Геотермальный источник энергии: запасы и использование в России и других странах

Содержание
  1. Геотермальные источники энергии
  2. Петротермальная энергетика
  3. Гидротермальные источники
  4. Магматические источники
  5. Методы сбора энергетических ресурсов Земли
  6. Экономический потенциал энергоресурса
  7. Геотермальные электростанции
  8. Способы извлечения ресурсов
  9. История возникновения ГеоТЭС
  10. Типы ГеоТЭС
  11. Структура геотермальных электростанций
  12. Устройство геотермальной электростанции
  13. Принцип работы
  14. Схема с бинарным источником
  15. Процесс теплоснабжения
  16. КПД геотермальной электростанции
  17. Основные черты геотермальной энергетики
  18. Сферы применения
  19. В сельском хозяйстве и садоводстве
  20. В промышленности и ЖКХ
  21. В частном секторе
  22. Преимущества и недостатки ГеоЭС
  23. Крупнейшие производители геотермальной энергии в мире
  24. США
  25. Филиппины
  26. Индонезия
  27. Мексика
  28. Исландия
  29. Геотермальные источники в России
  30. Южная часть России
  31. Центральная часть России и Сибирь
  32. Камчатка и Курильские острова
  33. Геотермальные электростанции в России
  34. Паужетская ГеоЭС
  35. Верхне-Мутновская ГеоЭС
  36. Мутновская ГеоЭС
  37. Океанская ГеоЭС
  38. Менделеевская ГеоТЭС
  39. Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России
  40. Будущее геотермального электричества

Геотермальные источники энергии

Геотермальная энергия была изобретена не человеком. Тепловой энергией был наделен земной шар с самого начала существования планеты.

Подземные резервуары с естественным подогревом часто находятся очень близко к поверхности. В этом случае геотермальное тепло обнаруживается невооруженным глазом визуально. Это извергающаяся лава вулканов, геотермальных источников — гейзеров.

Преимущество геотермальной энергии в том, что запасы этого тепла в 10 раз превышают запасы органических ископаемых, основного топлива на планете.

Петротермальная энергетика

Так называемая «петротермальная» энергия — это своего рода геотермальное направление, когда в качестве источника используется тепло сухих пород. Изучая этот метод извлечения энергии, важно отметить следующие моменты:

  • повышение температуры пород с глубиной их нахождения характеризуется специальным показателем, называемым «градиент»;
  • в среднем в толще земной коры в различных регионах Земли она составляет 0,02 ° С на метр;
  • при заявленном градиенте температура на глубине около 5 км может достигать 100 С.

Такого температурного градиента достаточно, чтобы практически использовать его для выработки электроэнергии.

Гидротермальные источники

Источниками гидротермального тепла являются природные грунтовые воды, которые намного превосходят своих петротермальных аналогов с точки зрения энергоэффективности. Кроме того, описанный способ не требует значительных затрат денежных и трудовых ресурсов.

Примечание: создание и внедрение таких систем возможно только в местах, где геотермальные воды присутствуют в достаточном количестве и доступны для разработки.

Примером такого места являются исследованные районы скрытой вулканической активности. В связи с этим от используемых геотермальных ресурсов гидротермальные ресурсы составляют лишь около 1%. Остальные 99% — это петротермальные источники, которые можно найти практически в любой точке земной поверхности.

Магматические источники

Магма — это горячая порода, которая извергается в расплавленной форме на поверхности планеты в местах вулканической активности. Особенностью магматических источников является высокая температура теплоносителя, что может значительно повысить эффективность работы установки. Трудность заключается в отсутствии современных технологий для безопасного и стабильного извлечения этой огромной тепловой энергии из такого нестабильного и непредсказуемого теплоносителя, как магма.

Методы сбора энергетических ресурсов Земли

Сегодня существует три основных метода добычи геотермальной энергии: сухой пар, горячая вода и бинарный цикл. Процесс сухого пара непосредственно вращает турбинные приводы электрогенераторов. Горячая вода поступает снизу вверх, а затем распыляется в резервуар, чтобы создать пар для вращения турбин. Эти два метода являются наиболее распространенными и генерируют сотни мегаватт электроэнергии в США, Исландии, Европе, России и других странах. Но местоположение ограничено, поскольку эти заводы работают только в тектонических регионах, где легче получить доступ к нагретой воде.

В технологии бинарного цикла горячая (не обязательно горячая) вода извлекается на поверхность и объединяется с бутаном или пентаном, который имеет низкую температуру кипения. Эта жидкость прокачивается через теплообменник, где она испаряется и проходит через турбину перед тем, как попасть в систему. Технология двоичного цикла поставляет десятки мегаватт электроэнергии в США: Калифорнию, Неваду и Гавайские острова.

геотермальная энергия

Принцип получения энергии

Экономический потенциал энергоресурса

Горячие точки — не единственное место, где можно найти геотермальную энергию. Существует постоянная подача полезного тепла для целей прямого обогрева от 4 метров до нескольких километров под поверхностью практически в любой точке Земли. Почва на вашем заднем дворе или в местной школе также имеет экономический потенциал в виде тепла, которое будет закачиваться в ваш дом или другие здания.

Кроме того, в очень глубоких сухих скальных образованиях под поверхностью (4-10 км) имеется огромное количество тепловой энергии).

