Геотермальная энергетика в беларуси реферат

Обновлено: 30.06.2024

Беларусь имеет огромный потенциал для развития геотермальной энергетики. Бесплатная тепловая энергия, которая содержится в недрах земли в виде горячей воды, позволяет обогревать помещения, осуществлять сушку различной продукции и даже вырабатывать электроэнергию. Использование тепла недр позволяет замещать истощаемые запасы нефти и природного газа, решать проблемы изменения климата и кислотных дождей, экономить денежные средства за счет удешевления теплоснабжения зданий и сооружений. Однако геотермальные технологии до сих пор почти не освоены в Беларуси. Почему так происходит, корреспондент БЕЛТА разбиралась вместе с экспертами в этой области: заместителем генерального директора, главным геологом по нефти и газу РУП "Белгеология" Ярославом Грибиком, главным научным сотрудником отдела геофизики РУП "Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт" Владимиром Зуем, директором тепличного комбината "Берестье" Николаем Долбиком.

"Золотые" запасы Земли

Энергия недр - наиболее выгодный и безопасный вариант из существующих видов энергии. Эксплуатация геотермальной энергии не наносит вред окружающей среде, ее доступность не зависит от сезона года, времени суток и погоды. С этой точки зрения тепло земли является уникальным ресурсом, использование которого выгодно как с экономической, так и с экологической точки зрения.

За последние несколько десятилетий многие государства решают для себя проблему постоянного удорожания энергоносителей посредством все более активного использования возобновляемых источников, в том числе и геотермальной энергии. В настоящее время тепло недр используют в 78 странах мира. Из них 24 страны научились вырабатывать электроэнергию за счет использования подземного пара. В Эстонии сейчас насчитывается около 5 тыс. геотермальных установок. В Швейцарии количество станций перевалило за 40 тыс. В Швеции их более 300 тыс.

Руководство к активным действиям

Президент Беларуси поставил задачу обеспечить получение республикой к 2015 году более 30% энергии из собственных источников. Ряд объектов уже перешли на местные источники энергии, в том числе и на геотермальные.

В марте этого года утвержден план первоочередных мероприятий по использованию в республике геотермальных источников энергии. Он включает 8 пунктов, в том числе исследование и разработку технических решений использования подземного тепла для теплоснабжения отдельно стоящих зданий, расположенных вдали от централизованных источников тепловой энергии. План предусматривает анализ действующих, а также выработку при необходимости дополнительных мер по стимулированию использования геотермальных установок, организацию и проведение обучающих семинаров с приглашением ведущих специалистов и производителей геотермального оборудования, а также ряд других мероприятий.

Земля обетованная, но не освоенная

По его словам, на территории республики пробурены тысячи поисковых скважин. Многие из тех, где вместо нефти нашли источники теплой и горячей воды или минерализованных рассолов, раньше "консервировали" за ненадобностью. Только относительно недавно специалисты поняли, что тепло земных недр можно превратить в миллионы долларов. После соответствующих работ по восстановлению или ремонту уже имеющихся скважин здесь можно устанавливать геотермальные станции.

"Более активное развитие в стране геотермальной энергетики позволило бы удовлетворить значительную часть ее потребности в энергоносителях", - считает главный научный сотрудник отдела геофизики РУП "Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт" Владимир Зуй. Но для Беларуси актуален также вопрос удешевления строительства геотермальных установок. "Для этого необходимо организовать производство отечественных тепловых насосов", - добавил ученый, пояснив, что сейчас стоимость одной геотермальной станции для одноэтажного деревянного дома на среднюю семью составляет от 15 тыс. до 20 тыс. евро. Причем большая часть этих средств уходит не на бурение мелких скважин, а на покупку тепловых насосов, которые сегодня промышленностью страны не выпускаются. Импортное оборудование, которое приходится использовать для строительства в республике геотермальных установок, стоит дорого: для приведенного примера - от 8 тыс. до 12 тыс. евро. Создание отечественных аналогов позволило бы заметно снизить сроки окупаемости для таких установок.

К слову, по мере увеличения глубины залегания теплой воды возрастает и ее минерализация. Для добычи же тепла из источников вблизи земной поверхности можно использовать подземные грунтовые либо скважинные теплообменники.

Сейчас в республике насчитывается около 100 геотермальных установок, в том числе в коттеджах и зданиях, находящихся в частном владении. В основном они установлены на объектах, удаленных от центральных теплотрасс и других коммуникаций. Там их строительство продиктовано, прежде всего, необходимостью.

В зоне энергетического комфорта

Использовать тепло недр более масштабно попробовала дирекция тепличного комбината "Берестье", который расположен на восточной окраине Бреста. Пробуренная здесь в 2008 году поисковая скважина глубиной около 1,5 км, выявила вместо нефти источник пресной теплой воды. По указу Президента скважина была передана предприятию для строительства и использования геотермальной установки. В 2011 году комбинат построил теплонасосную геотермальную станцию мощностью 1 МВт. На ней с помощью двух тепловых насосов температуру добытой из-под земли воды поднимали с 24 до 60 градусов. Этой водой комбинат отапливал часть теплиц и обеспечивал себе горячее водоснабжение.

После первого года эксплуатации станция продемонстрировала положительный экономический эффект. С ее помощью на отоплении теплиц предприятие сэкономило около 12% природного газа, а использование воды из подземного источника для полива растений позволило снизить расходы на подогрев воды. В частности, из 8 млн.куб.м газа, потребляемого комбинатом, за год удалось сэкономить 1 млн.куб.м.

По оценкам специалистов, примерно за 6 лет проект должен был окупиться. Однако, несмотря на очевидную выгоду, сейчас геотермальная станция не используется на полную мощность: дешевое тепло недр расходуют только на полив растений, а на обогрев - нет. Связано это с тем, что администрация комбината не нашла общего языка с государственными ведомствами, отвечающими за водоснабжение в республике.

Конфликт развязался вокруг дальнейшего использования комбинатом добытой из-под земли и впоследствии из-за отбора тепла охлажденной воды. Комбинат, который не имеет возможностей для ее дальнейшего использования, предложил Бресту принять для питьевого водоснабжения воду высокого качества. Однако городские власти от предложения отказались.

Как пояснил директор тепличного комбината "Берестье" Николай Долбик, во время использования геотермальной установки для отопления помещений остается громадное количество использованной и охлажденной воды. "Она не годится для полива тепличных растений, так как им подходит только теплая вода. А поскольку добываемого из скважины ресурса слишком много для удовлетворения потребностей комбината, то девать ее некуда", - сказал директор предприятия. К слову, за сутки "Берестье" поднимает из скважины около 1 тыс.куб.м воды. Понятно, что сливать такое количество воды в реку или в ручей предприятию невыгодно.

Первоначально в проекте геотермальной станции было предусмотрено, что отработанный водный ресурс должен был подаваться в сети водопровода Бреста (добытой за сутки воды должно хватить для обеспечения 1/7 части этого города). Сначала, рассмотрев проект, КУПП "Брестводоканал" приняло предложение комбината. Но при условии, что учреждение построит станцию обезжелезивания и отберет пробы воды. Комбинат условия выполнил. Согласно результатам тестов, добытая из скважины вода соответствует стандартам питьевой.

Однако "Брестводоканал" принять воду снова отказался, сославшись на п.34.14 инструкции по планированию, учету производственных затрат и калькулированию себестоимости отдельных жилищно-коммунальных услуг, утвержденной постановлением Министерства жилищно-коммунального хозяйства Беларуси №14 от 14.06.2011. Согласно документу, организации водопроводно-канализационного хозяйства могут принять "чужую" воду только при отсутствии у них достаточных мощностей для оказания соответствующих услуг. Как сказали тогда в "Брестводоканале", таких проблем организация не испытывает, а значит и в услугах тепличного комбината она не нуждается.

Последовавшее за этим обращение администрации комбината в Министерство жилищно-коммунального хозяйства с просьбой внести в действующую инструкцию дополнения, которые позволили бы решить проблему, результата не принесло. В феврале прошлого года Минжилкомхоз сообщил тепличному комбинату о том, что предложение включено в проект постановления, и пообещал, что в установленном порядке оно будет направлено на согласование. С тех пор уже прошло больше года, а ответ из ведомства до сих пор не получен. Из-за технической дилеммы геотермальная установка для отопления не используется.

Ученые считают, что для Беларуси опыт использования такой мощной геотермальной установки, как на "Берестье", мог бы стать бесценным. "Однако межведомственный конфликт помешал полностью раскрыть потенциал экономически выгодного начинания", - сказал Ярослав Грибик.

