглубоких геотермальных скважин. В основных производственных фондах стоимость скважин составляет 70–90%.

Проблемой извлечения и использования неисчерпаемой глубинной тепловой энергии горячих пород Земли на территории России наша группа российских ученых и специалистов занимается не один год. Целью работы группы – создание на основе отечественных передовых технологий высокоэффективных технических средств для глубокого и сверхглубокого проникновения в недра земной коры. В настоящее время разработано несколько вариантов буровых снарядов (БС) "ноу-хау". Такие буровые снаряды создаются впервые. Аналогов в мировой практике нет. Работа первого варианта БС связана с действующей традиционной технологией бурения скважин. Скорость бурения твердых пород (средняя плотность 2500–3300 кг/м3) до 30 м/ч, диаметр скважины 200–500 мм.

Второй вариант БС осуществляет бурение скважин в автономном и автоматическом режиме. Запуск БС осуществляется со специальной пускоприемочной установки, с которой и ведется управление его движением. Этот снаряд сможет пройти в твердых породах 1000 м в течение нескольких часов. Диаметр скважины от 500 до 1000 мм.

Варианты БС многоразового использования обладают большой экономической эффективностью и огромным потенциалом. Внедрение их в производство позволить открыть новый этап в строительстве глубоких и сверхглубоких скважин и обеспечить доступ к неисчерпаемым источникам тепловой энергии Земли.

Глубина скважин определяется петротермальными условиями и требованиями потребителя в энергетике. Для нужд теплоснабжения необходимая глубина скважин на всей территории страны лежит в пределах 3–4,5 км и не превышает 5–6 км.

Выработка электроэнергии в широких масштабах потребует создание циркуляционных систем со скважинами на глубине 7–9 км.

Температура теплоносителя для нужд жилищно-коммунального теплоснабжения не выходит за пределы 150°С. Для промышленных объектов температура, как правило, не превышает 180–200°С, а для выработки электроэнергии – 220–250°С.

Новая высокоэффективная технология потребует строительства глубоких и сверхглубоких нагнетательных и эксплуатационных скважин и создания между ними циркуляционных систем на глубине 5–9 км. Для сообщения между скважинами можно использовать естественный проницаемый пласт или создается искусственный коллектор с серией вертикальных трещин гидроразрыва, возможно внедрение других технологий. ГТЦС могут создаваться любой тепловой мощности. Продолжительность эксплуатации таких циркуляционных систем 40 лет и более. На основе постоянных ПЦС планируется строительство в широких масштабах тепловых станций (ПетроТС), электростанций (ПетроЭС) и теплоэлектростанций (ПетроТЭС). Станции строятся максимально приближенными к потребителю и по мощности, в зависимости от потребности тепла и электроэнергии, могут быть различными.

Мощность петротермальных паровых турбогенераторов (выпускаемых промышленностью): 1–5; 10–20; 25; 30; 50; 75; 100 МВт.

Мощность (электрическая) петротермальных теплоэлектростанций: 1–5; 10–20; 25–100; 100–300; 300–500; 500–1000 МВт.

Тепловая мощность ГЦС, кВт – любая.

Теплоноситель – пар, вода.

Районы обеспечения потребителей теплом ограничиваются радиусом – 10–15 км. В особо благоприятных условиях обеспечение потребителей теплом может достигать – 25–50 км.

Себестоимость получаемой электроэнергии и тепла на станциях, использующих тепло "сухих" горных пород может быть в 3–6 раз ниже получаемой электроэнергии и тепла на станциях, построенных по традиционной технологии геотермальных скважин.

Конструктивная простота ПетроТЭС, ПетроЭС и ПетроТС значительно упрощает их строительство и эксплуатацию. Наземная часть станций осуществляется в каркасном или комплектно-блочном (мобильном) исполнении.

Цель создания таких станций – обеспечение постоянными, доступным дешевыми теплом и электроэнергией отдаленных, труднодоступных неосвоенных и нуждающихся в энергетике районов РФ.

Срок окупаемости геотермальных тепло- и электростанций 3 года.

Две трети территории России вполне возможно снабдить таким станциями.

