Сообщение на тему геотермальные электростанции

Обновлено: 18.05.2024

Термальная энергия планеты используется напрямую или преобразуется в электрическую. Это возобновляемый ресурс, перспективный для развития альтернативной энергетики. Геотермальные электростанции строятся в районах дремлющих вулканов, где сталкиваются или разрываются тектонические плиты. Тепло Земли прорывается ближе к поверхности в виде пара при соединении разогретой магмы и водных залежей.

По расчетам специалистов геотермальной энергетики, доступная тепловая энергия планеты способна обеспечить потребности населения. Активное освоение термических ресурсов началось в середине прошлого века. Пар, поступающий из гейзеров, улавливают и направляют для обогрева жилого сектора, тепличных хозяйств. Укладывают трубопроводы, по которым вода горячих источников устремляется в города и поселки. Часть энергии паровые турбины перерабатывают в электричество. Пока КПД ГеоЭС 7-10%, но технологии совершенствуются. Освоение терморесурсов планеты продолжается.

Геотермальные электростанции или что такое геотермальная энергия?

Горячий гейзер – природный геотермальный источник. Их на Земле немного. Пар научились добывать из глубин бурением скважин. Каждые 36 метров температура геологических отложений повышается на один градус. В 60 странах, расположенных в районе тихоокеанского вулканического кольца и на Дальнем Востоке, уже используют термальную энергию.

Авторское право на создание первой электростанции подобного рода принадлежит Пьеро Джинори Конти. Он в 1904 году провел испытания генератора: подключил к нему 4 лампочки. В 1911 году в городе Лардерелло итальянской провинции Пиза начала работать станция, которая сейчас производит 10% мирового объема геотермального электричества.

Принцип работы геотермальных электростанций

Для генерации электроэнергии применяют 3 основных метода:

сухой пар: геотермальные ресурсы воздействуют на турбину;
насыщенные газовые среды высокой влажности взаимодействуют с генератором.
комбинированный сочетает обе технологии.

Прямой метод

Используется гидротермальный пар, вырывающийся из земли по питающей скважине. Он приводит турбину генератора в движение. Отработанная жидкость закачивается в твердые земные пласты. Происходит загрязнение термальных слоев.

Непрямой метод

Перегретые гидротермальные ресурсы из скважины поступают в испаритель, где тепло геотермальной воды выпаривает избыточную влагу из теплоносителя. Пар из испарителя под давлением поступает на лопасти турбины, заставляет их вращаться. Электростанции на парогидротермах второго поколения, более мощные и надежные: система испаритель–турбина замкнутая.

Смешанный бинарный метод

Современные геотермальные электростанции по принципу работы схожи с генераторными установками второго поколения. Только разогретая землей вода проходит через теплообменник, заполненный теплоносителем. Устройство передает тепло земли воздушной смеси, вращающей генератор. При такой технологии используют менее разогретые термальные воды, увеличивается теплоотдача, снижаются энергетические потери.

Преимущества и недостатки ГТЭС

В будущем планируется развитие геотермальных электростанций, их преимущества и недостатки очевидны. Сначала о хорошем:

геотермальные воды – возобновляемый и неисчерпаемый ресурс;
генератор не зависит от внешних источников топлива;
у геотермальной электростанции имеются экологические преимущества: она не загрязняет атмосферу, не разрушает экосистему;
природное тепло Земли превосходит по потенциалу органическое топливо;
электростанции работают автономно, только при запуске турбину требуется дизтопливо для работы насоса;
исключено влияние погодных факторов;
установки компактные, ремонтоспособные, не требуют больших экономических затрат;
низкая себестоимость используемых ресурсов;
при создании ГТЭС не предусмотрены санитарные зоны, окружающую территорию можно использовать для других целей, например, выращивания с/х продукции в теплицах;
минимальный штат обслуживающего персонала;
используя для генерации пара морскую воду по открытому циклу, можно использовать генераторные установки как опреснители для получения питьевой воды.