Для Беларуси, как и для многих других стран, актуальна проблема зависимости от импортных энергоносителей - нефти и газа. Обеспеченность республики собственными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) - нефтью, газом, дровами, торфом, гидроресурсами и биомассой - оценивается в 15-17% потребности страны в таких ресурсах. Оставшиеся 80% ТЭР Беларусь покупает за рубежом. Наиболее реалистичный сценарий обретения республикой энергетической автономности - развитие здесь альтернативной энергетики, в том числе геотермальной. Однако написать, а затем и воплотить этот сценарий в жизнь можно только преодолев конфликт между традиционной и альтернативной энергетикой Беларуси, а также за счет внедрения в промышленность новых технологий, благодаря которым строительство в республике геотермальных станций станет более выгодным.

Переход цивилизации к более высокой фазе всегда начинался с энергетического перевооружения. По прогнозам ООН, потребности человечества в электроэнергии к середине XXI века увеличатся в 4-6 раз. По мнению ученых, нынешняя энергетика справиться с такими задачами не сможет. И поэтому назрела новая энергетическая революция в истории землян. Нужна ли XXI веку эта энергетическая революция? Какие новые источники энергии могут быть использованы?

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
1. Краткая характеристика геотермальной энергетики
1.1 Определение геотермальной энергетики, её достоинства и недостатки
1.2 Природа геотермальных явлений
1.3 Направления использования геотермальной энергетики
1.4 Геотермальная энергетика в мире
2. Состояние, проблемы и перспективы использования геотермальной энергетики в Республике Беларусь
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Работа содержит 1 файл

Реферат. Геотермальная энергетика.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

по дисциплине: Основы энергосбережения

на тему: Геотермальная энергетика: состояние, проблемы, перспективы использования в Республике Беларусь

ФМЭО, 2 курс, ДАЗ-2 Е. С. Ларкович

технологий важнейших отраслей промышленности М. В. Михандюк

1. Краткая характеристика геотермальной энергетики

1.1 Определение геотермальной энергетики, её достоинства и недостатки

1.2 Природа геотермальных явлений

1.3 Направления использования геотермальной энергетики

1.4 Геотермальная энергетика в мире

2. Состояние, проблемы и перспективы использования геотермальной энергетики в Республике Беларусь

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В данной работе будет рассмотрена геотермальная энергетика как альтернативный источник энергии. В первом разделе данной работы будет предложена краткая характеристика геотермии, а именно будут отмечены ее достоинства и недостатки, ее природа, направления использования, а также будет описан опыт использования геотермальной энергетики ведущими странами мира. Первый раздел является основой второго.

То, что многие страны возлагают на геотермальную энергетику большие надежды, очевидно. Сберегать истощаемые ресурсы нефти и газа, решать проблемы кислотных дождей и выбросов парниковых газов, экономить средства можно, используя подземное тепло. Мечту о собственной дешевой тепловой энергии в сложившихся условиях стойкой зависимости государств-потребителей энергоресурсов от экспортеров топлива не считает несбыточной уже ни одна страна в мире.

А почему о геотермальной энергетике так мало слышно в Беларуси — стране, импортозависящей по топливно-энергетическим ресурсам? На этот и другие вопросы, касающиеся состояния геотермальной энергетики в РБ, а также проблем и перспектив ее использования, будет раскрыто во втором разделе данной работы.

При подготовке данного реферата были использованы как печатные, так и периодические издания, а также электронные ресурсы.

Краткая характеристика геотермальной энергетики

1.1 Определение геотермальной энергетики, её достоинства и недостатки

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы [10].

Достоинства геотермальной энергетики:

 практическая неисчерпаемость ресурсов;

 независимость от внешних условий, времени суток и года;

 возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины;

 сокращение вредных выбросов в атмосферу при переходе на энергоснабжение от геотермальных источников [10].

Недостатки геотермальной энергетики:

 эмиссия отравляющих газов;

 воздействие минерализованных геотермальных вод и пара;

 возможность пробуждения сейсмической активности в районе
электростанции, подвижка земной коры;

 опасность локального оседания грунтов, изменение уровня
грунтовых вод, заболачивание;

 сильный шум, вызванный расширением газов на поверхности земли;

 выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды;

 исключение в большинстве случаев сброса термальных вод в природные водоемы в связи с их минерализацией [2].

1.2 Природа геотермальных явлений

Геотермальная энергия представляет собой естественную теплоту нашей планеты. Носителями этой энергии на поверхности Земли выступают подземные воды, которые наблюдаются в виде гейзеров, горячих источников. Мощные потоки теплоты несет с собой раскаленная магма, извергаемая вулканами.

