Геотермальные электростанции — прекрасная альтернатива традиционным методам получения энергии

Стремительный рост энергопотребления, ограниченность невозобновляемых природных богатств, экологические проблемы вынуждают задуматься об использовании альтернативных источников энергии. В этом отношении особого внимания заслуживает применение геотермальных ресурсов.

Геотермальные электростанции (ГеоЭС) – сооружения для получения электрической энергии за счет природного тепла Земли.

Геотермальная энергетика имеет более чем столетнюю историю. В июле 1904 года в итальянском городке Лардерелло был проведен первый эксперимент, позволивший получить электроэнергию из геотермального пара. А через несколько лет здесь же была запущена первая геотермальная электростанция, работающая до сих пор.

Перспективные территории

Для построения геотермальных электростанций идеальными считаются районы с геологической активностью, где естественное тепло находится на сравнительно небольшой глубине.

Сюда относятся области, изобилующие гейзерами, открытыми термальными источниками с водой, разогретой вулканами. Именно здесь геотермальная энергетика развивается наиболее активно.

Однако и в сейсмически неактивных районах имеются пласты земной коры, температура которых составляет более 100 °С.

На каждых 36 метрах глубины температурный показатель возрастает на 1 °С. В этом случае бурят скважину и закачивают туда воду.

На выходе получают кипяток и пар, которые можно использовать как для обогрева помещений, так и для производства электрической энергии.

Территорий, где можно таким образом получать энергию, много, поэтому геотермальные электростанции функционируют повсеместно.

Источники получения геотермальной энергии

Добыча естественного тепла может осуществляться из следующих источников.

• Сухая порода (петротермальные ресурсы, сконцентрированные в горных породах) . В этом случае в породе с близкими залежами тепла бурится скважина, в которую закачивают воду под большим давлением. Таким способом происходит расширение существующих изломов, и под землей образуются резервуары пара и кипятка. Подобный опыт проводился в Кабардино-Балкарии. Гидроразрыв гранитной породы осуществляли на глубине около 4 км, где температура составляла 200° С. Однако авария в скважине стала причиной прекращения эксперимента.
• Горячие подземные воды с содержанием метана (гидрогеотермальные запасы).
• Магма. Температура верхних слоев этого расплавленного вещества может достигать 1 200 °С. На Земле имеются местности, где магма находится на доступной для бурения глубине, но методы практического освоения магматического тепла только-только разрабатываются.

Принципы работы геотермальных электростанций

Сегодня применяется три способа производства электричества с использованием геотермальных средств, зависящих от состояния среды (вода или пар) и температуры породы.

1. Прямой (использование сухого пара). Пар напрямую воздействует на турбину, питающую генератор.
2. Непрямой (применение водяного пара). Здесь используется гидротермальный раствор, который закачивается в испаритель. Полученное при снижении давления испарение приводит турбину в действие.
3. Смешанный, или бинарный. В этом случае используется гидротермальная вода и вспомогательная жидкость с низкой точкой кипения, например фреон, который закипает под воздействием горячей воды. Образовавшийся при этом пар от фреона крутит турбину, потом конденсируется и снова возвращается в теплообменник для нагрева. Образуется замкнутая система (контур), практически исключающая вредные выбросы в атмосферу.

Первые геотермальные электростанции работали на сухом пару.

Непрямой способ на сегодняшний день считается самым распространенным. Здесь используются подземные воды температурой около 182 °С, которые закачиваются в генераторы, расположенные на поверхности.

Достоинства ГеоЭС

• Запасы геотермальных ресурсов считаются возобновляемыми, практически неисчерпаемыми, но при одном условии: в нагнетательную скважину нельзя закачивать большое количество воды в короткий промежуток времени.
• Для работы станции не требуется внешнее топливо.
• Установка может работать автономно, на своем вырабатываемом электричестве. Внешний источник энергии необходим лишь для первого запуска насоса.
• Станция не требует дополнительных вложений, за исключением расходов на техническое обслуживание и ремонтные работы.
• Геотермальным электрическим станциям не нужны площади для санитарных зон.
• В случае расположения станции на морском или океаническом берегу, возможно ее использование для естественного опреснения воды. Этот процесс может происходить непосредственно в режиме работы станции – при разогреве воды и охлаждении водяного испарения.

Недостатки геотермальных установок

• Велики первоначальные вложения в разработку, проектирование и строительство геотермальных станций.
• Зачастую проблемы возникают в выборе подходящего места для размещения электростанции и получении разрешения властей и местных жителей.
• Через рабочую скважину возможны выбросы горючих и токсичных газов, минералов, которые содержатся в земной коре. Технологии на некоторых современных установках позволяют собирать эти выбросы и перерабатывать в топливо.
• Бывает, что действующая электростанция останавливается. Это может произойти вследствие естественных процессов в породе либо при чрезмерной закачке воды в скважину.

Крупнейшие производители геотермальной энергии

В США и на Филиппинах построены самые крупные ГеоЭС. Они представляют собой целые геотермальные комплексы, состоящие из десятков отдельных геотермальных станций.

Самым мощным считается комплекс «Гейзеры», расположенный в Калифорнии. Он состоит из 22 двух станций с суммарной мощностью 725 МВт, достаточной для обеспечения многомиллионного города.

• Мощность филиппинской электростанции «Макилинг-Банахау» составляет около 500 МВт.
• Еще одна филиппинская электростанция с названием «Тиви» имеет мощность 330 МВт.
• «Долина Империал» в США – комплекс из десяти геотермальных электростанций с совокупной мощностью 327 МВт.
• Хронология развития отечественной геотермальной энергетики

Российская геотермальная энергетика начала свое развитие с 1954 года, когда было принято решение о создании лаборатории по исследованию естественных тепловых ресурсов на Камчатке.

1. 1966 год – запущена Паужетская геотермальная электростанция с традиционным циклом (сухой пар) и мощностью 5 МВт. Через 15 лет ее мощность была доработана до 11 МВт.
2. В 1967 году начала функционировать Паратунская станция с бинарным циклом. Кстати, патент на уникальную технологию бинарного цикла, разработанный и запатентованный советскими учеными С. Кутателадзе и Л. Розенфельдом, был куплен многими странами.

Большие уровни добычи углеводородного сырья в 1970-е годы, критическая экономическая ситуация в 90-е годы остановили развитие геотермальной энергетики в России. Однако сейчас интерес к ней вновь появился по ряду причин:

• Цены на нефть и газ на внутреннем рынке становятся близкими к мировым.
• Запасы топлива стремительно истощаются.
• Вновь открытые месторождения углеводородов на дальневосточном шельфе и побережье Арктики в настоящее время малорентабельны.

Вам нравятся большие, мощные машины? Прочитайте интересную статью про бункеровозы.

Если вам нужно оборудование для дробления материалов - прочтите эту статью.

Имея дело с опасными отходами вы должны досконально знать правила безопасности. Подробно о них  в материале по https://greenologia.ru/othody/gramotnaya-utilizaciya-othodov.html ссылке.

Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России

Наиболее перспективными областями Российской Федерации в части использования тепловой энергии для выработки электричества являются Курильские острова и Камчатка.

На Камчатке имеются такие потенциальные геотермальные ресурсы с вулканическими запасами парогидротерм и энергетических термальных вод, которые способны обеспечить потребность края на 100 лет. Многообещающим считается Мутновское месторождение, известные запасы которого могут предоставить до 300 МВт электричества. История освоения этой области началась с георазведки, оценки ресурсов, проектирования и строительства первых камчатских ГеоЭС (Паужетской и Паратунской), а также Верхне-Мутновской геотермальной станции мощностью 12 МВт и Мутновской, имеющей мощность 50 МВт.

На Курильских островах функционируют две электростанции, использующие геотермальную энергию – на острове Кунашир (2,6 МВт) и на острове Итуруп (6МВт).

В сравнении с энергетическими ресурсами отдельных филиппинских и американских ГеоЭС отечественные объекты производства альтернативной энергии проигрывают значительно: их суммарная мощность не превышает и 90 МВт. Но камчатские электростанции, к примеру, обеспечивают потребности региона в электричестве на 25 %, что в случае непредвиденных прекращений поставки топлива не позволит жителям полуострова остаться без электроэнергии.

В России имеются все возможности для разработки геотермальных ресурсов – как петротермальных, так и гидрогеотермальных. Однако используются они крайне мало, а перспективных областей более чем достаточно. Кроме Курил и Камчатки возможно практическое применение на Северном Кавказе, Западной Сибири, Приморье, Прибайкалье, Охотско-Чукотском вулканическом поясе.

Существует немало причин, тормозящих процессы освоения геотермальных ресурсов. В первую очередь велики геологические риски, которые трудно оценить и управлять ими, не имея специальных знаний. Вот и не спешат инвесторы вкладывать немалые финансы в разработку геотермальных проектов. Опыт крупнейших производителей альтернативных источников энергии, в том числе и солнечных электростанций показывает, что без поддержки государства здесь не обойтись.

Несколько цифр в заключение

Ученые подсчитали, что Земля выделяет 42 х 1012 Вт тепла. Остывание планеты происходит со скоростью 350 °С в миллиард лет. В земной коре содержится всего 2 % общего тепла планеты, что составляет 840 миллиардов Вт энергии. Остальные показатели приходятся на мантию и ядро. Но и этих 2 % достаточно для того, чтобы обеспечить человечество неиссякаемой энергией.