Недостатки геотермальных электростанций:

длительный и финансово затратный этап изыскательских работ;
станции строят в сейсмически нестабильных районах, высок риск аварий во время землетрясений;
термальные воды в некоторых районах содержат горючие сопутствующие газы, природные углеводороды, повышается пожароопасность;
работа генераторов связана с повышением уровня шума, вибрацией, влияющей на животных и птиц.

Геотермальные электростанции в России

Сейсмически активные районы находятся на Дальнем Востоке и в районах Северного Кавказа. Развитие геотермальных электростанций в России ограничено территориально, применение тепловых насосов возможно на Урале и Алтае. Сейчас в основном тепло Земли используется для обогрева жилого фонда, с/х тепличных комплексов. Только 13% перерабатывается в электричество.

Паужетская ГеоЭС

Находится на западном берегу Камчатки рядом с вулканом Камбальным. Открытие Паужетской геотермальной электростанции состоялось в 1966 году. Она создавалась для нужд жителей Паужетка, генерировала всего 5 мегаватт. Постепенно расширялась, теперь мощность 17 мегаватт. Улучшены очистные сооружения первой геотермальной электростанции России, второй турбоагрегат мощностью 6 МВт построен в 1980-м, второй – в 2006-м. Принцип работы геотермальной установки основан на прямом использовании пара. Достраивается бинарный блок комбинированного типа.

Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС

Мутновская ГеоЭС

Самая крупная станция Камчатки с прямым использованием пара. Расположена у одноименной сопки, завязана с Верхне-Мутновской станцией в единый энергетический комплекс, производят 1/3 потребностей Камчатки. Два блока мощностью 25 МВт достигли максимальной производительности в 2002 году.

Океанская ГеоЭС

Менделеевская ГеоТЭС

Построена у подножия одноименного вулкана на острове Кунашир. Проектная мощность – 3,6 мегаватт. Из четырех скважин одна вышла из строя, забита серой после подвижек земной коры. В ближайшее время планируется модернизация электростанции, повышение производства электричества в два раза.

Геотермальные станции в мире

В Топе 15 стран, использующих термальную энергию, Россия занимает 13 место. Лидируют страны, где много сейсмоактивных зон.

Данные приведенные ниже актуальны на конец 2019 года. Источник: Think Geoenergy

По состоянию на конец 2019 года глобальная мощность производства геотермальной энергии составляла 15 406 МВт. С добавлением 759 МВт мощности это самый большой ежегодный прирост геотермальной энергии за последние 20 с лишним лет.

Список открывает США, ГеоЭС и гелиотермические электростанции вырабатывают в год 3676 МВт, 3 – 5% от потребляемой мощности. Это:

В Топ 15-ти стран, имеющих ГеоЭС, также входят Сальвадор, Коста Рика, Кения, Никарагуа, Папуа Новая Гвинея, Гватемала.

Будущее геотермального электричества

Паровые и геотермальные источники – лишь часть георесурсов. Тепло твердых пород пока не утилизируется. Ведется разработка по увеличению КПД существующих блоков, снижению себестоимости строительства. Реализуются грандиозные проекты в Америке, Индонезии. Упор делается на электростанции с бинарным циклом. Ведутся изыскательские работы в Африке, Австралии.

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Принцип работы волновых электростанций

Использование энергии морских приливов и отливов

Плюсы и минусы приливных электростанций

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Как сделать ветрогенератор своими руками в домашних условиях?

Системы утилизации тепла дымовых и отходящих газов

Альтернативная энергетика своими руками для дома

Тепловое загрязнение окружающей среды: источники и последствия

Солнечная энергия в России: проблемы и перспективы развития солнечной энергетики

Среди альтернативных источников электроэнергии существуют довольно специфические и экзотические способы ее получения. Кроме солнца и ветра в определенных условиях используется внутренние тепловые запасы планеты, для чего созданы геотермальные электростанции (ГеоЭС или ГеоТЭС). Их работа основывается на энергии пара, поступающего из поземных емкостей, содержащих горячую воду естественного происхождения. Он обеспечивает вращение турбоустановки, соединенной с электрическим генератором. В результате на выходе получается электрический ток, распределяемый среди потребителей.

История развития

О практическом использовании геотермальных источников известно очень давно. Кроме обычного купания, эти природные ресурсы применялись в публичных банях в качестве источника тепла и горячей воды еще в 1-м веке нашей эры.