Исследования, проведенные в рудниках и скважинах, показывают, что по мере углубления температура земной коры увеличивается в среднем на 20-40оС на 1 км. Это явление объясняется строением земного шapa.

Основными районами повышенной геотермальной активности являются границы материков, предгорья.

С точки зрения геологии, источники геотермальной энергии имеют различное происхождение и характеризуются различными температурами. Они могут быть гидротермальными и петротермальными.

Гидротермальные источники представляют собой подземные резервуары, заполненные паром или горячей водой. Они имеют выход на поверхность земли и образуют гейзеры или сернистые грязевые озера.

Петротермальные источники аккумулируют энергию сухих скальных пород, которые залегают на глубинах, превышающих 3 км. В такой зоне бурят скважину и закачивают в нее под большим давлением воду. Создание подземной циркуляционной системы завершается с бурением второй скважины. Закачиваемая в подземный теплообменник вода нагревается до температуры породы и по второй скважине подается на поверхность к потребителям [1].

1.3 Направления использования геотермальной энергетики

Геотермальные воды являются перспективным источником энергии, который можно использовать для теплоснабжения жилых домов и других зданий. Ресурсы термальных вод используются для целей теплоснабжения более чем в 70 странах мира. В этой области ведущими странами являются США, Япония, Франция и Исландия. Россия также обладает колоссальными запасами термальных источников в Камчатской и Сахалинской областях, Западной Сибири и на Кавказе. Примером использования геотермальных источников для нужд отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий служит г. Кламант-Фолс (США). Термальная вода поступает в город из 372 скважин, оборудованных экономичными теплообменниками из нержавеющей стали.

Подземные воды часто содержат значительное количество растворенного метана. Если его использовать для догрева теплоносителя, то эффективность работы системы теплоснабжения возрастает.

При отсутствии естественных гидротермальных источников для теплоснабжения могут быть созданы искусственные гидроциркуляционные системы с прокачкой воды через трещины в скальных нагретых породах, созданные гидроразрывом. Такие системы функционируют в США, Великобритании, Германии, Швеции, Франции, Японии.

В сельском хозяйстве различных стран горячие источники применяются прежде всего для обогрева теплиц и почвы. Исландия использует такой способ обогрева с конца 20-х годов. Это позволяет северной стране выращивать помидоры, огурцы, салат и даже субтропические культуры, такие как виноград и бананы. Значительная часть теплиц отводится под выращивание цветов.

Важным направлением использования геотермальных источников является добыча полезных химических веществ, растворенных в теплоносителе. Во многих случаях минерализация подземных вод очень высока — до 200-300 г/л. Рассолы содержат борную кислоту, рубидий, цезий, йод, бром, свинец, цинк, кадмий, медь, поваренную соль и другие вещества. Многие страны, в числе которых США, Италия, Чехия, Туркмении, Россия и другие, ведут промышленную добычу различных химических элементов и соединений из геотермальных источников [1].

1.4 Геотермальная энергетика в мире

Производство электроэнергии на геотермальных источниках началось еще на заре XX века. Мощность первой ГеоТЭС в Лардерелло (Италии) составила 200 кВт. К настоящему времени суммарная установленная мощность этой ГеоТЭС превышает 1000 МВт.

ГеоТЭС распространены в самых разных странах мира. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10500 МВт. Лидером в строительстве этих станций являются США, далее следует Италия. Динамично развивается геотермальная энергетика в Японии [1].

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

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт. Геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в стране, имеет особую правительственную поддержку.

На Филиппинских островах парогидротермы обеспечивают производство около 27% всей электроэнергии в стране.

Мексика на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной энергии в мире.

В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций, которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт.

Израиль - один из крупнейших производителей геотермальной энергии в мире. Сотрудничает по этому вопросу с США.

Все российские геотермальные электростанции расположены на Камчатке и Курилах, суммарный электропотенциал пароводных терм одной Камчатки оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности [10].

2. Состояние, проблемы и перспективы использования геотермальной энергетики в Республике Беларусь

2005 год ознаменовался важнейшим событием в жизни энергетиков страны. Указом Президента Республики Беларусь от 25 августа 2005 г. № 399 утверждена Концепция энергетической безопасности и повышения энергетической независимости Республики Беларусь и Государственная комплексная программа модернизации основных производственных фондов Белорусской энергетической системы, энергосбережения и увеличения доли использования в республике собственных топливно-энергетических ресурсов в 2006-2010 гг..