Надо полагать, что это один из главных источников энергии в ближайшем будущем. Поэтому, Российской Федерации как арктическому государству развитие такого потенциала энергии крайне необходимо.

Создание новой отрасли дает возможность экономить около одного миллиарда тонн органического топлива в год. Экономия может составить 3–5 трлн. руб.

В срок до 2030 г. возможно создать энергетические мощности по замене до 30% огневой энергетики, а до 2050 г. почти полностью исключить органическое сырье в качестве топлива из энергетического баланса Российской Федерации.

Развитие промышленной петротермальной энергетики является уникальным в своем роде процессом в мировой энергетике.

Неисчерпаемая тепловая энергия Земли – основа будущей энергетики.

Для страны она может стать постоянным, надежным источником обеспечения дешевыми и доступными электроэнергией и теплом при использовании новых высоких, экологически чистых технологий по ее извлечению и поставки потребителю. Петротермальная энергетика – это фундамент обеспечения безопасности России, её дальнейшего и интенсивного экономического развития различных областей промышленности, сельского хозяйства транспорта и коммунально-бытовой сферы в отдаленных и неосвоенных районах страны, других районах РФ, нуждающихся в дешевой и стабильной энергетике.

Источник: http://portal-energo.ru/

Геотермальные источники: доля России - менее 1% от мировой выработки

В результате проведенных исследований и оценок было установлено, что потенциал геотермальной энергии США в 2000 раз превышает всю потребность страны в энергии. Глубина залегания перспективных для использования горячих пластов всего несколько километров, что вполне достижимо для современных технологий. Россия весьма богата геотермальными источниками и запасами геотермальной энергии. Огромные запасы горячих вод сосредоточены в Западной Сибири. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России.

Министерство Энергетики США регулярно выделяет гранты на проведение исследований в области альтернативной энергетики. Гранты выделяются на проекты, которые в ближайшее время не могут быть объектом инвестиций со стороны бизнеса. Одно из таких направлений - исследования в области использования тепла Земли для экологически чистого получения энергии.

Довольно интересный доклад был представлен Массачусетским технологическим институтом. В результате проведенных исследований и оценок было установлено, что потенциал геотермальной энергии США в 2000 раз превышает всю потребность страны в энергии.

Глубина залегания перспективных для использования горячих пластов всего несколько километров, что вполне достижимо для современных технологий. При этом не полностью использованы возможности получения энергии из источников на поверхности и горячих источиков малой глубины залегания.

Варианты построения геотермальных станций

Первый и самый простой: получение горячей воды из геотермальных источников. Некоторые горячие источники имеют выход непосредственно на поверхность Земли. Так называемая долина гейзеров на Камчатке - яркий тому пример. Вода из под земли вырывается под давлением с температурой близкой к точке кипения. Построение тепловой станции на таких источниках не представляет технической проблемы и в ряде стран уже давно реализовано.

Второй способ связан с поиском залегания глубоких водных пластов. На значительной глубине вода имеет высокую температуру и находится под огромным давлением. Получаемая перегретая вода наиболее интересна с точки зрения получения не только тепловой, но и электрической энергии. Основная сложность при получении энергии из таких источников заключается в том, что добываемую воду необходимо закачивать обратно. Вода сильно минерализована, содержит значительное количество вредных примесей и не может сбрасываться на поверхность.

Третий способ - нагрев воды в раскаленных каменных породах. В этом варианте вода закачивается в разлом, пропускается внутри горячего слоя и подается на поверхность через вторую скважину. Этот искусственный "гейзер" весьма продуктивен и может быть реализован практически на любой территории.

Сложности с точным геологическим прогнозом для размещения электростанций в настоящее время вполне разрешимы. Ученые для прогнозов используют данные, получаемые при анализе распространения сейсмических колебаний при многочисленных землетрясениях.

Получение энергии из геотермальных источников очень перспективно. Энергетические установки имеют постоянную нагрузку, не зависящую от силы ветра или погодных условий. Это экологически чистое производство энергии.

