Геотермальная энергетика
Возможности геотермальной энергетики базируются на использовании естественного тепла Земли. В целом на нашей планете температура повышается в среднем на 33 °С на 1 км глубины. Однако существуют зоны, чаще всего связанные с регионами повышенной активности земной коры (границы литосферных плит, вулканические районы и др.), где уже на относительно небольших глубинах температура горных пород и пропитывающих их подземных растворов весьма велика.
Потенциальные запасы геотермальной энергии очень высоки. Оценки МИРЭС на начало 1990-х годов составляют цифры около I трлн т у.т. Самыми перспективными с точки зрения использования геотермальной энергии считаются окаймляющие зоны Тихого океана: Калифорния, Новая Зеландия, Япония, Камчатка, а также Исландия, Кавказ, Северо-Восточная Африка и др.
Наиболее простая (и основная практически реализуемая) технология использования геотермальной энергии – извлечение на поверхность при помощи пробуренных скважин горячих подземных вод (гидротерм или парогидротерм), отбор их тепла для нужд теплоснабжения или производства электроэнергии и дальнейшая закачка охлажденной воды в пласты для ее повторного нагрева в «природном котле».
В зависимости от температуры воды, пара или пароводяной смеси геотермальные источники подразделяются на низко- и средне-температурные (с температурой до 130… 150 °С) и высокотемпературные (свыше 150 °С).
Низко- и средне-температурные гидротермы используются в основном для обогрева и теплоснабжения. В Исландии столица Рейкьявик и другие небольшие города полностью отапливаются природной горячей водой. Термальные воды довольно широко используются для прямого обогрева также в Италии, Франции, Венгрии, Японии, США, в странах Центральной Америки, в Новой Зеландии.
Высокотемпературные источники, содержащие сухой пар, выгоднее всего для сооружения гео-ТЭС, где энергия такого пара превращается в электричество в традиционном паровом турбогенераторном цикле. Первые небольшие гео-ТЭС были построены в Италии. В 1955… 1960-х годах были пущены в эксплуатацию первые гео-ТЭС в США (Калифорния), Мексике, Новой Зеландии, а в конце 1960-х годов – в Японии и СССР. С началом энергетического кризиса интерес к гео-ТЭС повысился, и в конце 1980-х годов геотермальные источники для получения электроэнергии использовались уже почти в двадцати странах.
Существующие гео-ТЭС используют в качестве источника энергии естественные парогидротермы (подземные «паровые котлы» в районах «молодого вулканизма» на небольших глубинах – до 2 км), а также гидротермы, залегающие в пластах на глубине 3…5 км.
Основными достоинствами геотермальной энергетики считаются:
• практически неисчерпаемые запасы энергии;
• довольно широкое распространение первичных источников -почти все пояса активной сейсмической и вулканической деятельности, которые занимают около 10 % площади суши нашей планеты;
9 сравнительно небольшие издержки создания гео-ТЭС (наличие практически «готового к употреблению» теплоносителя), т. е. невысокая установочная стоимость и дешевизна получаемой энергии;
• экологичность: гео-ТЭС почти не загрязняет окружающую среду.
Но указанным причинам мировая геотермальная энергетика развивается достаточно интенсивно: мощность гео-ТЭС в 1985 г. составляла 4800 МВт, из них в США – 2000, на Филиппинах -830, в Мексике – 500, в Италии – 460, в Японии – 240 МВт. На конец 1990-х годов установленная мощность гео-ТЭС превысила 5500 МВт.
Технологические перспективы развития геотермальной энергетики связывают с созданием более сложных и совершенных схем использования тепла парогидротерм,
Двухконтурные гео-ТЭС, где непосредственно в турбинах работает пар или органический теплоноситель второго контура, который получает тепло от химически агрессивных первичных парогидротерм. По такой схеме сначала 1980-х годов в мире создастся ряд крупных двухконтурных гео-ТЭС, в том числе гео-ТЭС «Хебер» (США) мощностью 50 МВт с органическим рабочим телом.
Использование тепла сухих горных пород, нагретых до достаточно высоких температур, с помощью циркуляционной закачки в горячие пласты поверхностной воды. В 1990-х годах направление геотермальных энергоустановок на основе подземных циркуляционных систем (ПЦС) интенсивно развивалось, в настоящее время оно считается одним из наиболее перспективных. Опытные системы теплоснабжения и гео-ТЭС по схеме ПЦС созданы в США, Англии и Германии.
Наконец, особым перспективным «побочным» направлением в геотермальной энергетике считаются технологии комплексной переработки поступающих на гео-ТЭС парогидротерм с извлечением из них, с использованием энергии станции, ценных компонентов (сероводорода, редких металлов и др.).