В этих программных документах определены основные требования национальной экономики, предъявляемые к энергетическому сектору, в том числе по объемам и структуре энергопотребления, а также необходимые для этого масштабы и темпы развития топливно-энергетического комплекса и его отраслей [3].

Согласно Концепции достижение указанной цели предполагается осуществить в результате решения многочисленных задач, одной из которых является максимально возможное, с точки зрения экономической и экологической целесообразности, вовлечение в топливно-энергетический баланс собственных топливных ресурсов: нефти и попутного газа, торфа и древесного топлива, возобновляемых и нетрадиционных источников энергии и вторичных энергоресурсов [9].

В соответствии с принятыми программными документами долю использования местных топливно-энергетических ресурсов в структуре котельно-печного топлива к 2012 г. предусматривается увеличить до 25%, при этом их потребление планируется довести до 6,75 млн. т у. т.

В качестве возобновляемых и нетрадиционных источников энергии применительно к Беларуси рассматриваются и геотермальные ресурсы. При использовании таких энергоносителей необходимо исходить прежде всего из экономической целесообразности.

Краткая характеристика геотермальной энергетики

1.1 Определение геотермальной энергетики, её достоинства и недостатки

Достоинства геотермальной энергетики:

 практическая неисчерпаемость ресурсов;
 независимость от внешних условий, времени суток и года;
 возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины;
 сокращение вредных выбросов в атмосферу при переходе на энергоснабжение от геотермальных источников [10].

Недостатки геотермальной энергетики:

Геотермальные источники энергии

. лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов. Энергетика земли (геотермальная энергетика) базируется на использовании природной теплоты Земли. Недра Земли . для дальнейшего использования в энергетических целях. Но в обоих вариантах использования главный недостаток заключается, пожалуй, в очень слабой концентрации геотермальной энергии. Впрочем, в .

 эмиссия отравляющих газов;
 воздействие минерализованных геотермальных вод и пара;

 возможность пробуждения сейсмической активности в районе

электростанции, подвижка земной коры;

 опасность локального оседания грунтов, изменение уровня

грунтовых вод, заболачивание;

 сильный шум, вызванный расширением газов на поверхности земли;
 выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды;
 исключение в большинстве случаев сброса термальных вод в природные водоемы в связи с их минерализацией [2].

1.2 Природа геотермальных явлений

Основными районами повышенной геотермальной активности являются границы материков, предгорья.

1.3 Направления использования геотермальной энергетики

Термальная вода поступает в город из 372 скважин, оборудованных экономичными теплообменниками из нержавеющей стали.

Источники электрической энергии

. воды преобразуется в электрическую энергию. Состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока, и энергетических мощностей, преобразующих энергию движущегося напора в механическую энергию вращения с дальнейшей её трансформацией в электроэнергию. . рассматриваются традиционные источники электрической энергии: атомные, гидро и тепловые .

1.4 Геотермальная энергетика в мире

На Филиппинских островах парогидротермы обеспечивают производство около 27% всей электроэнергии в стране.

Мексика на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной энергии в мире.

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт.

Израиль — один из крупнейших производителей геотермальной энергии в мире. Сотрудничает по этому вопросу с США.

2. Состояние, проблемы и перспективы использования геотермальной энергетики в Республике Беларусь

Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России

. стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии. Геотермальная энергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире . тепла Земли, использование геотермальной энергии в мире крайне ограничено. Для производства электроэнергии с помощью геотермального пара от этого .

Примеры похожих учебных работ

. вместе взятых. Но ведь потребление всех видов энергетических ресурсов быстро растёт. Что же будет дальше? На . следует ожидать, по крайне мере, в ближайшие десятилетия, дальнейший рост потребностей в самых разнообразных энергетических ресурсах. При .

Источники энергии и проблемы их использования. Теплогенераторы, паротурбинные установки .

. Представляется, что некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными . не восполняют, и их количество неуклонно уменьшается по мере использования. Сюда относятся минеральные и земляные .

Геотермальные электростанции

. всех их типов. По своему техническому устройству, геотермальные электростанции подразделяются на несколько видов: геотермальные электростанции на парогидротермах - это электростанции, в которых используется уже нагретая природой вода; двухконтурная .

