Геотермальная энергетика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Ниже описана гидротермальная энергетика.[1]

Ресурсы[править | править исходный текст]

Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.

Россия
На 2006 г. в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м³/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

Достоинства и недостатки[править | править исходный текст]

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным[источник не указан 968 дней], в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70—90 °С. 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, также в Казахстане.

Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Геотермальная электроэнергетика в мире[править | править исходный текст]

Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х — около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт[2].

Установленная мощность по странам
Страна Мощность, МВт
2007[3]
Мощность, МВт
2010[4]
Доля от общей выработки электроэнергии, 2010[источник не указан 1016 дней]
США 2687 3086 0.3 %
Филиппины 1969.7 1904 27 %
Индонезия 992 1197 3.7 %
Мексика 953 958 3 %
Италия 810.5 843
Новая Зеландия 471.6 628 10 %
Исландия 421.2 575 30 %
Япония 535.2 536 0.1 %
Сальвадор 204.2 204 14 %
Кения 128.8 167 11.2 %
Коста-Рика 162.5 166 14 %
Никарагуа 87.4 88 10 %
Россия 79 82
Турция 38 82
Папуа-Новая Гвинея 56 56
Гватемала 53 52
Португалия 23 29
КНР 27.8 24
Франция 14.7 16
Эфиопия 7.3 7.3
Германия 8.4 6.6
Австрия 1.1 1.4
Австралия 0.2 1.1
Таиланд 0.3 0.3
Всего 9,731.9 10,709.7

США[править | править исходный текст]

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт[5]. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт.

Наиболее мощная и известная группа геотермальных электростанций находится на границе округов Сонома и Лейк в 116 км к северу от Сан-Франциско. Она носит название «Гейзерс»(«Geysers») и состоит из 22 геотермальных электростанций с общей установленной мощностью 1517 МВт[6]. «На „Гейзерс“ сейчас приходится одна четвёртая часть всей произведенной в Калифорнии альтернативной [не-гидро] энергии»[7]. К другим основным промышленным зонам относятся: северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности)и геотермальные электростанции в Неваде, чья установленная мощность достигает 235 МВт.

Важно отметить тот факт, что американские компании являются мировыми лидерами в этом секторе, несмотря на то, что геотермальная энергетика начала активно развиваться в стране сравнительно недавно. По данным Министерства Торговли, геотермальная энергия является одним из немногих возобновляемых источников энергии, чей экспорт из США больше, чем импорт. Кроме того, экспортируются также и технологии. 60 %[8] компаний-членов Геотермал Энерджи Ассошиэйшн (Geothermal Energy Association) в настоящее время стремятся делать бизнес не только на территории США, но и за её пределами (в Турции, Кении, Никарагуа, Новой Зеландии, Индонезии, Японии и пр.)

Геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в стране, имеет особую правительственную поддержку.

Филиппины[править | править исходный текст]

На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27 % всей электроэнергии в стране.

Мексика[править | править исходный текст]

Страна на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной энергии в мире, с установленной мощностью электростанций в 953 МВт. На важнейшей геотермальной зоне Серро Прието расположились станции общей мощностью в 750 МВт.

Италия[править | править исходный текст]

В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.

Исландия[править | править исходный текст]

В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.

Одна из таких станций снабжает столицу Рейкьявик. Станция использует подземную воду, а излишки воды сливают в гигантский бассейн.

Кения[править | править исходный текст]

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт., существуют планы по росту мощностей до 576 МВт.

Россия[править | править исходный текст]

Впервые в мире неводяные пары как тепловой носитель применены на Паратунской ГеоТЭС в 1967 году.[9]

По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения Российской Академии наук, геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт.[10] Российский потенциал реализован только в размере немногим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):

  • Мутновское месторождение:
  • Паужетское месторождение возле вулканов Кошелева и Камбального — Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2011) и выработкой 43,1 млн кВт·ч (на 2010 год проводится реконструкция с увеличением мощности до 18 МВт·э).
  • Месторождение на острове Итуруп (Курилы): Океанская ГеоТЭС установленой мощностью 2,5 МВт·э (2009). Существует проект мощностью 34,5 МВт и годовой выработкой 107 млн кВт·ч.
  • Кунаширское месторождение (Курилы): Менделеевская ГеоТЭС мощностью 3,6 МВт·э (2009).

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.