Мировой опыт геотермальной выработки

В настоящее время геотермальная энергетика в мире весьма распространена. Общая мощность геотермальных электростанций по всему миру - 10500 МВт. Это почти в 2 раза больше, чем мощность Саяно-Шушинской ГЭС до аварии. Крупнейший производитель геотермальной энергии - США. Общая мощность геотермальных источников 3000 МВт, к 2015 году планируется ввод в эксплуатацию еще 4400 МВт мощностей на геотермальных станциях. Основные регионы размещения станций - районы Сан-Франциско, Калифорнии, Невада.

В Исландии ( 570 МВт) и на Филиппинах (1930 МВт) более 25% энергии производится из геотермальных источников.

В Мексике, Кении, Италии, Израиле действуют геотермальные электростанции с установленной мощностью от 600 до 800 МВТ в каждой из стран.

Соимость капиталовложений в 1 кВт генерирующей мощности составляет от 1150 до 3000 долларов, что вполне приемлемо, поскольку стоимость вложений в гидроэнергетике до 5000 долларов на 1 кВт, в атомной около 4000 долларов. Стоимость прибыльной генерации от 3 до 5 центов за 1 киловатт час.

Геотермальная энергетика в России

Россия весьма богата геотермальными источниками и запасами геотермальной энергии. По оценкам специалистов, запасы энергии доступных для освоения геотермалльных источников в 10-15 раз превышают запасы органического топлива. Огромные запасы горячих вод сосредоточены в Западной Сибири. В этом районе находится подземное море горячей воды площадью 3 млн кв. м. с температурой воды 70-90 градусов. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России.

Оцененный потенциал геотермальных ТЭЦ на Камчатке составляет 1000 МВт.

Практически все российские геотермальные электростанции сосредоточены на Камчатке и на Курилах. Общая мощность четырех электростанций 80МВт. Имеются данные о реализации геотермальных установок для получения тепловой энергии для отопления зданий в ряде регионов России. Геотермальные источники на Северном Кавказе имеют глубину залегания от 300 до 5000 м. Температура воды из этих источников от 70 до 120 градусов. Тепло от источников используется для теплоснабжения и горячего водоснабжения в быту, сельском хозяйстве, промышленности.

Как видно из приведенных данных, потенциал использования геотермальных источников малой глубины залегания в России явно не использован.

Источник: http://portal-energo.ru/

С помощью магмы можно генерировать электричество

У бурения земной коры зачастую бывают непредвиденные результаты. Например, Кольская скважина, которая является самой глубокой скважиной мира, когда-то была пробурена в неудачном месте: с её помощью так и не удалось осуществить анализ самых глубоких пород, на которые она была нацелена. Однако бывает и наоборот. В 2009 году буровая скважина под названием «Крафла», которая расположена на северо-востоке Исландии достигла всего 2100 метров — и вдруг попала в «карман» из магмы! До этого случая только однажды бурение смогло добраться до магмы под землей – это произошло на Гавайях в 2008 году, и тогда глубина не была столь малой.

Одна из исландских ГеоЭС

Так как температура магмы составляет от 700 до 1300°C, ценность данного ресурса довольно очевидна. Поэтому ученые всего мира обратили внимание на доселе неизвестную скважину IDDP-1(Icelandic Deep Drilling Project), которая была пробурена специально для того, чтобы выявить потенциальные источники геотермальной энергии в недрах Исландии. Однако такого успеха никто не ожидал.

Дело в том, что на сегодняшний день геотермика по сути применяет гидротермальную энергию - готовую горячую воду земных недр, которые обычно находятся на небольшой глубине (иначе — дорого). Продвинутая геотермальная энергетика – это альтернативный подход, предусматривающий чисто геотермальный сценарий, когда воду закачивают в раскалённую породу сверху. Для успеха такого метода необходимы скалистые недра, из которых вода не утечет. Однако наиболее эффективным способом повышения отдачи является гидроразрыв пласта, после которого закачанная вода после контакта с большим количеством породы резко нагревается, после чего превращается в пар. Впрочем, при его использовании есть угроза потери части теплоносителя. Пока что успехи в этой сфере сводятся к опытным электростанциям, к тому же такая технология может стать причиной искусственных землетрясений.