Использование новой технологии могло бы расширить геотермальные системы, где люди могут использовать это тепло для производства электроэнергии в гораздо большем масштабе, чем традиционные технологии. Первые демонстрационные проекты этого принципа производства электроэнергии были представлены в США и Австралии в 2013 году.

Если будет реализован полный экономический потенциал геотермальных ресурсов, они станут огромным источником электроэнергии для производственных предприятий. Ученые предполагают, что традиционные геотермальные источники имеют потенциал 38 000 МВт, которые могут генерировать 380 миллионов МВт электроэнергии ежегодно.

Горячие сухие породы встречаются на глубине от 5 до 8 км по всей недрах, а в некоторых местах и ​​на более мелких участках. Доступ к этим ресурсам включает подачу холодной воды, циркулирующей через горячие камни, и удаление нагретой воды. В настоящее время эта технология не имеет коммерческого применения. Существующие технологии пока не позволяют извлекать тепловую энергию непосредственно из магмы, очень глубокой, но это самый мощный ресурс геотермальной энергии.

Благодаря сочетанию энергетических ресурсов и их постоянства геотермальная энергия может играть незаменимую роль в качестве более чистой и устойчивой энергетической системы.

Геотермальные электростанции

Когда мы знаем категории, связанные с рассматриваемой темой, мы обычно говорим о геотермальной энергии, полученной из тепловых источников недр Земли. На практике он исходит из ядра планеты, температура которого составляет около 3600 градусов, и излучается к поверхности Земли. Тепло, поступающее от подземных источников (в частности, от гейзеров), отводится через специальные колодцы в виде пара, нагретого до высоких температур, вызывающего вращение турбинных лопаток генераторов.

Производственные комплексы (геотермальные электростанции), осуществляющие описанный процесс, позволяют получать электроэнергию, используемую для нужд обычного потребителя. Последняя, ​​как и обычные гидроэлектростанции, разнесена по разветвленной сети линий электропередач и снабжается нагрузкой со стороны конечного пользователя. Геотермальные установки, как правило, входят в энергетический комплекс конкретного региона или всего государства.

Способы извлечения ресурсов

Для получения энергии используется один из следующих методов:

  • традиционный:
  1. фонтан — из-за давления в земле ресурс вытекает;
  2. откачка — метод применяется при невозможности образования фонтана;
  • геоциркуляция — остывший ресурс отправляется обратно в недра Земли.

История возникновения ГеоТЭС

Все мы привыкли, что много лет назад энергия добывалась из природных ресурсов. Так оно и было, но и раньше одна из их первых электростанций была геотермальной. В общем, это очень логично, так как техника работала на паровой тяге, и использование пара было самым правильным решением. И фактически единственный на то время, не считая сжигания дров и угля.

Еще в 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора природного пара, которая пригодилась в 20 веке, когда спрос на геотермальные электростанции стал очень высоким.

Первая реально работающая станция была построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году. Это был скорее прототип, так как мог питать только 4 лампочки, но он работал. Шесть лет спустя, в 1910 году, в том же городе была построена настоящая рабочая станция, способная производить достаточно энергии для промышленного использования.

Экспериментальные генераторы были построены во многих местах, но именно Италия не отставала до 1958 года и была единственным промышленным производителем геотермальной энергии в мире.

Руководство пришлось лишить после того, как в Новой Зеландии была введена в эксплуатацию электростанция Wairakei. Это была первая геотермальная электростанция непрямого действия. Спустя несколько лет аналогичные предприятия открылись и в других странах, в том числе в США с источниками в Калифорнии.

Первая геотермальная электростанция непрямого действия была построена в СССР в 1967 году. Тогда этот способ получения энергии начал активно развиваться во всем мире. Особенно в таких местах, как Аляска, Филиппины и Индонезия, которые по-прежнему являются одними из лидеров по производству энергии таким образом.

Типы ГеоТЭС

В простейшем типе геотермальной электростанции во время работы используется так называемый прямой контур. С его помощью пар поднимается по трубам и сразу же раскручивает турбину. При непрямой схеме перед поступлением в трубы пар очищается от газов, вызывающих ускоренное разрушение металла. Если отвод газа осуществляется после конденсации воды, схема считается смешанной. Но есть еще и бинарная схема, которая является наиболее технологичной.

Примером такой станции является геотермальная электростанция Ландау в Германии. Он использует термальную воду для обеспечения тепла из недр Земли, но затем участвует другая жидкость с низкой температурой кипения. Она крутит турбины. Обычно для этого используют изопентан. Этот метод позволяет размещать электростанции в местах, где нет доступа к таким источникам тепла, которые могут напрямую подавать пар для работы турбины. Для их работы достаточно воды с температурой не более 70 градусов.

Структура геотермальных электростанций

Есть три основных проекта геотермальных электростанций:

  • В простейшей конструкции сухой пар проходит непосредственно через турбины, а затем через конденсатор, где пар конденсируется в воду.
  • При втором подходе очень горячая вода превращается в пар, который затем может использоваться для привода турбины.
  • В третьем подходе, называемом бинарной системой, горячая вода проходит через теплообменник, где она нагревает вторую жидкость, например изобутан, в замкнутом контуре. Изобутан кипит при более низкой температуре, чем вода, поэтому он легче превращается в пар для работы турбины.