В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений.[11]

Классификация геотермальных вод[12][править | править исходный текст]

По температуре[править | править исходный текст]

Слаботермальные до 40°C
Термальные 40-60°C
Высокотермальные 60-100°C
Перегретые более 100°C

По минерализации (сухой остаток)[править | править исходный текст]

ультрапресные до 0,1 г/л
пресные 0,1-1,0 г/л
слабосолоноватые 1,0-3,0 г/л
сильносолоноватые 3,0-10,0 г/л
соленые 10,0-35,0 г/л
рассольные более 35,0 г/л

По общей жесткости[править | править исходный текст]

очень мягкие до 1,2 мг-экв/л
мягкие 1,2-2,8 мг-экв/л
средние 2,8-5,7 мг-экв/л
жесткие 5,7-11,7 мг-экв/л
очень жесткие более 11,7 мг-экв/л

По кислотности, рН[править | править исходный текст]

сильнокислые до 3,5
кислые 3,5-5,5
слабокислые 5,5-6,8
нейтральные 6,8-7,2
слабощелочные 7,2-8,5
щелочные более 8,5

По газовому составу[править | править исходный текст]

сероводородные
сероводородно-углекислые
углекислые
азотно-углекислые
метановые
азотно-метановые
азотные

По газонасыщенности[править | править исходный текст]

слабая до 100 мг/л
средняя 100-1000 мг/л
высокая более 1000 мг/л

Петротермальная энергетика[править | править исходный текст]

Данный тип энергетики связан с глубинными температурами Земли, которые с определённого уровня начинают подниматься. Средняя скорость её повышения с глубиной — около 2,5 °С на каждые 100 м. На глубине 5 км температура составляет примерно 125 °С, а на 10 км около 250 °С. Добыча тепла производится посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода, которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара. Проблема данной энергетики на сегодня — её рентабельность.[1]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 Кирилл Дегтярёв. Петротермальная энергетика – старт в России. Русское географическое общество (24 октября 2011). Проверено 1 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012.
  2. Geothermal Development Expands Globally
  3. Bertani, Ruggero (September 2007), "«World Geothermal Generation in 2007»", Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — Т. 28 (3): 8–19, ISSN 0276-1084, <http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf>. Проверено 12 апреля 2009. 
  4. Holm, Alison (May 2010), «Geothermal Energy:International Market Update», Geothermal Energy Association, сс. 7, <http://www.geo-energy.org/pdf/reports/GEA_International_Market_Report_Final_May_2010.pdf>. Проверено 24 мая 2010. 
  5. Geothermal Projects Being Developed in 70 Countries 25 Май 2010 г
  6. The Geysers Geothermal Field, California, United States of America//www.power-technology.com — http://www.power-technology.com/projects/the-geysers-geothermal-california
  7. Calpine and the Environment//www.geysers.com — http://www.geysers.com/environment.htm
  8. Charles W. Thurston. Accelerating Geothermal Growth Through DOE Initiatives//Renewable Energy World North America, May, 2010//www.renewableenergyworld.com — http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth-through-doe-initiatives
  9. Л.А. Огуречников. Геотермальные ресурсы в энергетике. №11 (31). Альтернативная энергетика и экология (2005). Проверено 1 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012.
  10. Геотермальная энергетика. журнал «Энергосвет». Проверено 1 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012.
  11. В. А. Бутузов, Г. В. Томаров, В. Х. Шетов. Геотермальная система теплоснабжения с использованием солнечной энергии и тепловых насосов. журнал «Энергосбережение» (№3 2008). Проверено 1 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012.
  12. ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений»

Литература[править | править исходный текст]

  • Дворов И. М. Глубинное тепло Земли / Отв. ред. доктор геолого-минералогических наук А. В. Щербаков. — М.: Наука, 1972. — 208 с. — (Настоящее и будущее человечества). — 15 000 экз.
  • Э Берман, Б. Ф. Маврицкий Геотермальная энергия. Издательство Мир, 1978. 416 стр.
  • А. Е Севастопольский Геотермальная энергия: Ресурсы, разработка, использование : Пер. с англ. Издательство Мир, 1975.
  • А. Г. Баева, В. Н. Москвичёва Геотермальная энергия: проблемы, ресурсы, использование. Библиографический указатель. Издательство СО АН СССР, Институт теплофизики, 1979

Ссылки[править | править исходный текст]