Если же эксплуатировать готовую магму, то гидроразрыв пласта невозможен, да и не нужен. Даже в том случае, если потребуется закачка воды, она проходит в один этап. К тому же магма нередко сама испаряет подземную воду и гонит её наверх. Отметим, что в Исландии из-под земли забил фонтан пара — сверхкритической воды, которая была нагрета до 450°С.

Как утверждает Уилфред Элдерс из Калифорнийского университета, который находится в Риверсайде (США), Национальная энергетическая компания Исландии решилась на весомые инвестиции в данный проект и теперь получила отдачу от него.

Сверхперегретый пар поступал из теплообменной стальной трубы с нижним концом, опущенным в скважину, два года, и его температура являлась рекордной для геотермальной энергетики. Многие ГеоТЭС работают с водой, которая нагрета до 60–80°С.

Потенциал данной скважины составлял 36 МВт электрической мощности; она дала большую часть общей мощности ГеоЭС «Крафла». Увы, из-за поломки клапана на электростанции пришлось временно закупорить скважину, но её ввод в эксплуатацию ожидается в скором будущем. Однако более важен тот факт, что теперь стало ясным, что генерация электричества от воды, нагреваемой магмой, может быть достижима в промышленных масштабах.

Согласно оценкам специалистов, встретить магму на столь малой глубине было неожиданно, однако это совсем не идёт вразрез с самыми смелыми прогнозами по глубине нахождения некоторых островков магмы.

В месте поднятия магма нагревает близкую к ней воду и нередко гонит её вверх

Пока что не совсем ясно, какие опасности может нести такое бурение: специалисты утверждают, что в этом случае подземная проходка рядом с данной чреватой субстанцией не привела к отрицательным сейсмическим последствиям, но необходимо накопить больше опыта подобных мероприятий до того, как можно будет утверждать о возможности получения энергии из магмы посреди большого города.

Вопрос «бурения в центре города» может показаться надуманным, однако дело в том, что 90% домов в Исландии отапливаются с помощью низкопотенциального тепла геотермальных источников. Поэтому, помимо непосредственного извлечения электроэнергии, утилизация остаточного тепла пара для отопления была бы довольно полезна. Тем не менее, для развертывания подобного отопления «на магме» действительно необходим накопленный опыт безопасной эксплуатации.

Отметим также, что из-за высокой температуры на выходе из скважины вода в IDDP-1 была в сверхкритическом состоянии, когда она годится не только для получения энергии, но и для утилизации различных отходов. Также она может найти применение в определенных отраслях химической промышленности.

Источник: http://alternativenergy.ru/

Разновидности геотермальных электростанций

Лукутин Б.В., Суржикова О.А., Шандарова Е.Б. Технология преобразования геотермальной энергии в электроэнергию зависит в основном от параметров теплоносителя. Высокопотенциальные геотермальные воды, обеспечивающие поступление вгеотермальную электростанцию (ГеоЭС) пара высокого давления, позволяют направлять такой теплоноситель непосредственно на лопатки турбин. В этом случае генераторная часть ГеоТЭС принципиально не отличается от традиционной тепловой электростанции, использующей углеводородное топливо.

Механические примеси и газы, содержащиеся в геотермальной воде или паре, очищаются с помощью сепараторов и фильтров. При значительном количестве примесей, которые часто бывают агрессивными, применяется двухконтурная система с теплообменником. Вторичный контур содержит воду, прошедшую химводоочистку и деарирование. Примером подобной ГеоЭС может служить Мутновская геотермальная электростанция, расположенная в 140 км от г. Петропавловск-Камчатский у подножья действующего вулкана Мутновский. До начала строительства Мутновской ГеоЭС, там же, ранее была введена в эксплуатацию Верхнее-Мутновская станция мощностью 12 МВт. Кроме того, в 1967 г. на юге Камчатской области была построена Паужетская ГеоЭС мощностью 11 МВт, которая продолжает работать и в настоящее время. тадалафил 20 мг

Первый блок Мутновской ГеоЭС мощностью 25 МВт введен в эксплуатацию в 2001 году. Через год, с пуском второго энергоблока, мощность станции возросла до 50 МВт. Вторая очередь Мутновской ГеоЭС вводилась в эксплуатацию в 2007-2009 годах и увеличивает мощность станции на 100 МВт. Третья очередь мощностью более 100 МВт планируется на 2012 год. Мутновская ГеоЭС на протяжении ряда лет демонстрирует устойчивую работу и производит дешевую электроэнергию, себестоимость которой составляет около 1,5 цента/кВтчас. В целом, Мутновская ГеоЭС во многом превосходит по своим техническим характеристикам зарубежные аналоги:

- экологическая чистота, которая достигается исключением прямого контакта геотермального теплоносителя с окружающей средой с последующей закачкой его обратно в земные пласты;

- проблема защиты оборудования станции от коррозии и солеот-ложений в значительной степени решена с помощью применения специальной технологии присадок пленкообразующих аминов;

- блочно-модульный принцип поставки оборудования, что позволило существенно сократить сроки строительства станции.

Уже сегодня геотермальная энергетика обеспечивает более 25% потребности в электроэнергии Камчатки, что позволяет ослабить зависимость полуострова от поставок дорогостоящего топлива.

Следует отметить, что геотермальные электростанции с высокопотенциальным теплоносителем могут сооружаться только вблизи соответствующих месторождений геотермальных вод. Таких месторождений не много, соответственно и электростанции рассмотренного типа - объекты достаточно уникальные. Гораздо большей доступностью и распространенностью обладают геотермальные воды с более низкими внутрипластовыми температурами. Как уже отмечалось выше, громадными запасами геотермальных вод с температурами до 100° С обладает Западная Сибирь.

Технологии получения электроэнергии из низкопотенциальной тепловой энергии геотермальных вод основаны на двух принципах энергопреобразования: использования веществ с низкими температурами кипения и гидропаровых турбин типа Сегнерова колеса.

Идея производства электроэнергии в турбогенераторах с помощью веществ с низкими температурами кипения принадлежит советским ученым, которые в 1965-1967 гг. создали первую в мире геотермальную бинарную электростанцию на Камчатке - Паратунскую ГеоЭС. Фреон, превращенный в пар теплом горячей воды, направлялся в турбогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. Сегодня эта технология активно используется. Построено около тысячи энергоблоков мощностью от нескольких кВт до 130 МВт в десятках стран мира.

Гидропаровые турбинные установки (ГПТ) используют прямую подачу горячей воды в сопла турбины без предварительного разделения ее на пар и воду в сепараторах. Гидропаровая турбина работает на потоке, вскипающем в процессе адиабатического расширения. Основная работа в процессе преобразования тепловой энергии геотермальных вод в кинетическую энергию рабочего потока и механическую турбины осуществляется жидкой фазой, что принципиально отличает гидропаровую турбину от паровой. В ГПТ используются сопла Лаваля с парогенерирующими решетками, создающими мелкодисперсный пароводяной поток на лопатках турбины.

Подобные энергоустановки обладают коэффициентом полезного действия до 25-30% при частотах вращения выходного вала до нескольких тысяч оборотов в минуту. В Санкт-Петербургском техническом университете предложена простая и универсальная модель реактивной турбины в виде Сегнерова колеса (рис. ниже).

В напорной части турбины происходит увеличение давления горячей воды, а в сопле Лаваля - ускорение горячей воды в сужающейся части сопла и расширение пароводяной смеси в расширяющейся части сопла. Таким образом, в Сегнеровом колесе происходит ускорение потока горячей воды, её испарение и расширение пароводяной смеси без изменения направления движения потока. Подобные турбины имеют ряд принципиальных преимуществ:

- минимальное число подвижных деталей, что обеспечивает простоту технического обслуживания;

- высокая эффективность осесимметричных сопел как источника реактивного усилия на колесе;

- отсутствие рабочих лопаток, что снижает проблемы обтекания, и эрозии при прохождении пароводяной смеси;

- принципиально новые возможности регулирования мощности турбины.