источники энергии

Три проекта геотермальных электростанций

Технология применения определяется ресурсом. Если вода идет из колодца в виде пара, ее можно использовать напрямую. Если горячая вода достаточно горячая, она должна пройти через теплообменник.

Устройство геотермальной электростанции

Устройство GTS:

  • Бак ГВС
  • Насос
  • Газовый сепаратор
  • Сепаратор пара
  • Турбогенератор
  • Конденсатор
  • Насос высокого давления
  • Бак — охладитель

Как видите, основным элементом схемы является преобразователь пара. Это дает возможность получать очищенный пар, так как он содержит кислоты, разрушающие турбинное оборудование. Есть возможность использования в технологическом цикле смешанной схемы, то есть в процессе задействованы вода и пар. Жидкость проходит всю фазу очистки от газов и паров.

Принцип работы

Рассматривая принцип работы геотермальных установок, важно учитывать существующие методы выработки электроэнергии. По состоянию вектора энергии, применяемому в геотермальной практике, выделяют следующие методы:

  • Прямой доступ, при котором для вращения турбин используется сухой пар.
  • Косвенный метод, предполагающий использование пара с рабочей температурой выше 180 градусов.
  • Бинарный или смешанный метод, при котором в горячую жидкую среду добавляется специальный хладагент.

Принцип работы геотермальных электростанций во всех рассмотренных случаях одинаков: пар, скопившийся в скважинах под давлением, сбрасывается и начинает вращать лопатки турбины. Последний, в свою очередь, вырабатывает электрический ток необходимого качества и величины, который подводится к нагрузке потребителя.

Схема с бинарным источником

Рабочий компонент — жидкость с низкой температурой кипения. Термальная вода также участвует в производстве электроэнергии и выступает в качестве вторичного сырья.

С его помощью образуется пар из низкокипящего источника. ГТС с таким рабочим циклом может быть полностью автоматизирован и не требует обслуживающего персонала. На более мощных станциях используется двухконтурная схема. Этот тип электростанции позволяет достигать мощности до 10 МВт.

Двухконтурная структура:

  • Парогенератор
  • Турбина
  • Конденсатор
  • Выталкиватель
  • Питательный насос
  • Экономайзер
  • Испаритель

Процесс теплоснабжения

Температура воды 50-60 градусов, что оптимально для отопления и горячего питания жилого помещения. Потребность в системах отопления зависит от географического положения и климатических условий. А людям постоянно нужна горячая вода. Для этого строятся ГТС (геотермальные ТЭЦ).

Если для классического производства тепловой энергии используется котельная, потребляющая твердое или газообразное топливо, то в этом производстве используется гейзерный источник. Техпроцесс очень простой, те же коммуникации, теплотрассы и оборудование. Достаточно пробурить скважину, очистить ее от газов, затем перекачать в котельную, где будет выдерживаться температурный режим, после чего она поступит в тепловую сеть.

Главное отличие в том, что нет необходимости использовать топливный котел. Это значительно снижает затраты на тепловую энергию. Зимой абоненты получают отопление и горячую воду, а летом только горячую воду.

КПД геотермальной электростанции

Действительно, нельзя сказать, что геотермальные электростанции очень эффективны, так как их КПД составляет всего 7-10 процентов. Это очень мало по сравнению с установками, где энергия извлекается при сгорании топлива. Вот почему нельзя просто выкопать яму, засунуть в нее трубу и пойти отдыхать. Система должна быть высокоэффективной и использовать несколько циклов для повышения производительности, иначе полученной энергии будет недостаточно даже для приведения в действие насосов, используемых для вывода жидкости на поверхность.

Ключ к успеху геотермальных растений по сравнению с ветровыми и солнечными — это их постоянство. Они могут работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю с одинаковой интенсивностью, потребляя меньше энергии, чем они производят на выходе. Дополнительным преимуществом является возможность получения тепла, используемого для обогрева дома и близлежащих объектов. И при этом совсем не обязательно сжигать дорогое топливо.

Основные черты геотермальной энергетики

К характеристикам геотермальной энергии относятся следующие характеристики:

  • Сравнительная сложность доступа к возобновляемому источнику тепла.
  • Сложность выбора правильного способа получения и преобразования энергии.
  • Необходимость учитывать плюсы и минусы строящихся геотермальных электростанций в выбранных регионах страны.

Дополнительная информация: Источником тепла являются сухие горные породы или геотермальные воды, расположенные в недрах земли и доступные для использования.

Сферы применения

Несмотря на то, что Гео ТЭС занимают скромное место среди других энергоустановок, в народном хозяйстве все чаще используются станции, работающие на тепле земных недр. Принимая во внимание преимущества и недостатки рассмотренных выше геотермальных электростанций, последние могут быть применены в рассмотренных ниже случаях.

В сельском хозяйстве и садоводстве

В сельском хозяйстве геотермальная электростанция может использоваться для следующих целей:

  • для систем отопления, выращиваемых в теплицах или тепличных комплексах;
  • с целью ухода за ними (в частности, для полива);
  • для отопительных комплексов, в которых содержатся домашние животные и птицы (фермы, конюшни и курятники).

Возможность использования геотермальных станций для этих целей зависит от качества и состава воды, поступающей из недр. В сельском хозяйстве и садоводстве их чаще всего используют в таких странах, как Израиль, Гватемала, Греция, Мексика и Кения.