Позднее, уже в 14-м веке, французы изобрели первую систему общего теплоснабжения, использующую геотермальный потенциал. В промышленности она начала внедряться в 1827 году в Италии, когда под действием пара из вулканических веществ извлекалась борная кислота.

Первая система отопления, основанная только на подземной энергии, разработана в Америке в 1892 году. Затем в 1926 году Исландия стала использовать гейзеры для отопления сначала тепличных сооружений, а впоследствии – и жилых домов.

В 1852 году был изобретен насос для перемещения тепла, а в 1912 году получен патент на его применение в области добычи и извлечения на поверхность подземного пара. На практике эта идея стала реально возможной лишь в 40-х годах 20 века.

Постепенно дошла очередь и до первой электростанции на подземном тепле, сооруженной в 1960 году в американском штате Калифорния. Ее мощность составила 11 мегаватт, и она стабильно проработала в течение длительного времени. Однако, несмотря на некоторую популярность, широкого распространения эти установки сразу не получили. Лишь когда в 1979 году были изобретены полибутиленовые трубы, геотермальная энергия стала значительно эффективнее в области ее практического использования.

В дальнейшем технологии постоянно развивались и в 1967 году в СССР была построена первая станция с двойным рабочим циклом, использующая для получения электричества более низкие температуры, чем обычно. Такая же установка, сооруженная в 2006 году на Аляске, вырабатывает потенциал с использованием воды, нагретой лишь до 57 градусов.

От подземного тепла до электричества

Для добычи геотермальной энергии задействуется естественное тепло, производимое в глубине земных недр. Подобраться к таким источникам на нужное расстояние возможно по специальным шахтам или скважинам. По мере бурения наблюдается возрастание геотермического градиента на 1 С при прохождении точного расстояния в 36 метров. Тепло, извлеченное наверх, представляет собой воду, нагретую почти до кипения или пар.

Полученная этим способом тепловая энергия применяется напрямую в отоплении зданий или при помощи специального оборудования превращается в электроэнергию. Районы, пригодные для получения термальной энергии, есть во многих местах земного шара.

Проведенные исследования показали, что в центральной точке планеты температура ядра составляет примерно 6650 С и выше. Постепенно происходит остывание в среднем темпе в 300-350 С каждый миллиард лет. В мантии и ядре содержится примерно 98% тепловой энергии, и лишь 2% приходится на слой земной коры. Однако даже эта незначительная доля способна обеспечивать потребности людей в течение длительного времени. Идеальными местами под геотермальные станции считаются места в районе стыков между континентальными плитами, поскольку толщина коры здесь значительно меньше.

Известно, что с повышением глубины скважины пропорционально возрастает и температура. Однако, существует немало мест, где она поднимается значительно быстрее. Это участки с высокой сейсмической активностью, проявляющейся при столкновениях или разрывах тектонических плит. Именно здесь намного проще добывать тепловые ресурсы, отличающиеся повышенным геотермическим градиентом. Такая энергия получается более дешевой из-за сокращения затрат на бурильные и насосные работы.

Иногда вода выходит прямо на поверхность, сразу оказывается нагретой до требуемых параметров, как это случается с гейзерами. Именно в этих точках прежде всего возводятся электроустановки, функционирующие на бесплатной тепловой энергии.

Использование подземного потенциала в реальных условиях

Во многих случаях подземная энергия применяется в двух видах.

Первый вариант – это непосредственная подача тепла в отопительные системы и устройства подогрева горячей воды. Этот способ хорошо зарекомендовал себя в районах высоких широт, в точках, где тектонические плиты смыкаются друг с другом. Вода закачивается в трубы напрямую из глубинных скважин и служит для обогрева объектов.
Второй вариант схематично практически не отличается от первого, только для производства электроэнергии требуется повышенная температура – от 150 С. Это основные преимущества геотермальных электростанций.

В качестве живых примеров можно привести американские штаты Калифорнию и Неваду, где за счет подземного тепла снабжаются энергией большие электростанции. В Калифорнии на долю подобных установок в общей массе приходится 5%. В Сальвадоре геотермальными источниками производится свыше 30% электричества. В частных домах этих регионов широко используется экологически чистая и дешевая тепловая энергия.