Ориентировочная стоимость оборудования для гидропаровых турбин мощностью 100-150 кВт составляет 600-750 $/кВт. По данным разработчиков оборудования: ЗАО НПВП «Турбокон» г. Калуга и Института теплофизики СО РАН г. Новосибирск гидропаровые турбины могут эффективно использовать геотермальную воду с температурой 80-150° С.

Источник: http://alternativenergy.ru/

Геотермальная энергия и ее характеристики

Лукутин Б.В., Суржикова О.А., Шандарова Е.Б. "Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении" В недрах Земли сосредоточено колоссальное количество тепловой энергии. Однако технологические трудности и высокие затраты не позволяют сегодня рассматривать эти энергоресурсы в качестве реального энергоисточника. Более доступны для использования гидрогеотермальные ресурсы: термальные воды, пароводяные смеси и сухой пар. Освоение гидрогеотермальной энергии весьма актуально и интенсивно осуществляется в более чем 70 странах.

По основному энергетическому показателю - температуре термальные воды подразделяются на высокопотенциальные (> 100°С), среднепотенциальные (70-100°С) и низкопотенциальные (< 70°С). Распределение доступной геотермальной энергии на континентах весьма неравномерно и обусловлено в основном структурно-тектоническими условиями конкретных районов.
Очевидно, большей энергетической ценностью обладают высокопотенциальные воды рифтовых и вулканических районов. К сожалению, доля этих высокотермальных вод в общем гидрогеотермическом балансе для России не превышает 5-7%. Основные запасы гидротермальных ресурсов связаны с пластовыми артезианскими бассейнами.
Развитие технологий геотермальной энергетики приводит к постепенному расширению электроэнергетических и теплотехнических возможностей преобразования термальных вод в сторону понижения температуры: для производства электроэнергии до 60-70°С и тепла до 5-10°С.
Важными оценочными элементами гидрогеотермальных месторождений являются: ресурсный показатель; производительность скважин и водозаборов; напор на устье скважин; глубина залегания водоносных горизонтов; степень минерализации; солевой и газовый состав термальных вод.
Следует отметить существенную зависимость эффективности использования гидрогеотермальных ресурсов от их геохимических свойств, определяющих срок службы трубопроводного, теплообменного и другого оборудования.
По степени минерализации подземные виды разделяются на пресные, содержащие менее 0,1 г/л примесей, мезопресные 0,1-0,5 г/л и апопресные - 0,5-1 г/л, соленые (солоноватые 1-3 г/л, соленые 3-10 г/л и крепкосоленые 10-36 г/л) и рассолы (слабые 36-150 г/л, крепкие 150-320 г/л, весьма крепкие 320-500 г/л и предельно насыщенные - > 500 г/л).
Важной составляющей термальных вод являются водорастворенные газы, влияющие на механико-энергетические и другие свойства термальных вод. По газовому фактору (л/л) выделяют воды с очень низким - менее 0,1, низким (0,1-0,5), средним (0,5-1), высоким (1-5) и весьма высоким - более 5 газосодержанием. Высокая газонасыщенность вод способствует снижению порога выделения парогазовой смеси, облегчению теплоносителя за счет образования водногазовой смеси. Эти эффекты увеличивают геомеханическую энергию и производительность скважин. При высокой газонасыщенности углеводородными газами и сам газ может иметь определенную энергетическую ценность.
Агрессивные свойства воде обычно придают СО2 и H2S, а также О2, попадающий в воду чаще всего при выходе на земную поверхность, и кислотные газы вулканических терм. Крупнейшими запасами термальных вод, достигающими 70% общих российских запасов, обладает Западно-Сибирский нефтегазоводоносный мегабассейн. До 40-50% геотермальных ресурсов этого мега-бассейна сосредоточены на территории Томской области. Термальные воды находятся здесь на доступной глубине 1—4 км и обладают колоссальным энергетическим потенциалом.
По своим энергетическим характеристикам геотермальные воды Томской области относятся к низкопотенциальным и среднепотенциальным и могут применяться не только для теплофикации объектов, но и для производства электроэнергии. Наибольшим геотермальным потенциалом обладает центральная часть Томской области, на которой расположены многие населенные пункты: Колпашево, Белый Яр, Подгорное, Парабель, Каргасок, Чажем-то, Инкино, Нарым, Большая Грива, Назино, Лукашкин Яр и др. На этой территории пробурено значительное количество нефтепоисковых скважин, выводивших на поверхность термальные воды с температурой на устье до 66°С.
Наличие значительных запасов гидрогеотермических ресурсов, большого количества действующих или временно законсервированных водозаборных сооружений, мощной научно-методической базы и богатого практического опыта, а также высокого спроса на энергию позволяет незамедлительно приступать к широкому использованию геотермальной энергии в Томской области. Уже сегодня можно выбрать оптимальные технологии и обозначить первоочередные энергетические объекты. Энергоэффективность таких объектов следует ожидать достаточно высокой ввиду стабильности параметров энергоносителя, безопасности использования и практически неограниченных запасов термальных вод.
Источник: http://alternativenergy.ru/