В промышленности и ЖКХ

Промышленные предприятия и городские коммунальные службы входят в число государственных структур, больше других нуждающихся в источниках энергии независимо от случая. Геотермальная энергия вполне способна справиться с этой задачей и предоставить им необходимое количество возобновляемых энергоресурсов.

Поэтому промышленность и коммунальные услуги считаются одними из основных потребителей в этом секторе. В коммерческих целях геотермальная энергия для заявленных потребностей производится в Новой Зеландии, России, Исландии и США.

В частном секторе

есть возможность самостоятельно получать геотермальную энергию в небольших объемах, используя ее, например, для автономного отопления или для дополнительного обогрева частных домов вместо газа. Принцип работы такой системы аналогичен работе обычного кондиционера, используемого в режиме обогрева помещения. И наоборот, геотермальный источник тепла способен работать при любой температуре наружного воздуха и практически не потребляет электричество.

построить частную геотермальную станцию ​​можно, если, например, в выбранном месте на нужной глубине установить специальные коллекторы, наполненные антифризом. Благодаря естественным процессам обмена веществ они концентрируют тепло, а затем передают его в систему отопления жилого дома. Затраты на организацию такого комплекса минимальны (частнику придется потратиться только на покупку необходимого оборудования и его установку).

Преимущества и недостатки ГеоЭС

К неоспоримым преимуществам использования геотермальной энергии можно отнести:

  • значительные запасы тепловой энергии, которая при правильном управлении может считаться возобновляемой;
  • эффективность, достигаемая за счет отказа от традиционных видов топлива;
  • экологическая чистота источников и геотермальных станций, не выделяющих вредных веществ в атмосферу;
  • самоокупаемость, исключающая необходимость использования сторонних источников энергии (помимо первого пуска завода).

Примечание: геотермальные электростанции (геотермальные электростанции) также не требуют значительных эксплуатационных затрат.

К преимуществам геотермальной электростанции можно отнести возможность совместного использования для выполнения определенных функций. Когда станция расположена на берегу моря, в частности, ее часто используют с целью опреснения соленой воды. При таком сочетании функций последний перегоняется и впоследствии используется для искусственного орошения почвы или для других практических целей.

К недостаткам использования HS можно отнести:

  • связь станции с точкой появления термальных источников, иногда расположенных в отдаленных районах
  • работа геотермальной электростанции способствует изменениям в протекании природных процессов, из-за чего существует опасность их прекращения
  • колодцы или другие точки выхода могут выделять вредные или коррозионные летучие соединения
  • затраты на строительство станции довольно высоки, что способствует увеличению стоимости энергии для конечного пользователя

Основная причина этих недостатков — нестабильность природных процессов для промышленного использования. Любое вмешательство способно нарушить хрупкое равновесие, а в гидродинамических системах опасность возрастает из-за появления возможности образования карстовых полостей. Эксплуатация геотермальной электростанции требует бережного и внимательного отношения к природным системам, обновлению объемов воды и другим профилактическим мерам.

Размещение сооружений такого масштаба вблизи объектов вулканической активности всегда сопряжено с определенными рисками. Обычно при поиске места для станций стараются выбирать участки, где подземная активность наблюдается давно и пока проявляется слабо.

Крупнейшие производители геотермальной энергии в мире

Что касается использования, геотермальная энергия имеет меньший объем, чем другие разрабатываемые возобновляемые источники энергии. Но там, где другие полезные ископаемые отсутствуют или нет возможности их использовать, он получил основное развитие при поддержке государственных программ.

Геотермальная энергия широко распространена в странах Юго-Восточной Азии, Восточной Африки и Центральной Америки.

Однако есть страны, которые используют геотермальную энергию в разных частях света.

  • В Европе — Исландия, Италия, Франция, Литва.
  • В Америке — США, Мексика, Никарагуа, Коста-Рика.
  • В Азии — Япония, Китай, Филиппины, Индонезия, Таджикистан.
  • В Африке — Кения.
  • В Австралии — Новая Зеландия.

Энергией термальных источников снабжают вулканизированные территории Земли. Это Камчатка и Курилы, Японские и Филиппинские острова, Кордильеры и горные хребты Анд.

На сегодняшний день крупнейшей страной-производителем с запасами геотермальной энергии являются Соединенные Штаты Америки. В США построено 77 геотермальных электростанций. За короткое время с момента развития и начала деятельности страна стала экспортером энергии и тех же технологий.

Известная и самая мощная группа тепловых электростанций (22 штуки) называется «Гейзер», она расположена в 100 километрах к северу от Сан-Франциско. Другие промышленные энергетические зоны построены в Неваде и Калифорнии.

На Филиппинах треть электроэнергетики находится под землей. Третья позиция в мире принадлежит Мексике.

Развитие перспективных технологий в этом разделе энергетики связано с Исландией. На его территории около 3 десятков действующих и потухших вулканов, что определяет специализацию производства энергии.

Геотермальная энергия в Исландии составляет 25-30% производимой энергии. Энергетика страны использует гейзерные горячие источники, которых здесь много. Итак, главный город штата Рейкьявик обслуживается электростанцией такого принципа действия, а их в штате пять.

Исландия является эталоном экологической структуры жизни на планете, поскольку большую часть своей энергии она берет от Земли, а остальная часть использует возобновляемую энергию воды.

Кроме того, ручная жара земли за короткое время помогла Исландии из экономически отсталой страны в стабильное и процветающее государство.

США

Страна с самым высоким потреблением электроэнергии, вырабатываемой солнечными тепловыми электростанциями.

Установленная мощность энергоблоков составляет более 3000 МВт, что составляет 0,3% от всей электроэнергии, производимой в США.

Самые крупные из них:

  1. Группа станций «Гейзер». Расположенная в Калифорнии, группа включает 22 станции с установленной мощностью 1517,0 МВт.
  2. В штате Калифорния — станция Imperial Valley Geothermal Area с установленной мощностью 570,0 МВт.
  3. В штате Невада — станция геотермальной зоны Navy 1 с установленной мощностью 235,0 МВт.

Филиппины

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1900 МВт, или 27% от всей вырабатываемой в стране электроэнергии.

Самые крупные станции:

  1. McLeeling-Banachau установленной мощностью 458,0 МВт.
  2. Тиви, установленная мощность 330,0 МВт.

Индонезия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1200 МВт, или 3,7% от всей вырабатываемой в стране электроэнергии.

Самые крупные станции:

  1. Блок Сарулла I, установленная мощность 220,0 МВт.
  2. Блок Сарулла II, установленная мощность — 110,0 МВт.
  3. Сорик Марапи Модульный, установленная мощность — 110,0 МВт.
  4. Караха Бодас, установленная мощность — 30,0 МВт.
  5. Блок Улубелу строится на Суматре.

Мексика

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

Самая крупная из них — геотермальная электростанция Cerro Prieto с установленной мощностью 720,0 МВт.

Исландия

Установленная мощность энергоблоков составляет 600 МВт, или 30,0% от всей вырабатываемой в стране электроэнергии.

Геостанция 5

Самые крупные станции:

  1. Электростанция Hellisheiði установленной мощностью 300,0 МВт.
  2. «Несявеллир» установленной мощностью 120,0 МВт.
  3. Рейкьянес с установленной мощностью 100,0 МВт.
  4. Сварценги Гео установленной мощностью 80,0 МВт.

Помимо вышеперечисленного, геотермальные электростанции работают в Австралии, Японии, странах ЕС, Африке и Океании.

Геотермальные источники в России

Центральный регион, Северный Кавказ, Дагестан, Сибирь, Байкальская рифтовая зона, Красноярский край, Чукотка, Сахалин, полуостров Камчатка и Курильские острова обладают богатыми геотермальными энергоресурсами для производства до 2000 МВт электроэнергии и более 3000 МВт. МВт тепла для системы централизованного теплоснабжения. Использование геотермальных ресурсов в России особенно важно для снабжения северных территорий страны.

В России из-за холодного климата более 45% общих энергоресурсов используется для обеспечения теплом городов, поселков и промышленных комплексов. До 30% этих энергоресурсов в некоторых регионах может быть обеспечено за счет тепла недр Земли.

Использование геотермальной энергии должно осуществляться в следующих регионах России: в Краснодарском крае (теплоснабжение в г. Лабинск, а также в комплекс в поселке Росы), в Калининградской области и на Камчатке (теплоснабжение) поставка на Елизовскую и Паужетскую электростанции мощностью 12 МВт и расширение существующей Мутновской ГеоЭС до 50 МВт, где вторичный пар используется для выработки электроэнергии.

Произошедшие в России экономические и политические изменения существенно повлияли на развитие электроэнергетики.

Электроэнергетика в России в основном основана на использовании ископаемого топлива и эксплуатации атомных и гидроэлектростанций. В настоящее время геотермальная энергия относительно скромна, хотя страна обладает значительными ресурсами.

Текущая экономическая ситуация в России зависит от развития ее энергетического потенциала. Экономические трудности делают проблему энергоснабжения актуальной, особенно в северных и восточных регионах страны. В этих условиях для регионов вполне естественно стремление использовать свои энергоресурсы и развивать возобновляемые источники энергии. В регионах Дальнего Востока, Сахалина, Курильских островов, Камчатки использование геотермальных электростанций в России становится экономически целесообразным.

Есть несколько основных регионов, перспективных для «прямого» использования (теплоснабжение жилых и промышленных зданий, тепличное хозяйство и обогрев почвы, в животноводстве, рыболовстве, промышленном производстве, для извлечения химических элементов, повышения нефтеотдачи, для плавки замороженных продуктов) горных пород, в бальнеологии и т д.), а также для получения тепла тепловыми насосами и выработки электроэнергии на ГеоЭС с бинарным циклом (геотермальная электростанция). Геотермальная энергия в России

Один из них, регион (Камчатка и Курильские острова) расположен в зоне действующих вулканов, наиболее перспективной для «прямого» использования геотермальной энергии и строительства ГеоЭС. На сегодняшний день в России исследовано 66 скважин с термальной водой и паром. Половина из них находится в эксплуатации, обеспечивая около 1,5 млн Гкал тепла в год, что составляет почти 300 000 тонн условного топлива.