Геотермальная энергетика

. на обозримую перспективу. Таким образом, существуют реальные перспективы развития здесь геотермальной энергетики. История развития геотермальной энергетики. Наряду с огромными ресурсами органического топлива Россия располагает значительными запасами .

Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России

. Геотермальная энергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире работало . такой большой потенциал в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии на 2005 г определен .

| |стр. |
|Введение |3 |
|Общие сведения о геотермальной энергии|4 |
|Основные устройства применяемые для получения геотермальной энергии |14 |
|Современный этап развития и использования геотермальных источников энергии в Республике Беларусь |19|
|Заключение |24 |
|Литература |25 |ВВЕДЕНИЕ

Мировое сообщество потребляет невероятное количество энергии, которое необходимо ему для удовлетворения своих потребностей, выполнения различного рода работ и задач и т.д. Но нельзя забывать, что сжигание ископаемого топлива – это ведущий источник выбросов парниковых газов и загрязнение окружающей среды, и которые уже через 50-70 лет исчерпают свой ресурс, сделанный по прогнозамученых, так что всему миру стоит задача искать новые пути решения проблемы с энергопотреблением и как можно лучше искать их там, где они будут возобновляемы и иметь меньшие вредные воздействия на окружающую среду. Поиск надежных и возобновляемых источников энергии будет, являться ключом к счастливому будущему.

Все уже давно знают, что энергия солнца и ветра это отличные источники их можно видеть вразличных уголках нашей планеты, то ли это солнечные батареи, то ли ветровые установки. На сегодняшний момент кто бы ни говорил у них есть, свои недостатки, они грешат своей нестабильностью и периодичностью, что делает их рискованным делом по отношению применения в различных районах нашей Республики и других странах, но мы забываем, что энергия есть у нас прямо под ногами, так называемаягеотермальная энергия. Это энергия нашей земли, которая спрятана на несколько километров вглубь, она за счет получения тепла от ядра земли создает пар, который затем с помощью обычных методов может быть преобразован в электричество. Геотермальная энергия может обеспечить более чем достаточное количество энергии для потребностей человечества, также она получаемая непосредственно из высокой температуры земли,преобразовывается в удобные виды энергии, и является исключительно чистым и эффективным альтернативным источником энергии. Но самое главное её достоинство состоит в том, что она практически неисчерпаема и это делает её популярней среди других источников энергии.

В своем реферате я отражу главные достоинства и недостатки геотермальной энергии, способы получения, основные направления ее использования, удельный веспотребления на всем земном шаре, так же мы коснемся и нашей Республики, мы узнаем на каком же этапе находиться развитие и использование геотермальных источников энергии. Рассмотрим основные районы, где уже используется и где только будет внедряться этот вид энергии, и в конце данной работы мы сделаем заключение над уже выше сказанным.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОТЕРМАЛЬНОЙЭНЕРГИИ

Еще 150 лет тому назад на нашей планете использовались исключительно возобновляемые и экологически безопасные источники энергии: водные потоки рек и морских приливов – для вращения водяных колес, ветер – для приведения в действие мельниц и парусов, дрова, торф, отходы сельского хозяйства – для отопления. Однако с конца XIX века все.

Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.

Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.

Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.

Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.

Немного о тепле Земли

Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.

Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1

Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.

Виды геотермальных электростанций

В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.

Гидротермальная станция

Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.

ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy

Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.

Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.

ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy

Петротермальная станция

Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.

Упрощенная схема петротермальной электростанции

Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.

Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.

В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.

Преимущества геотермальной энергетики

Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.

Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.

Стабильность. Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.

Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.

Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.

Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.

Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.

Недостатки геотермальной энергетики

Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.

Результат воздействия геотермальной воды на металлы.

При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.

Высокая стоимость за киловатт. Несмотря на относительную простоту конструкции ГеоТЭС, первичные вложения в их строительство немалые. Много средств уходит на геологоразведку и анализ, в результате чего себестоимость геотермальных станций колеблется на уровне $2800/кВт установленной мощности. Для сравнения: ТЭС — $1000/кВт, ветряки — $1600/кВт, солнечная электростанция — $1800-2000/кВт, АЭС — около $6000/кВт. Причём для ГеоТЭС приведена усреднённая стоимость, которая может сильно варьироваться в зависимости от страны, рельефа, химического состава пара и глубины бурения.

Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.

Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.

Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3

Где всё это работает и насколько это перспективно

По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.

Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидеров по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.

ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba

ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.

В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.

Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.

Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.

На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.

Читайте также: