Геотермальная энергия. 
Ресурсная и технологическая база возобновляемых источников электроэнергии

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Строго говоря, не является возобновляемой, поскольку речь идет не об использовании постоянного потока тепла, поступающего из недр к поверхности (в среднем 0,03 Вт/мІ), а об использовании тепла, запасенного жидкими или твердыми средами, находящимися на определенных глубинах. Мировые запасы геотермальной энергии составляют: для получения электроэнергии — 22 400 ТВтч/год, для прямого использования — более 140 ТДж/год тепла. Существующие геотермальные электростанции (ГеоТЭС) представляют собой одноконтурные системы, в которых геотермальный пар непосредственно работает в паровой турбине, или двухконтурные с низкокипящим рабочим телом во втором контуре.

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 России, 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.

Гидротермальная энергетика Среди альтернативных источников геотермальная энергия занимает значительное место — ее так или иначе используют примерно в 80 странах по всему миру. В большинстве случаев это происходит на уровне строительства теплиц, бассейнов, применения в качестве лечебного средства или отопления.

Вода, циркулирующая на больших глубинах, нагревается до значительных величин. В сейсмически активных районах она поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, в спокойных же регионах ее можно вывести с помощью скважин. Принцип действия тот же: нагретая вода поднимается по скважине вверх, отдает тепло, и возвращается по второй трубе вниз. Цикл практически бесконечен и возобновляем до тех пор, пока в земных недрах остается тепло. В некоторых сейсмически активных регионах горячие воды лежат так близко к поверхности, что можно воочию наблюдать, как работает геотермальная энергия.

Большое достоинство ГЭ — возобновляемость и универсальность: возможность использовать для водои теплоснабжения, или для выработки электроэнергии, или для всех трех целей сразу. Но главное — это геотермальная энергия, плюсы и минусы которой зависят не столько от местности, сколько от кошелька заказчика.

На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, акваи термокультуре, промышленности, сфере жилищнокоммунальных хозяйств.

В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем. Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок акваи гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах — Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде. Подземные источники применяются для полива полей, обогрева почвы, поддержания постоянной температуры и влажности в оранжерее или теплице.

Одна из наиболее перспективных сфер — частный сектор, для которого геотермальная энергия — это реальная альтернатива автономного газового отопления. Самая серьезная преграда здесь — при довольно дешевой эксплуатации высокая начальная стоимость оборудования, которая значительно выше, чем цена установки «традиционного» отопления.

Исследования в этом направлении идут постоянно: более чем в 70 странах ведется разведка потенциальных месторождений, в 60 освоено промышленное использование ГЭ. Перспективными выглядят сейсмически активные районы (как это видно на примере Исландии) — штат Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, страны Центральной Америки, Филиппины, Исландия, Коста-Рика, Турция, Кения. Эти страны имеют потенциально выгодные не исследованные месторождения. В России это Ставропольский край и Дагестан, остров Сахалин и Курильские о-ва, Камчатка. В Беларуси определенный потенциал есть на юге страны, охватывая города Светлогорск, Гомель, Речица, Калинковичи и Октябрьский. Достаточно перспективным является полуостров Крым, тем более что большая часть потребляемой им энергии импортируется извне.

В числе преимуществ этого вида энергии следующие: она возобновляемая и практически неиссякаемая; независима от времени суток, сезона, погоды; универсальна — с ее помощью можно обеспечить водои теплоснабжение, а также электричество; геотермальные источники энергии не загрязняют окружающую среду; не вызывают парникового эффекта; станции не занимают много места.

Однако имеются и недостатки: геотермальная энергия не считается полностью безвредной из-за выбросов пара, в составе которого могут быть сероводород, радон и другие вредные примеси; при использовании воды с глубоких горизонтов стоит вопрос ее утилизации после использования — из-за химического состава такую воду нужно сливать либо обратно в глубокие слои, либо в океан; постройка станции относительно дорога — это удорожает и стоимость энергии в итоге.

Петротермальная энергетика На настоящий момент в мире достаточно широко используется тепло земных недр, причем преимущественно это энергия неглубоких скважин — до 1 км.

С целью обеспечения электричеством, теплом или ГВС устанавливаются скважинные теплообменники, работающие на жидкостях с низкой температурой кипения (например, на фреоне). Сейчас использование скважинного теплообменника является наиболее рациональным способом добычи тепла. Выглядит это так: теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре. Нагретый поднимается по концентрично опущенной трубе, отдавая свое тепло, после чего, охлажденный, при помощи насоса подается в обсадную. В основе использования энергии земных недр лежит природное явление — по мере приближения к ядру Земли растет температура земной коры и мантии. На уровне 2−3 км от поверхности планеты она достигает более 100 °C, в среднем увеличиваясь с каждым последующим километром на 20 °C. На глубине 100 км температура достигает уже 1300−1500єС.

Достоинства: Утилизация «сухого» глубинного тепла могла бы открыть для энергетики поистине неисчерпаемые возможности. Когда бурение на 8−10 км станет делом технологически освоенным и экономичным, ГеоТЭС можно будет сооружать в любой географической точке, где возникнет надобность в энергетике. Особенно нужной петротермальная энергия может оказаться в районах освоения Сибири и Севера.

Недостатки: Суть проблемы здесь примерно та же, что и в солнечной энергетике: чтобы повысить единичную мощность станции, собирать тепло с как можно большей площади. Есть проекты по созданию больших подземных полостей или разветвленных систем трещин в горных породах обычными или ядерными взрывами. Но для этого требуется тщательно изучить массу вопросов, прежде всего выяснить, не вызовет ли наша столь активная деятельность нежелательных изменений в тектонике земной коры.