Южная часть России

Дагестан на Северном Кавказе — один из основных центров развития геотермальной энергетики. Общий объем ресурсов на глубине 0,5-5,5 км позволяет получать около 4 млн м3 / сутки горячей воды. В настоящее время в Дагестане используется более 7,5 млн м3 / год воды с температурой 50-1100С. Из них 17% горячие; 43% для централизованного теплоснабжения; 20% для теплиц и 3% для бальнеологии и производства минеральной воды. В Дагестане пробурено 180 скважин на глубине от 200 до 5500 м. Такие города, как Кизляр, Тарумовка и Южно-Сухокумск, обладают уникальными запасами горячей воды. Например, Таруморское месторождение имеет запасы горячей воды высокой солености (200 г / л) с температурой до 950 ° C. На глубине около 5500 м пробурено шесть скважин, это самые глубокие скважины в России. Испытания показывают высокую проницаемость коллектора от 7500 до 11000 м3 / сутки и устьевое давление 140-150 бар.

На Кавказе и в Предкавказье термальные воды образовались за счет многослойных артезианских бассейнов в отложениях геологической эры мезозоя и кайнозоя.

Минерализация и температура этих вод существенно различаются: на глубинах 1-2 км — от 0,5 до 65 г / кг и от 70 до 100 0С соответственно, а на скифском шельфе на глубинах 4-5 км — от 1 до 100 ° С. 200 г / кг и от 50 ° С до 170 ° С.

В Дагестане общий объем разведанных запасов термальных вод составляет 278 тыс. М3 / сут, а с использованием водного пласта — 400 тыс. М3 / сут. Тепловой потенциал здесь эквивалентен ежегодной замене 600 000 тонн условного топлива.

Геотермальная энергия использует ресурсы при температурах от 40 до 1070 ° C и минерализации от 1,5 до 27 г / л, расположенных в северном Дагестане. За последние 40 лет в регионе открыто 12 крупных термальных вод и пробурено и подготовлено к эксплуатации 130 скважин.

Однако в настоящее время используется только 15% известных потенциальных запасов термальной воды.

Краснодарский край также обладает значительными запасами геотермальной энергии. В регионе имеется большой опыт использования геотермальных источников энергии. В эксплуатации находится около 50 скважин, принимающих воду объемом до 10 млн м3 с температурой от 75 до 110 ° С. Большие площади энергопотребления в Краснодарском крае обеспечат к 2020 году до 10% всей потребности в тепле и до 3% всех потребностей области в энергии. Суммарная тепловая мощность действующих месторождений составляет 238 МВт.

Центральная часть России и Сибирь

Экономическая целесообразность использования геотермальных ресурсов для производства тепла и электроэнергии становится более очевидной, если ресурсы обычно доступны с температурами от 30 до 80 ° C (иногда даже до 1000 ° C) на глубине 1-2 км. Такие ресурсы расположены в центральной части бассейна Центральной России (Московская синеклиза (разрез)), в которую входят 8 регионов: Вологодский, Ивановский, Костромской, Московский, Нижегородский,

Новгородский, Тверской и Ярославский. Есть также многообещающие возможности для эффективного использования термальных вод в Ленинградской области и особенно в Калининградской области. Эффективность их использования может быть обеспечена за счет использования тепловых насосов и бинарных циркуляционных систем. В центре европейской части России возможно широкое использование геотермальной энергии.

В Сибири также есть подземные запасы тепла, которые можно использовать для отопления и сельского хозяйства. Термальные воды Западно-Сибирского шельфа имеют большой артезианский бассейн площадью около 3 млн км2. На глубинах до 3 км источники термальных вод присутствуют с температурой от 35 до 75 0С и соленостью от 1 до 25 г / кг и оцениваются в 180 м3 / сек.

Высокая соленость этих термальных вод требует повторной закачки после использования теплового потенциала для предотвращения загрязнения окружающей среды.

Используя даже 5% запасов, он будет производить 834 млн Гкал / год, что позволит сэкономить 119 млн тонн условного топлива.

На Байкале и прилегающей территории много горячих источников, энергия которых может достигать многих тысяч кубометров в сутки при температуре от 30 до 80С и выше. Обычно минерализация этих вод не превышает 0,6 г / л.

Если рассматривать химический состав термальных вод, то они в основном щелочные, сульфатные или гидрокарбонатные. Большая часть этих ресурсов находится в Тункинской и Баргузинской пещерах, а также на побережье озера Байкал.

Камчатка и Курильские острова

Самые богатые запасы геотермальной энергии на Дальнем Востоке России. В частности, Камчатка и Курильские острова обладают богатыми ресурсами с генерирующей мощностью до 2000 МВт и тепловой мощностью не менее 3000 МВт с использованием водно-паровой и горячей водяной смеси. С середины 1950-х годов проводились систематические геофизические исследования и бурение для поиска горячей воды. На сегодняшний день пробурено около 400 скважин на глубине от 170 до 1800 м. С 1966 года успешно работает Паужетская геотермальная электростанция, вырабатывая дешевую электроэнергию в этом регионе. Предполагаемый потенциал этого месторождения составляет около 50 МВт (до 30 лет).

Практически на всей территории Камчатки имеется геотермальная энергия в виде горячей воды и пара. На юге Камчатки, в районе Паужетской ГеоЭС, при разработке был обнаружен достаточный ресурс для ГеоЭС мощностью около 350 МВт. К северу от Мутновской ГеоЭС находятся ресурсы порядка 180-200 МВт. Восточная часть Камчатки ценится как богатый высокотемпературный водный ресурс мощностью около 250 МВт. В центральной и северной части Камчатки расчетная мощность геотермальных ресурсов с температурой выше 1500 ° C составляет 550 МВт. Расчетная тепловая мощность геотермальных ресурсов с температурой ниже 150 ° C на 600 МВт.

Паужетская ГеоЭС

Курильские острова в основном питаются от дизель-генераторов и обогреваются импортными угольными котлами. В то же время Курильские острова богаты геотермальной энергией. Ожидается, что их мощность достигнет 300 МВт. Геотермальная энергия необходимой мощности может быть реализована в непосредственной близости от любого крупного населенного пункта, существующих или планируемых сооружений Курильских островов — на островах Кунашир, Итуруп, Парамушир и др.

На вышеупомянутых островах исследовано несколько источников геотермальной энергии. Например, на острове Кунашир данные геологоразведочных работ должны иметь геотермальные запасы, оцениваемые в 52 МВт. Планируемые запасы того же Северного Курильского острова — Парамушира, рассчитанные по разным методикам, могут обеспечить работу геотермальных электростанций мощностью 15 — 100 МВт.

Прямое использование геотермальных ресурсов развито в основном в Курило-Камчатском регионе, Дагестане и Краснодарском крае и в основном для теплоснабжения и отопления теплиц. Перспективы освоения геотермальных ресурсов в таких регионах, как Западная Сибирь, Байкал, Чукотка, Приморье, Сахалин.

Экономическая целесообразность использования геотермальных ресурсов с водой с температурой от 30 до 80 / даже 100 ° C на глубине 1-2 км.

Геотермальные электростанции в России

При рассмотрении этого вопроса учитываются особенности недр земли страны-производителя. Геотермальные электростанции в России расположены в сейсмически безопасных районах, где разломы тектонических плит не слишком велики. Специалисты выбирают места для их размещения, где геотермический градиент имеет максимальное значение, что снижает затраты на завершение скважины (необязательно бурить ее на большую глубину). Самый оптимальный вариант — использовать для этих целей гейзеры, во время деятельности при которых вода под давлением выходит на поверхность и достигает необходимой температуры.

Источники геотермальной энергии в России

Паужетская ГеоЭС

Паужетская ГеоЭС

Это первая геотермальная электростанция, построенная в Российской Федерации для электроснабжения южных регионов Камчатки (населенные пункты, изолированные от материка), и единственный источник электроэнергии, в котором нуждается проживающее здесь население. Завод также обеспечивает электроэнергией местные рыбоперерабатывающие предприятия и ряд сельскохозяйственных предприятий.

Причиной начатых в 1966 году работ на Камчатке стала необходимость электроснабжения населенных пунктов и новых строящихся объектов. Здания станции располагались на территории Камбального гидротермального парового депо, расположенного на юго-западной оконечности полуострова Камчатка (село Паужетка). Общая площадь территории, занимаемой Паужетской ГС, составляет около 1,9 га.

Дополнительная информация: Сообщение с поселком возможно только водным транспортом в период плавания и воздушным транспортом — круглый год.

Проектная мощность ГеоЭС составляет около 12 МВт (6 + 6 МВт), и этот же показатель в натуральном выражении составляет 5,8 МВт. Рассматриваемый параметр ограничен объемом геотермального пара, производимого на глубине. Паужетская ГеоЭС оснащена собственной системой водозабора и отвода охлажденной жидкости. Кроме того, в него входит специальное электрооборудование с устройствами регулирования мощности потребительских нагрузок.

Поставкой пара для него занимается ООО «Тепло Земли». Согласно проекту, всего в цикле подготовки теплоносителя задействовано восемь скважин, работающих с перебоями. На всех этих сооружениях установлены скважинные сепараторы. Озерновская ГЭС используется как резервная станция, состоящая из 4 блоков общей мощностью около 3,57 МВт. Дизель-генераторная установка находится в поселке Озерновский на расстоянии примерно 30 км от поселка Паужетка. Его возможности используются одновременно в периоды максимальной сезонной активности при ловле морской рыбы.

Верхне-Мутновская ГеоЭС

Представленная ГеоЭС (мощность — 12 МВт) построена в 1999 году; он был задуман как пилотный проект для местного геотермального месторождения. Основная цель его создания — подтвердить возможность и целесообразность освоения технологий производства электроэнергии из геотермальных источников, имеющихся на территории России.

АВ состоит из трех энергоблоков с конденсационными турбинами «Туман-4К» (заявленная мощность — 4 МВт каждый). В качестве постоянного источника тепла используются три скважины со смесью воды и пара с концентрацией до 30% от общего объема. Подземный теплоноситель транспортируется по каналу трубопровода общей протяженностью около 1,22 км. С его выхода он попадает в систему предварительной обработки, которая представляет собой две параллельные линии от двухступенчатых гравитационных сепараторов. Так работает схема преобразования энергии подземного тепла в электричество.

Обработанный и сконденсированный пар поступает в устройство обратной закачки, после чего перекачивается компрессорами и растворяется в конденсате.

Примечание: попадание попутных газов в атмосферу сведено к минимуму благодаря специальной технологии обработки пара.