Стоимость электроэнергии, вырабатываемой геотермальными электростанциями

Расходы на исследования и разработку (бурение) геотермальных полей составляют до 50% всей стоимости ГеоТЭС, и поэтому стоимость электроэнергии, вырабатываемой на ГеоЭС, довольно значительна. Так, стоимость всей опытно-промышленной (ОП) Верхнее-Мутновской ГеоЭС [мощность 12(3?4) МВт] составила около 300 млн. руб. Однако отсутствие транспортных расходов на топливо, возобновляемость геотермальной энергии и экологическая чистота производства электроэнергии и тепла позволяют геотермальной энергетике успешно конкурировать на энергетическом рынке и в некоторых случаях производить более дешёвую электроэнергию и тепло, чем на традиционных КЭС и ТЭЦ. Для удалённых районов (Камчатка, Курильские острова) ГеоЭС име-ют безусловное преимущество перед ТЭЦ и дизельными станциями, работающими на привозном топливе.

Если в качестве примера рассматривать Камчатку, где более 80% электроэнергии производится на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, работающих на привозном мазуте, то использование геотермальной энергии более выгодны. Даже сегодня, когда ещё идёт процесс строительства и освоение новых ГеоЭС на Мутновском геотермальном поле, себестоимость электроэнергии на Верхне-Мутновской ГеоЭС более чем в два раза ниже, чем на ТЭЦ в Петропавловске Камчатском. Стоимость 1кВт?ч(э) на старой Паужетской ГеоЭС в 2?3 раза ниже, чем на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2.
Себестоимость 1кВт?ч электроэнергии на Камчатке в июле 1988г была от 10 до 25 центов, а средний тариф на электроэнергию был установлен на уровне 14 центов. В июне 2001г. в этом же регионе тариф на электроэнергию за 1кВт?ч составлял от 7 до 15 центов. В начале 2002г. средний тариф в ОАО Камчатскэнерго был равен 3,6 руб. (12центов). Совершенно ясно, что экономика Камчатки не может успешно развиваться без снижения стоимости потребляемой электроэнергии, а этого можно достичь только путём использования геотермальных ресурсов.
Сейчас, перестраивая энергетику, очень важно исходить из реальных цен на топливо и оборудование, а также цен на энергию для разных потребителей. В противном случае можно прийти к ошибочным выводам и прогнозам. Так, в стратегии развития экономики Камчатской области, разработанной в 2001г в Дальсетьпроекте , без достаточных обоснований за 1000м? газа была заложена цена 50дол., хотя ясно, что реальная стоимость газа будет не ниже 100дол., а продолжительность освоения газовых месторождений будет составлять 5ч10 лет.
При этом согласно предложенной стратегии запасы газа рассчитываются на срок эксплуатации не более 12 лет. Поэтому перспективы развития энергетики Камчатской области должны быть связаны в первую очередь со строительством серии геотермальных электростанций на Мутновском месторождении [до 300МВт(э)] перевооружением Паужетской ГеоЭС, мощность которой должна быть доведена до 20 МВт, и строительство новых ГеоЭС.
Источник: http://www.nek-npo.ru/

"Горячая" линия 8 800 300 4435

Геотермальная энергетика