Способы получения подземной тепловой энергии:

Из сухой породы в разогретом состоянии. В естественные резервуары, состоящие из сухих твердых материалов, под высоким давлением закачивается вода. Она увлажняет поры и трещины, увеличивает имеющиеся разломы, после чего нагревается и становится паром или горячей водой.
Магма. Находится под землей в виде расплавленной массы, нагретой до температуры 1200 С. Довольно редко она в небольших объемах подходит совсем близко к поверхности и располагается на доступных глубинах. В данный момент возможные методы использования магмы как источника бесплатного тепла разрабатываются лишь в теории и на уровне отдельных экспериментов.
Горячие воды. Испытывают постоянное давление, располагаются возле поверхности и содержат в своем составе метан в растворенном виде. В данном варианте электроэнергия производится при помощи не только тепла, но и газа.

Как действуют геотермальные установки

В получении электроэнергии при помощи подземного тепла используются три наиболее распространенных варианта.

Прямая схема, где работает пар в сухом виде;
Непрямая, в которой задействованы свойства водяного пара;
Бинарная (смешанная).

Конкретный вариант зависит от того, в каком состоянии находится геотермальная среда – водяном или паровом. Учитываются и температурные показатели. В своем первоначальном виде электростанции работали по первой схеме, когда добытый пар подается напрямую внутрь турбины. Однако, чаще всего стал использоваться второй вариант непрямого действия, когда закачка жидкости производится под повышенным давлением в резервуары генераторных агрегатов, установленных на поверхности. В данной схеме отсутствует непосредственный контакт пара, воды и турбин с генераторами. Каждый способ следует рассмотреть подробнее.

Многие установки пользуются в своей работе гидротермальным сухим паром (рис. 1). Его движение осуществляется напрямую внутрь турбины, соединенной с электрическим генератором. Горячий пар используется вместо обычных видов твердого и жидкого топлива, поэтому данная технология используется до сих пор, хотя она и несколько устарела.

Более прогрессивным считается вариант на парогидротермах (рис. 2) с непрямым действием. Нагрев гидротермального раствора производится до температуры от 182 градусов и выше. Он нагнетается в специальный испаритель и под образовавшимся давлением выполняется его быстрое выпаривание. Под влиянием образовавшегося пара турбинный вал приводится в действие. Жидкость, оставшаяся в емкости, может быть выпарена в другом испарительном устройстве, что дает возможность повысить мощность установки.

В большинстве районов с горячими источниками тепла температура воды довольно умеренная и не превышает 200 С, а зачастую она значительно ниже. Такая вода применяется в оборудовании с бинарным циклом и оказывается вполне пригодной для выработки электроэнергии. В данной ситуации принцип работы геотермальной электростанции следующий: помимо воды в системе применяется еще одна, специальная жидкость, с более низкой точкой кипения. Они обе проходят внутри теплообменника, где нагретая подземная вода превращает в пар другую жидкость. Полученный за счет этого пар, попадает в турбину и начинает вращать лопатки.

Данная система функционирует полностью в замкнутом цикле, поэтому каких-либо ядовитых выбросов в окружающую среду практически нет. Так как вода с умеренной температурой обычно встречается в горячих источниках, то в перспективе большинство электроустановок будет переведено на этот рабочий режим.

В дальнейшем планируется использовать и другие геотермальные ресурсы. Горячая вода и пар составляют лишь незначительную часть от общих резервов. Практически неиссякаемые энергетические источники будут обеспечены за счет сухих твердых пород и магмы. В данное время ведутся практические разработки, нацеленные на снижение стоимости получения геотермального электричества.

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.

Геотермальная электрическая станция – это комплекс инженерных устройств, преобразующих тепловую энергию планеты в электрическую энергию.

Геотермальная энергетика

Геотермальная энергия бывает:

Петротермальная, когда источник энергии — слои земли обладающие высокой температурой;
Гидротермальная, когда источник энергии — подземные воды.