Следовательно, в геотермальном комплексе можно реализовать концепцию экологической станции. Всего ГеоПП состоит из 14 прицепных модулей, соединенных закрытыми переходами.

Верхне-Мутновская ГеоЭС

Мутновская ГеоЭС

Представленная в этом разделе ГеоЭС заявленной мощностью до 50 МВт — одна из самых современных технологических разработок, не имеющая аналогов в России. Первая фаза ПКП включает следующие функциональные модули:

  • Главный корпус с машинным залом.
  • Станция сепарации с комплектом насосного оборудования.
  • Несколько градирен.
  • Вспомогательное здание.
  • Здание с комплексным распределительным щитом SF6 (КРУЭ-220 кВ).
  • Комплект электрораспределительного оборудования.
  • Очистные сооружения и др.

При проектировании ГеоЭС-1 были учтены новейшие открытия в области электроэнергетики и применены самые современные технологические решения при ее строительстве

Тепловая схема станции позволила добиться экологической чистоты использования теплоносителя, минуя его прямой контакт с окружающей средой. Это было сделано за счет использования воздушных конденсаторов специальной конструкции, а также за счет полной обратной закачки рабочего тела.

Мутновская ГеоЭС

Океанская ГеоЭС

Океаническая геотермальная электростанция, на строительство которой потребовалось более десяти лет, была введена в эксплуатацию только в 2007 году. Несколько лет она успешно выполняла свои функции, но с февраля 2013 года в ее работе были постоянные перебои. Когда один из существующих заводов был сильно поврежден, завод был полностью остановлен.

Впоследствии второй модуль был частично запущен, но на частичной мощности не работал. Через некоторое время она была признана непригодной для использования и не подлежала ремонту, после чего в ноябре 2015 года станция была выведена из эксплуатации. Действующие в Итурупе станции снова начали получать электроэнергию от дизельных станций.

Океан ГеоПП

Менделеевская ГеоТЭС

Менделеевская геотермальная электростанция — геотермальная электростанция, расположенная на острове Кунашир недалеко от вулкана Д.И.Менделеева. С его помощью налажено теплоснабжение и электроснабжение поселка Южно-Курильск. Номинальная электрическая мощность станции — 7,4 МВт.

Весной 1977 года под вулканом произошла серия землетрясений из более чем 200 афтершоков, очаг активности которых находился на глубине более 20 км. Им приписывают буровые работы, проведенные на геотермальном месторождении Хот-Бич. Не исключено, что землетрясения были связаны с активизацией магматического очага на глубине 4-5 км.

Менделеевская геотермальная электростанция

Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России

Геотермальная энергия используется в России с середины прошлого века. Первая паровая геотермальная электростанция была введена в эксплуатацию в 1967 году на Камчатке (Паратунская геотермальная электростанция). Камчатка для России — авангард таких разработок. 40% электроэнергии, производимой на Камчатке, является результатом подземного преобразования тепла. Его потенциал оценивается в 5000 МВт.

Промышленное использование геотермальной энергии в России практикуется в 20 сферах. Всего было исследовано 56.

Самые известные складские помещения:

  • Камчатка;
  • Ставропольский край;
  • Краснодарский край;
  • Республика Дагестан;
  • Республика Карачаево-Черкесия.

Крупные запасы открыты на Кавказе: Ингушетия, Чечня, Осетия, Кабардино-Балкария, Закавказье. В Кавказском регионе используется тепловая энергия подземных вод. На Камчатке строятся Геоэлектростанции.

В России жару земных недр имеет серьезную конкуренцию: нефть, газ, угольные месторождения и леса.

Геотермальные электростанции — отличная альтернатива традиционным методам производства энергии.

Геотермальная энергия будет продолжать развиваться в регионах, связанных с «огненным поясом Земли». А в будущем развитые страны будут направлять свое энергопотребление на разработку петротермального ресурса, который теоретически можно использовать в любой точке мира.

Геотермальная энергия имеет прямое географическое отношение и сосредоточена в областях с тектоническими трещинами в горных хребтах и ​​сейсмической активностью. Таким образом, в общей массе энергетики ее доля составляет всего 1%, а в некоторых регионах она возрастает до 25-30%.

Технологически геотермальная энергия намного проще, чем ветровая и солнечная. Кроме того, он будет распространяться и расти, поскольку имеет высокие показатели доступности и бережного отношения к окружающей среде. И это несмотря на то, что альтернативные источники традиционной энергии становятся все более дорогими, рано или поздно они закончатся и другого выхода просто не будет.

Будущее геотермального электричества

Согласно исследованиям специалистов в недрах земли, на глубине 3-5 километров сосредоточены запасы тепла, которые могут обеспечить человечество более чем на тысячелетие. Однако на практике энергия, потребляемая из геотермальных источников по отношению к другим видам энергии (например, полученной из угля), не превышает полпроцента. В будущем за счет дальнейших капитальных вложений в мировом масштабе ожидается увеличение этой доли до 50%.

Важно! Потенциал этого сектора уже увеличивается примерно на 2–3% ежегодно.

В Российской Федерации этому виду энергии не уделяется должного внимания, что объясняется небольшим количеством разведанных в стране источников и низкой эффективностью геотермальных станций. Несмотря на это, развитие в этом направлении является приоритетной задачей, которую решает правительство нашей страны.

Оцените статью
Блог об энергетике