Геотермальные установки используются для энергоснабжения предприятий сельского хозяйства, промышленности и в жилищно-коммунальной сфере.

Принцип работы геотермальной электростанции

В современных геотермальных установках преобразование тепловой энергии земли в электрическую осуществляют нескольким способами, это:

Прямой метод

В установках такого вида, пар, поступающий из недр земли, работает в непосредственном контакте с паровой турбиной. Пар подается на лопасти турбины, которая свое вращательное движение передает генератору, вырабатывающему электрический ток.

Не прямой метод

В этом случае из земли закачивается раствор, который поступает на испаритель, и уже после испарения, полученный пар поступает на лопасти турбины.

Смешанный (бинарный) метод

В устройствах, работающих по этому методу, вода из скважины поступает на теплообменник, в котором, передает свою энергию теплоносителю, который, в свою очередь, под воздействием полученной энергии испаряется, а образовавшийся пар поступает на лопасти турбины.
В геотермальных установках, работающих по прямому методу (способу) воздействия на турбину, источником энергии служит геотермальный пар.

Во втором методе — используются перегретые гидротехнические растворы (гидротермы), которые обладают температурой выше 180 *С.

При бинарном методе – используются горячая вода, забираемая из слоев земли, а в качестве парообразующей используется жидкости с меньшей температурой кипения (фреон и подобные).

Плюсы и минусы

К достоинствам использования электростанций данного вида можно отнести:

Это возобновляемый источник энергии;
Огромные запасы в дальней перспективе развития;
Способность работать в автономном режиме;
Не подверженность сезонным и погодным факторам влияния;
Универсальность – производство электрической и тепловой энергии;
При строительстве станции не требуется устройство защитных (санитарных) зон.

Недостатками станций являются:

Высокая стоимость строительства и оборудования;
В процессе работы вероятны выбросы пара с содержанием вредных примесей;
При использовании гидротермов из глубинных слоев земли, необходима их утилизация.

Геотермальные станции в России

В России успешно работают геотермальные станции, это:

Паужетская ГеоЭC

Расположена около поселка Паужетка на полуострове Камчатка. Ведена в эксплуатацию в 1966 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 12,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 124,0 млн.кВт.часов;
Количество энергоблоков – 2.

Ведутся работы по реконструкции, в результате которой электрическая мощность увеличится до 17,0 МВт.

Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС

Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 1999 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 12,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 63,0 млн.кВт.часов;
Количество энергоблоков – 3.

Мутновская ГеоЭС

Наиболее крупная электрическая станция подобного типа. Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 2003 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 50,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 350,0 млн кВт.часов;
Количество энергоблоков – 2.

Океанская ГеоЭС

Расположена в Сахалинской области. Введена в эксплуатацию в 2007 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 2,5 МВт;
Количество энергомодулей – 2.

Менделеевская ГеоТЭС

Расположена на острове Кунашир. Введена в эксплуатацию в 2000 году.

Электрическая мощность – 3,6 МВт;
Тепловая мощность – 17 Гкал/час;
Количество энергомодулей – 2.

В настоящее время ведется модернизация станции, после которой мощность составит 7,4 МВт.

Геотермальные станции в мире

Во всех технически развитых странах, где есть сейсмически активные территории, где внутренняя энергия земли выходит наружу, строятся и эксплуатируются геотермальные электрические станции. Опытом строительства подобных инженерных объектов обладают:

Страна с наибольшим количеством потребления электрической энергии, вырабатываемой гелиотермическим станциями.

Установленная мощность энергоблоков составляет более 3000 МВт- это 0,3% от всей вырабатываемой электрической энергии в США.

Наиболее крупные это:

Филиппины

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1900 МВт, что составляет 27 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

Индонезия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1200 МВт, что составляет 3,7 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

Мексика

Установленная мощность энергоблоков составляет 1000 МВт, что составляет 3,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Новая Зеландия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 600 МВт, что составляет 10,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Исландия

Установленная мощность энергоблоков составляет 600 МВт, что составляет 30,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

Кроме выше перечисленных, геотермальные электростанции работают в Австралии, Японии, странах Евросоюза, Африки и Океании.

Читайте также: