Геотермальный источник энергии. Классификация геотермальных ресурсов

Главная

Лето

Геотермамльный истомчник (греч. гбЯб -- земля и иесм -- тепло, жар) -- выход на поверхность подземных вод, нагретых выше 20 °C. Также существует определение, в соответствии с которым источник называется горячим, если имеет температуру выше среднегодовой температуры данной местности.

Большинство горячих источников питаются водой, которая подогревается магматическими интрузиями в районах активного вулканизма. Однако не все термальные источники привязаны к таким областям, вода также может подогреваться таким образом, что просачивающиеся вниз подземные воды достигают глубины около километра и более, где порода имеет более высокую температуру из-за геотермического градиента земной коры, составляющего около 30 °C на км первые 10 км.

Термальные минеральные источники подразделяются на тёплые (20-37 °C), горячие (37-50 °C) и очень горячие (50-100 °C).

Человеку просто не под силу исчерпать этот - строго говоря, невозобновляемый - внутренний ресурс планеты. В тех местах, где земная кора тонкая и к поверхности поступает магма, - это тепло можно использовать для превращения воды в пар, который крутит турбину и дает электричество.

По способу применения геотермальной энергии различают следующие три категории:

Прямое использование, при котором горячая вода и пар, направленные непосредственно к поверхности Земли, используются в системах отопления, садоводстве и производственных процессах;

Производство электроэнергии, при котором геотермальное тепло используется для приведения в движение турбины геотермальным паром или горячей водой; или

Тепловые насосы, которые работают благодаря перемещению тепла и используются для регулирования температуры зданий.

Способы прямого использования, такие как купание и приготовление пищи, не требуют передовых технологий и существуют уже на протяжении нескольких тысяч лет. В настоящее время способы прямого использования включают отопление зданий (и районов, а также целых деревень и городов), парниковое садоводство, сушку культур, аквакультуру, а также промышленные процессы, такие как пастеризация.

Термальные воды, как я уже говорила, используются для теплоснабжения и в качестве альтернативного источника электричества. Рейкьявик (столица Исландии) полностью обогревается теплом термальных вод. В Италии, Исландии, Мексике, России, США и Японии работает ряд электростанций на перегретых термальных водах с температурой свыше 100 °C.

Тепло подземных источников воды - это экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Технология добычи и преобразования геотермальной энергии в электрическую тоже безопасна с экологической точки зрения. Использование геотермальной энергии не приводит к выбросу в атмосферу вредных веществ, копоти и дыма. 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.В США имеется около 200 тысяч теплонасосных установок, в Польше установлено 600 таких агрегатов.

Теоретически, геотермальных ресурсов Земли достаточно для удовлетворения человеческих потребностей в электроэнергии, однако лишь очень небольшая их часть может быть использована в действительности, потому что разведка и бурение глубокозалегающих ресурсов стоит очень дорого. Тем не менее, продолжающийся технический прогресс расширяет диапазон ресурсов.

Первый геотермальный генератор был запущен в Италии в 1904 году в районе Лардерелло, в Тоскане. Принц Пьеро Джинори зажег перед фотокамерами пять лампочек, а уже в 1911 году тосканцы запустили первую полноценную геотермальную станцию. Сегодня станция обеспечивает миллион домов в Тоскане - это четверть электричества в регионе. Геотермальные станции активно используются в Новой Зеландии и Исландии - землях с высокой вулканической активностью. Так в Исландии насчитывается более 7 тысяч геотермальных источников: самое большое количество на единицу площади в мире. Благодаря парникам, работающим на термальных источниках, в стране, где повсюду нет фруктовых деревьев, а на земле растут лишь картошка и капуста, множество не только своих овощей, но и цветов 85% исландцев живёт в домах, обогреваемых водами термальных источников. Горячая вода подаётся также в многочисленные теплицы и плавательные бассейны.

А как же остальной мир? Основные надежды связывают с глубоким бурением - от 3 до 10 км, - чтобы добраться до так называемой разогретой твердой породы. Только на территории США в ней содержится достаточно для обеспечения всего человечества энергией на 30 тысяч лет. Глубокое бурение стало уже привычной технологией. В скважину заливается вода, там она закипает, пар выходит наружу и крутит турбины генераторов. Проблема лишь в том, что вода убегает в подземные трещины и её нужно постоянно обновлять. С негативными последствиями применения такой технологии столкнулись в 1996 году в швейцарском Базеле: вскоре после закачки воды в скважину случилось небольшое землетрясение. Воду убрали, но толчки продолжались ещё некоторое время. Сделали вывод: в сейсмоопасных районах такой способ получения энергии может выйти боком. Могут ли истощиться геотермальные ресурсы? Это, конечно, исключено. Но локальное остужение источников вполне возможно, так в той же Тоскане максимальной мощности производство энергии достигло в 1958 году, с тех пор дело идёт на убыль. Мощности ГеоТЭС в мире концу 1990 - х годов из-за удорожания эксплуатации сократились почти вдвое.

На сегодняшний день мировыми лидерами в геотермальной электроэнергетике являются США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая Зеландия и Исландия. Особенно ярким примером использования геотермальной энергии служит последнее государство. Остров Исландия появился на поверхности океана в результате вулканических извержений 17 миллионов лет назад, и теперь его жители пользуются своим привилегированным положением -- примерно 90% исландских домов обогревается подземной энергией. Что касается выработки электроэнергии, здесь работают пять ГеоТЭС общей мощностью 420 МВт, использующих горячий пар с глубины от 600 до 1000 метров. Таким образом, с помощью геотермальных источников производится 26,5% всей электроэнергии Исландии.

геотермальный минеральный электроэнергия

Топ-15 стран, использующих геотермальную энергию (данные на 2007г.)

Помимо нефти и газа большой потенциал в энергетике имеют геотермальные ресурсы. Под ними понимают запасы тепла из недр планеты, образовавшиеся в итоге расщепления радионуклидов.

В Российской Федерации запасы этих ресурсов значительно больше, чем во многих странах мира. Используя тепло планеты Земля, можно получить до десяти процентов от всего теплоснабжения государства. На сегодняшний день известно более шестидесяти месторождений геотермальных ресурсов, для получения энергии создано свыше четырех тысяч скважин.

Наиболее перспективными регионами в отношении развития такой энергии являются полуостров Камчатка, Курилы, Сибирь и Кавказ.

Лучше всего сейчас исследованы месторождения на Северном Кавказе. Температура вод в артезианских бассейнах этого региона достигает ста восьмидесяти градусов. Залежи ресурсов располагаются на глубине в границах 300-5000 метров.

В Краснодарском крае известны месторождения с тепловым потенциалом до 3800 ГДж в год. В настоящее время только пять процентов этого потенциала реализованы.

Относительно сибирских термальных ресурсов известно, что они перспективны для использования.

Потенциал такого вида отопления заключается в том, что этот ресурс быстро возобновляется, является экологически чистым и дешевым.

Применение геотермальных ресурсов в народном хозяйстве возможно при отапливании помещений, теплиц, в рыбном хозяйстве – для выращивания мальков, также при разведении грибниц. В промышленности энергия нагретой до градуса кипения воды может использоваться для электрификации зданий. Водяной пар в таком случае будет подаваться на турбины.

Геотермальные ресурсы неоднородны. Специалисты выделяют петротермальные и гидротермальные.

Геотермальная энергетика России

Наиболее востребован данный вид ресурсов в Соединённых Штатах Америки, государстве, давно и активно использующем внутренние тепло планеты. Наша страна также рассматривает отрасль хозяйства как одну из самых перспективных.

Как правило, электростанции, работающие на термальных источниках энергии, располагаются в регионах с повышенной вулканической деятельностью. Объясняется такое их расположение тем, что раскаленная лава нагревает протекающие рядом воды. В местах разлома горной породы нагретая вода вырывается наружу. Таким образом создаются гейзеры и геотермальные озера. Если разломы отсутствуют, и нет возможности получить энергию из открытых источников, к термальной воде добираются посредством бурения скважин.

Хотя залежи геотермальных ресурсов в нашем государстве богаты, используются в хозяйстве только малая их часть. Электростанции, работающие на таком источнике, делятся на два типа: станции непрямого типа (встречаются наиболее часто) и станции смешанного типа. Последние считаются самыми щадящими для состояния экологии регионов.

Начало использования энергии источников подземных вод в Советском союзе относится к середине двадцатого века. Именно в шестидесятых годах на Камчатке появилась первая опытная геотермальная электростанция. Ее задачей стала выработка энергии для промышленных предприятий. Мощность станции не превышала 500 кВт.

Запуск станции позволил поставлять жителям полуострова электроэнергию по самым выгодным ценам. Это продолжалось долгие годы, пока резко не повысилась стоимость мазута. После подорожания топлива выше стала себестоимость электроэнергии, которая ранее была так дешева. Подорожание услуги стало причиной того, что, несмотря на перспективность геотермальной энергетики, эта отрасль на полуострове развивается не так активно и отстает от потребности территории в дешевых и экологически чистых источниках энергии.

По сравнению с прочими источниками геотермальные источники энергии обладают рядом преимуществ. Прежде всего, электростанции на термальной воде могут эффективно работать в любых климатических условиях в любое время года, при этом коэффициент использования будет не ниже девяноста процентов. Такие предприятия не вредят состоянию окружающей среды, вредные примеси, в том числе и углекислый газ, не выбрасываются в атмосферу. Обслуживание электростанции не нуждается в больших технических затратах. Себестоимость конечного продукта – электроэнергии – ниже, чем стоимость этого продукта, вырабатываемого электростанциями других типов.

В Российской Федерации функционируют пять станций, работающих на геотермальных ресурсах. В условиях севера или недостаточно заселенных территорий государства, где обеспечение населенных пунктов энергией через централизованную сеть электростанций нерентабельно, решить проблему помогут станции, работающие на геотермальной энергии.

Геотермальные электростанции России

Самой первой на территории нашего государства была открыта Паужетская электростанция в шестидесятых годах прошлого века. Строилась станция с целью обеспечить энергией жителей и предприятия, находящиеся в поселках рыбопереработчиков. Название станции дало наименование села, расположенного на берегу полуострова Камчатка. Рядом с ним располагаются два вулкана – Кошелев и Камбальный.

Паужетская ГеоЭС к запуску в эксплуатацию работала на мощности, равной 5 МВт. После подключения бинарного электроблока производственные мощности возросли до 17 МВт. Какой бы щадящей для окружающей среды ни была термальная ГЭС, негативное влияние на экологию ее работа оказывает. Сброс массива геотермальных вод в ближайшую реку приводит к тому, что нерест рыбы в Озерной становится невозможным. Повышение температуры воды в реке до 120 градусов также негативно сказывается на ее экологическом состоянии. На геотермальном носителе также негативно сказывается работа станции – происходит постоянная потеря теплового потенциала.

В конце девяностых годов на Камчатке была построена Верхне-Мутновская ГеоЭС. Спустя четыре года введена в эксплуатацию Муновская станция, крупнейшая в регионе. Питающий ее вулкан Мутновский, нагревает воды, поднятые с глубины не менее трехсот метров. Нагреваясь, вода превращается в пар, температура которого доходит до двухсот пятидесяти градусов. Паровым конденсатом отапливается поселок, расположенный неподалеку.

Энергетика полуострова Камчатка практически на двадцать пять процентов обеспечивает потребности жителей в электричестве за счет использования геотермальных источников.

В двухтысячных годах заработала Океанская станция. Располагается она в Сахалинской области на Итурупе – курильском острове. Через тринадцать лет на станции произошел ряд аварий, после чего электростанция подверглась консервации.

Другой остров Курильской гряды – Кунашир – имеет собственную станцию, которая выстроена недалеко от вулкана Менделеева. Строилась Менделеевская электростанция неполные десять лет. Целью строительства было обеспечение города Южно-Курильска электроэнергией и теплом. В настоящее время предприятие модернизируется на средства федерального бюджета. После модернизации мощность предприятия возрастет.

При несомненных плюсах геотермальной энергетики эта часть отрасли обладает рядом негативных сторон. Среди них:

Вредные примеси в выбросах отработанного пара, загрязняющие воздух;
Неэффективная утилизация отработанной воды, поднятой с большой глубины. Далеко не все сотрудники ГеоЭС соблюдают требования безопасности, в результате чего выбросы воды производятся в ближайшие водоемы;
Возведение таких электростанций стоит довольно дорого;
Стоимость оборудования неоправданно высока при достаточно низком получении энергии на выходе;
Недостаточно высокие потенциалы теплоносителей;
Полученный продукт невозможно транспортировать на большие расстояния;
Сложности складирования.

Сказанное выше позволяет сделать следующие выводы. Российская Федерация располагает тремя геотермальными зонами, в каждой из которых особые типы и возможности применения геотермальной энергии.

Первая из них располагается на Дальнем Востоке – Камчатском полуострове и островах Курильской гряды. Вторая и третья – Прибайкалье и Северный Кавказ.

Строительство электростанций с использованием геотермальных ресурсов помогло решить множество важнейших проблем в удаленных регионах. Ученые страны защитили ряд патентов, имеют наработки в области добычи энергии.

Осталось только применить этот научный потенциал на практике для использования на благо государства.

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.

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

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.

Принципы работы геотермальных электростанций

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

Прямой (использование сухого пара). Пар напрямую воздействует на турбину, питающую генератор.
Непрямой (применение водяного пара). Здесь используется гидротермальный раствор, который закачивается в испаритель. Полученное при снижении давления испарение приводит турбину в действие.
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.

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.
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.

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.

К счастью, у человечества есть практически неиссякаемый источник энергии. Это Солнце. Только нам еще надо научиться им пользоваться. Наше светило поставляет Земле колоссальную мощность примерно 10

Геотермальные электростанции дают человечеству возможность использовать неиссякаемое естественное тепло Земли

Геотермальные электростанции - альтернативный источник производства энергии, использующий тепло земной коры. В России такие установки работают на Курильских островах и Камчатке, хотя ресурсы имеются и на других территориях

Геотермальные источники энергии делятся на две группы. Первая группа – это тепло воды или пара. Второй тип – это тепло земных пород.

Геотермальные источники энергии

Геотермальные источники энергии делятся на две группы. Первая группа – это тепло воды или пара. Второй тип – это тепло земных пород.

Геотермальная энергетика относится к альтернативной энергетики. То есть эта энергия, взятая из геотермальных источников, является возобновляемой, по сути своей бесконечной и экологически чистой. Эта энергия не загрязняют окружающую среду, не выбрасывают в атмосферу вредные газы.

Как известно чем дальше в глубь земли, тем жарче становится. На поверхности Земли есть районы, где подземное тепло поднимается поближе к земной коре и нагревает водяные подводные бассейны. Вода по трещинам поднимается вверх и можно наблюдать такое явление как гейзеры. Такие явления распространены вблизи вулканических и сейсмических районов. Такую перегретую воду используют для выработки электроэнергии. Пар вращает турбину, а та в свою очередь электрогенератор.

Есть территории, где недалеко от поверхности земли жарко, а водяного бассейна нет. В таких случаях бурят скважину, заполняют водой и забирают из нее горячую воду.

На Земле много территорий, где вода не нагревается до пара, а находится в горячем виде градусов 70-90. Вот такую воду используют для обогрева помещений.

К 2008 году суммарная мощность геотермальных электростанций составляла 10,5 тысяч МВт. Это не много, но цифра растет. Лидером по выработке энергии из подобных источников энергии является США. Мощность ее геотермальных электростанций составляет более 3 МВт. Россия имеет 88 МВт.

Российские геотермальные электростанции:

Верхнее-Мутновская – 12 МВт
Мутновская -50 МВт
Паужетская – 14 МВт

Решили приобрести газонокосилку для участка, но не знаете, на какой из моделей остановить свой выбор? .

Удобрение бона форте

Производителем удобрений Бона Форта является российская производственная компания под названием РУСИНХИМ.

Геотермальные источники энергии

Геотермальные источники энергии делятся на две группы. Первая группа – это тепло воды или пара. Второй тип – это тепло земных пород. Разберем эти группы подробней.

Рынок геотермальной энергетики

Общий выход тепла из недр на земную поверхность втрое превосходит современную мощность энергоустановок мира и оценивается в 30 ТВт.

Геотермальная энергетика заключается в использовании термальной энергии земных недр, получаемой в результате физико-химических процессов в земных недрах которые нагревают подземные воды до состояния перегретого пара.

Для использования геотермальной энергии используют высокотемпературные геотермальные энергетические и тепловые станции (ГеоЭС) и низкотемпературные тепловые насосы (ТН).

Преимуществом геотермальной энергетики является ее практически полная безопасность для окружающей среды. Количество СО2, выделяемого при производстве 1 кВт электроэнергии из высокотемпературных геотермальных источников, составляет от 13 до 380 г (например, для угля он равен 1042 г на 1 кВт-ч).

Тепловая энергия недр образуется за счет расщепления радионуклидов в середине планеты. Этот экологически чистый и постоянно обновляемый источник энергии может быть использован в регионах с вулканическими проявлениями и геологическими аномалиями, когда вода вблизи от поверхности земли нагревается до температуры кипения, в результате чего в виде водяного пара может подаваться на турбины для производства тока. Горячая вода естественных источников (гейзеров) может быть использована непосредственно.

Однако тепло Земли очень «рассеянно», и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии. Из них пригодные для использования геотермальные ресурсы составляют около 1% общей теплоемкости верхней 10-километровой толщи земной коры, или 137 трлн тут.

Источники геотермальной энергии по классификации Международного энергетического агентства делятся на 5 типов:

месторождения геотермального сухого пара — сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки; тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников;
источники влажного пара (смеси горячей воды и пара) — встречаются чаще, но при их освоении приходится решать вопросы предотвращения коррозии оборудования ГеоТЭС и загрязнения окружающей среды (удаление конденсата из-за высокой степени его засоленности);
месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду) — представляют собой так называемые геотермальные резервуары, которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой;
сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более) — их запасы энергии наиболее велики;
магма, представляющая собой нагретые до 1300 °С расплавленные горные породы.

Опыт, накопленный различными странами (в том числе и Россией), относится в основном к использованию природного пара и термальных вод, которые остаются пока наиболее реальной базой геотермальной энергетики. Однако ее крупномасштабное развитие в будущем возможно лишь при освоении петрогеотермальных ресурсов, т. е. тепловой энергии горячих горных пород, температура которых на глубине 3. . .5 км обычно превышает 100 °С.

Геотермальное тепло можно утилизировать либо «непосредственно», либо преобразовывать его в электричество (посредством ГеоЭС), если температура теплоносителя достигает более 150 °С.

Геотермальная электростанция (ГеоЭС) - вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников.

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами;
непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;
смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.

Напрямую геотермальное тепло в зависимости от температуры может использоваться для отопления зданий, теплиц, бассейнов, сушки сельскохозяйственных и рыбопродуктов, выпаривания растворов, выращивания рыбы, грибов и т.д.

В последние годы во многих странах стали применять тепловые насосы, в которых используется низкопотенциальная тепловая энергия с температурой 4 — 6 градусов °С и выше. В качестве источника такой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло).

Можно выделить следующие преимущества геотермальной энергии:

возможность использования ее в разных климатических условиях и в разные времена года;
коэффициент использования превышает 90%;
цена электроэнергии ниже, чем электричества, получаемого с использованием других возобновляемых источников энергии.

Указанные преимущества приводят к тому, что геотермальная энергетика, несмотря на свою молодость (у нее всего 100-летняя история) развивается сейчас во всем мире.

Однако специфика геотермальных ресурсов включает и ряд недостатков:

низкий температурный потенциал теплоносителя;
нетранспортабельность;
трудности складирования;
несосредоточенность источников;
ограниченность промышленного опыта эксплуатации станций.

Также развитие геотермальной энергетики останавливает высокая цена установок, а также более низкий выход энергии в сравнении с газовыми и нефтяными скважинами. С другой стороны — их можно использовать гораздо дольше, чем месторождения традиционных источников. Преимуществом геотермальных установок является также то, что они практически не нуждаются в техническом обслуживании.

Наиболее перспективными регионами для использования геотермальной энергии являются Азия, особенно — Индонезия с потенциалом около 27000 МВт, а также американский континент, в первую очередь — Латинская Америка, Карибский бассейн и США.

Рисунок 1. Потенциал геотермальных ресурсов в мире по регионам (источник: IGA)

Сегодня уже в 80 стран мира в той или иной степени используется геотермальное тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла уровня строительства теплиц, бассейнов, использования в лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются примерно в 25 странах.

Сегодня ГеоТЭС в мире производят около 54613 ГВт-ч в год. Современные объемы электроэнергии, получаемой благодаря этой технологии, достаточны для удовлетворения потребностей в электроэнергии 60 млн человек, т. е. 1% населения планеты. Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 75900 ГВт-ч.

Россия не входит даже в первую десятку производителей электрической и тепловой энергии из геотермальных источников, в то время как запасы геотермальной энергии в России по оценкам в 10-15 раз превышают запасы органического топлива в стране.

Потенциальные тепловые ресурсы верхних слоев Земли, до глубины 100-200 м, ежегодно возобновляемые, в основном, за счет инсоляции, по территории России оцениваются в 400-1000 млн тут в год.

Геотермальная энергетика экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага). Эти регионы по своим климатическим условиям и по потенциалам в геотермальной энергетике можно сравнить лишь с Исландией.

По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения Российской Академии наук, только геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт, что позволит обеспечивать регион электроэнергией и теплом в течение 100 лет. Именно поэтому особое внимание уделяется развитию геотермальной энергетики в данном регионе. Уже разработана и начала реализовываться программа создания геотермального энергоснабжения Камчатки, в результате которой ежегодно будет сэкономлено около 900 тыс. тонн условного топлива.

Самым крупным геотермальным месторождением на Камчатке является Мутоновское, мощностью 300 МВт. На юге Камчатки известны значительные запасы геотермальных ресурсов на Кошелевском, Больше-Банном, а на севере – на Киреунском месторождениях.

Курильские острова также богаты запасами тепла Земли, их вполне достаточно для тепло и электрообеспечения этой территории в течение 100-200 лет. На острове Итуруп обнаружены запасы двухфазного геотермального теплоносителя, мощности которого достаточно для удовлетворения энергопотребностей всего острова.

На южном острове Кунашир имеются запасы геотермального тепла, которые уже используются для получения электроэнергии и теплоснабжения г. Южно-Курильска. Недра северного острова Парамушир менее изучены, однако известно, что и на этом острове есть значительные запасы геотермальной воды температурой от 70 до 950 С о.

Не смотря на высокий потенциал, можно сказать, что основные геотермальные источники в России расположены экономически невыгодно. Камчатка, Сахалин и Курильские острова отличаются слабой инфраструктурой, высокой сейсмичностью, малонаселенностью, сложным рельефом местности.

Сегодня большой интерес представляют геотермальные ресурсы Краснодарского и Ставропольского краев, Калининградской области, где имеются запасы горячей воды с температурой до 1100 С о. Запасы геотермального тепла имеются и на Чукотке, часть из них уже открыта и может активно использоваться для энергообеспечения близлежащих городов и поселков.

На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой в резервуаре от 70 до 1800 С о, которые находятся на глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения и горячего водоснабжения в сельском хозяйстве, промышленности и в быту.

Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве и, конечно, для теплоснабжения городов и поселков.

По мнению экспертов, в последние годы в России наблюдается поворот к использованию геотермальных источников в энергетической отрасли. Вместе с тем, рассматривая текущее и перспективное производство электроэнергии на основе возобновляемых источников, следует отметить, что геотермальная энергия к началу века от общего количества вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0,15 % и лишь к 2010 г. хотя и увеличится на треть, но не превысит 0,2 % с общей выработкой на уровне 7 ТВт-ч.

Технологические ограничения использования геотермальной энергии:

месторождения глубинных термальных вод расположенных по территории России неравномерно; запасы большинства геотермальных месторождений имеют низкие и средние температуры, что не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями; высокая минерализация геотермальных вод, а следовательно снижение срока службы скважин и оборудования;
для использования приповерхностных геотермальных ресурсов характерно фактическое отсутствие методического и нормативного обеспечения проектирования и строительства этих систем в почвенно-климатических условиях России, а также характерны повышенные единовременные капитальные вложения при сравнительно низких эксплуатационных издержках;
для технологии с использованием глубинного тепла земли — высокая стоимость строительства скважин (от 70 до 90% основных производственных фондов).

Необходимо отметить, что расходы на производство геотермальной энергии зависят от региона. Следовательно, экономически целесообразно развивать данный вид энергетики в вулканических областях или регионах с горячими термальными источниками. Там можно просто пробурить скважину к грунтовым водам, тогда водный пар поднимется вверх и поступит в сеть централизованного теплоснабжения или на турбины, приводящие в действие генераторы.

Согласно прогнозам Research.Techart, доля геотермальной энергетики к 2020 году может достигнуть 0,3% в совокупном энергобалансе. Установленная мощность составит 750 МВт (что практически в 10 раз больше нынешнего показателя) и посредством термальных ресурсов земли может вырабатываться до 5 млрд кВт-ч электричества.

Прогнозная динамика ввода геотермальных мощностей представлена на рисунке.

Рисунок 2. Прогнозная динамика ввода новых геотермальных мощностей, МВт

Наибольший прирост установленных мощностей ожидается в период с 2015 по 2020 годы (более чем в 2 раза).

Развитию отрасли будет также способствовать увеличение объема инвестиций.

Рисунок 3. Оценка объемов инвестиций в создание объектов геотермальной энергетики, млрд руб.

Так, до 2020 года в строительство новых геотермальных объектов будет вложено около 60 млрд руб.

В соответствии с Энергетической стратегией России до 2020 года планируется рост теплопотребления в стране не менее чем в 1,3 раза, причем доля децентрализованного теплоснабжения будет возрастать с 28,6% в 2000 г. до 33% в 2020 г.

В этой связи можно ожидать увеличение числа реализованных проектов в области обеспечения населения теплонасосной техникой.

Рынок геотермальной энергетики

Рынок геотермальной энергетики. Общий выход тепла из недр на земную поверхность втрое превосходит современную мощность энергоустановок мира и оценивается в 30 ТВт.

Геотермальный источник энергии

Геотермальная энергия и ее практическое применение

С конца XIX века все более и более растущие темпы бурного промышленного развития вызвали необходимость сверхинтенсивного освоения и развития сначала топливной, а затем и атомной энергетики. Это привело к стремительному истощению углеродных ископаемых и к все более возрастающей опасности радиоактивного заражения и парникового эффекта земной атмосферы.

Поэтому на пороге нынешнего века пришлось вновь обратиться к безопасным и возобновляемым энергетическим источникам: ветровой, солнечной, геотермальной, приливной энергии, энергии биомасс растительного и животного мира и на их основе создавать и успешно эксплуатировать новые нетрадиционные энергоустановки: приливные электростанции (ПЭС), ветровые энергоустановки (ВЭУ), геотермальные (ГеоТЭС) и солнечные (СЭС) электростанции, волновые энергоустановки (ВлЭУ), морские электростанции на месторождениях газа (КЭС).

В то время, как достигнутые успехи в создании ветровых, солнечных и ряда других типов нетрадиционных энергоустановок широко освещаются в журнальных публикациях, геотермальным энергоустановкам и, в частности, геотермальным электростанциям не уделяется того внимания, которого они по праву заслуживают. А между тем перспективы использования энергии тепла Земли поистине безграничны, поскольку под поверхностью нашей планеты, являющейся, образно говоря, гигантским естественным энергетическим котлом, сосредоточены огромнейшие резервы тепла и энергии, основными источниками которых являются происходящие в земной коре и мантии радиоактивные превращения, вызываемые распадом радиоактивных изотопов.

Таким образом, явные проявления колоссальной энергии тепла Земли наблюдаются в виде землетрясений и извержений вулканов, вызывающих огромные разрушения, в сотни и даже тысячи раз превосходящие разрушения от взрыва атомной бомбы.

Совсем другая картина наблюдается в случае, когда тот или иной вулкан не извергает лаву и пепел, а находится в спокойном состоянии, как это наглядно демонстрируют приведенные на рис. 1 фотографии Мутновского вулкана, расположенного на юге Камчатки (Российская Федерация). На этих фотографиях показано: панорама внутри вулкана (а), в окрестности вулкана (б) , в кратере вулкана (в).

Скрытые, на первый взгляд незаметные, проявления энергии земных недр, уже давно эффективно используются людьми для получения тепловой, а в течение последних почти 100 лет также и электрической энергии . Одним из таких скрытых проявлений этой энергии является рост температуры земной коры и мантии по мере приближения к ядру Земли. Эта температура с глубиной повышается в среднем на 20°С на 1 км, достигая на уровне 2-3 км от поверхности Земли более 100, а на глубине 100 км даже 1300-1500°С, что вызывает нагрев воды, циркулирующей на больших глубинах, до значительных температур. В вулканических регионах нашей планеты эта вода поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, а в сейсмически спокойных регионах ее можно выводить на поверхность по пробуренным скважинам. Для этого достаточно закачивать в эти скважины вниз холодную воду, получая при этом по рядом пробуренным скважинам поднимающуюся вверх перегретую геотермальную воду и образовавшийся из нее пар.

Несмотря на кажущуюся простоту получения перегретой геотермальной воды и образующегося из нее пара и последующего преобразования энергии этой воды и пара в электроэнергию с помощью турбин и подсоединенных к ним турбогенераторов, техническая реализация такого способа получения электроэнергии, подробно рассматриваемого в этой статье, является достаточно сложной научно-технической проблемой. Об этом, в частности, свидетельствует хотя бы тот факт, что в США, на Филиппинах, в Мексике, Италии, Японии и некоторых других странах в течение последних 20 лет затраты только на создание новых геотермальных технологий превысили 2 млрд. долларов США.

Основные достоинства и недостатки

Современная востребованность геотермальной энергии как одного из видов возобновляемой энергии обусловлена: истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном импорта нефти и газа), а также существенным отрицательным влиянием топливной и ядерной энергетики на среду обитания человека и на дикую природу. Все же, применяя геотермальную энергию, следует в полной мере учитывать ее достоинства и недостатки .

Главным достоинством геотермальной энергии является возможность ее использования в виде геотермальной воды или смеси воды и пара (в зависимости от их температуры) для нужд горячего водо- и теплоснабжения, для выработки электроэнергии, либо одновременно для всех трех целей, ее практическая неиссякаемость, полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Тем самым использование геотермальной энергии (наряду с использованием других экологически чистых возобновляемых источников энергии) может внести существенный вклад в решение следующих неотложных проблем:

* Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения в тех зонах нашей планеты, где централизованное энергоснабжение отсутствует или обходится слишком дорого (например, в России на Камчатке, в районах Крайнего Севера и т. п.).

* Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений и т.п.

* Снижение вредных выбросов от энергоустановок в отдельных регионах со сложной экологической обстановкой.

При этом в вулканических регионах планеты высокотемпературное тепло, нагревающее геотермальную воду до значений температур, превышающих 140-150°С, экономически наиболее выгодно использовать для выработки электроэнергии. Подземные геотермальные воды со значениями температур, не превышающими 100°С, как правило, экономически выгодно использовать для нужд теплоснабжения, горячего водоснабжения и для других целей в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл.1.

Значение температуры геотермальной воды, °С

Область применения геотермальной воды

Системы отопления зданий и сооружений

Системы горячего водоснабжения

Системы геотермального теплоснабжения теплиц, геотермальные холодильные установки и т.п.

Обратим внимание на то, что эти рекомендации по мере развития и совершенствования геотермальных технологий пересматриваются в сторону использования для производства электроэнергии геотермальных вод с все более низкими температурами. Так, разработанные в настоящее время комбинированные схемы использования геотермальных источников позволяют использовать для производства электроэнергии теплоносители с начальными температурами 70-80°С, что значительно ниже рекомендуемых в табл.1 температур (150°С и выше). В частности, в Санкт-Петербургском политехническом институте созданы гидропаровые турбины, использование которых на ГеоТЭС позволяет увеличивать полезную мощность двухконтурных систем (второй контур — водный пар) в диапазоне температур 20-200°С в среднем на 22% .

Значительно повышается эффективность применения термальных вод при их комплексном использовании. При этом в разных технологических процессах можно достичь наиболее полной реализации теплового потенциала воды, в том числе и остаточного, а также получить содержащиеся в термальной воде ценные компоненты (йод, бром, литий, цезий, кухонная соль, глауберова соль, борная кислота и многие другие) для их промышленного использования.

Основной недостаток геотермальной энергии — необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. Другой недостаток этой энергии заключается в высокой минерализации термальных вод большинства месторождений и наличии в воде токсичных соединений и металлов, что в большинстве случаев исключает возможность сброса этих вод в расположенные на поверхности природные водные системы.

Отмеченные выше недостатки геотермальной энергии приводят к тому, что для практического использования теплоты геотермальных вод необходимы значительные капитальные затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной геотермальной воды, а также на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования.

Однако в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются. К тому же следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 80°С, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии. В связи с эти ожидается, что в странах со значительным геотермальным потенциалом и в первую очередь в США мощность ГеоТЭС в самое ближайшее время удвоится.

Еще более впечатляет появившаяся несколько лет тому назад новая, разработанная австралийской компанией Geodynamics Ltd., поистине революционная технология строительства ГеоТЭС — так называемая технология Hot-Dry-Rock, существенно повышающая эффективность преобразования энергии геотермальных вод в электроэнергию. Суть этой технологии заключается в следующем .

До самого последнего времени в термоэнергетике незыблемым считался главный принцип работы всех геотермальных станций, заключающийся в использовании естественного выхода пара из подземных резервуаров и источников. Австралийцы отступили от этого принципа и решили сами создать подходящий «гейзер». Для создания такого гейзера австралийские геофизики отыскали в пустыне на юго-востоке Австралии точку, где тектоника и изолированность скальных пород создают аномалию, которая круглогодично поддерживает в округе очень высокую температуру. По оценкам австралийских геологов, залегающие на глубине 4,5 км гранитные породы разогреваются до 270°С, и поэтому если на такую глубину через скважину закачать под большим давлением воду, то она, повсеместно проникая в трещины горячего гранита, будет их расширять, одновременно нагреваясь, а затем по другой пробуренной скважине будет подниматься на поверхность. После этого нагретую воду можно будет без особого труда собирать в теплообменнике, а полученную от нее энергию использовать для испарения другой жидкости с более низкой температурой кипения, пар которой, в свою очередь, и приведет в действие паровые турбины. Вода, отдавшая геотермальное тепло, вновь будет направлена через скважину на глубину, и цикл таким образом повторится. Принципиальная схема получения электроэнергии по технологии, предложенной австралийской компанией Geodynamics Ltd., приведена на рис.2.

Безусловно, реализовать эту технологию можно не в любом месте, а только там, где залегающий на глубине гранит нагревается до температуры не менее 250-270°С. При применении такой технологии ключевую роль играет температура, понижение которой на 50°С по оценкам ученых вдвое повысит стоимость электроэнергии.

Для подтверждения прогнозов специалисты компании Geodynamics Ltd. уже пробурили две скважины глубиной по 4,5 км каждая и получили доказательство того, что на этой глубине температура достигает искомых 270-300°С. В настоящее время проводятся работы по оценке общих запасов геотермальной энергии в этой аномальной точке юга Австралии. По предварительным расчетам в этой аномальной точке можно получать электроэнергию мощностью более 1 ГВт, причем стоимость этой энергии будет вдвое дешевле стоимости ветровой энергии и в 8-10 раз дешевле солнечной.

Мировой потенциал геотермальной энергии

и перспективы его использования

Группа экспертов из Всемирной ассоциации по вопросам геотермальной энергии, которая произвела оценку запасов низко- и высокотемпературной геотермальной энергии для кождого континента, получила следующие данные по потенциалу различных типов геотермальных источников нашей планеты (табл.2) .

Как видно из табл.2, потенциал геотермальных источников энергии просто таки колоссален. Однако используется он крайне незначительно: установленная мощность ГеоТЭС во всем мире на начало 1990-х годов составляла всего лишь около 5000 МВт, а на начало 2000-х годов — около 6000 МВт, существенно уступая по этому показателю большинству электростанций, работающих на других возобновляемых источниках энергии. Да и выработка электроэнергии на ГеоТЭС в этот период времени была незначительной. Об этом свидетельствуют следующие данные. В структуре мирового производства электроэнергии возобновляемые источники энергии (к которым согласно классификации Международного энергетического агенст-ва (IEA) относятся: сжигаемые возобновляемые источники энергии и отходы биомассы, гидро-, геотермальная и солнечная энергия, энергия ветра, а также энергия приливов, морских волн океанов) в 2000 году обеспечили 19% общемирового производства электроэнергии — сразу после угля (39%), опередив атомную энергетику (17%), природный газ (17%) и нефть (8%). При этом, несмотря на значительные темпы развития, геотермальная, солнечная и ветровая энергия составляла в 2000 году менее 3% от общего объема использования энергии, получаемой от возобновляемых источников.

Тип геотермального источника:

высокотемпературный, используемый для производства электроэнергии, ТДж/год

низкотемпературный, используемый в виде теплоты, ТДж/год (нижняя граница)

традиционные и бинарные технологии

Однако в настоящее время геотермальная электроэнергетика развивается ускоренными темпами, не в последнюю очередь из-за галопирующего увеличения стоимости нефти и газа. Этому развитию во многом способствуют принятые во многих странах мира правительственные программы, поддерживающие это направление развития геотермальной энергетики.

Отметим, что геотермальные ресурсы разведаны в 80 странах мира и в 58 из них активно используются. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, где геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии, имеет особую правительственную поддержку. В США в 2005 году на ГеоТЭС было выработано около 16 млрд. кВт*ч электроэнергии в таких основных промышленных зонах, как зона Больших гейзеров, расположенная в 100 км к северу от Сан-Франциско (1360 МВт установленной мощности), северная часть Соленого моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности), Невада (235 МВт установленной мощности) и др. Геотермальная электроэнергетика бурно развивается также в ряде других стран, в том числе: на Филиппинах, где на ГеоТЭС на начало 2003 года было установлено 1930 МВт электрической мощности, что позволило обеспечить около 27% потребностей страны в электроэнергии; в Италии, где в 2003 году действовали геотермальные энергоустановки общей мощностью в 790 МВт; в Исландии, где действуют пять теплофикационных ГеоТЭС общей электрической мощностью 420 МВт, вырабатывающие 26,5% всей электроэнергии в стране; в Кении, где в 2005 году действовали три ГеоТЭС общей электрической мощностью в 160 МВт и были разработаны планы по доведению этих мощностей до 576 МВт . Перечень государств, где ускоренными темпами развивается геотермальная электроэнергетика, безусловно, можно продолжить, включив в их число также Россию и Украину.

Характеризуя развитие мировой геотермальной электроэнергетики как неотъемлемой составной части возобновляемой энергетики на более отдаленную перспективу, отметим следующее. Согласно прогнозным расчетам в 2030 году ожидается некоторое (до 12,5% по сравнению с 13,8% в 2000 году) снижение доли возобновляемых источников энергии в общемировом объеме производства энергии. При этом энергия солнца, ветра и геотермальных вод будет развиваться ускоренными темпами, ежегодно увеличиваясь в среднем на 4,1 %, однако вследствие «низкого» старта их доля в структуре возобновляемых источников и в 2030 году будет оставаться наименьшей.

Т.Н. Черноштан. г. Яготин

1. Геотермическая электростанция. БСЭ, т.6.

2. Выморков Б.М. Геотермальные электростанции. -М.-Л., 1966.

3. Конеченков А., Остапенко С. Энергия тепла Земли // Электропанорама. — 2003. — №7-8.

4. Конеченков А.Е. Новые энергетические директивы ЕС // Электропанорама. — 2008. — №6.

Геотермальная энергетика в России

Сегодня наблюдается настоящий подъем в применении разнообразных возобновляемых источников энергии. Их применение значительно возросло в различных областях деятельности человека. Причин такому росту использования различных источников возобновляемой энергии много. Эпоха, где важную роль играют дешевые и привычные энергоносители уже подошла к своему завершению. Многие страны, которые имеют зависимость от энергии стараются максимально применять существующие возможности альтернативных источников, поэтому геотермальные источники энергии - это очень перспективное и выгодное для них направление.

Помимо этого, значительная роль в данном вопросе приходится на соображения экологичности использования ресурсов планеты. Геотермальная энергия считается очень перспективным источником энергии. Эти и многие другие причины поставили использование геотермальной энергии в очень значимые задачи и направления, которые имеются в сфере энергетики большого числа стран нашей планеты. Многие государства осуществляют их при помощи принятия специальных законов и нормативов в которых определенные правила и нормы использования геотермальной энергии страны.

Особенности использования геотермальной энергии

В РФ, даже несмотря на такой важный момент, что страна считается лидером по имеющимся запасам ископаемых ресурсов, сейчас тоже идут принципиальные и значимые изменения разнообразных вопросов, которые непосредственно связаны с применением ВИЭ. Геотермальную энергию использует в разнообразных отраслях жизнедеятельности. Одной из важных причин считается рост цены органического топлива, поэтому задачи по эффективному использованию альтернативной энергии сейчас очень актуальны не только для энергозависимых стран. Страны использующие геотермальную энергию очень серьезно относятся к совершенствованию применяемых технологий и систем.

Геотермальная энергия является теплом существующих слоев земли находящихся на определенной глубине, которые имеют более высокие показатели температуры, чем существующая температура воздуха находящегося на поверхности. Главными носителями такой современной и эффективной энергии могут быть разнообразные флюиды в жидкой форме, так и паровые смеси с водой, горные породы, находящиеся на определенной глубине залегания.

Горячие недра планеты на постоянной основе выпускают определенное количество тепловой энергии на самую поверхность, и затем под его действием образуется необходимый градиент температуры, то есть геотермальный уровень.

Сейчас очень оптимально и финансово выгодно для получения этой энергии применять тепло используемых термальных возможностей, а также парогидротермов. Осуществляя производство этого вида энергии с максимально полным учетом технических и финансовых затрат, получаемые показатели температуры должны быть не меньше 100 градусов. Различных мест на нашей планете с такими температурными показателями относительно не много, поэтому к системам, которые используются для получения энергии необходимо относиться максимально серьезно.

Преимущества и недостатки использования геотермальной энергии

Еще не выявлен самый идеальный источник энергетических ресурсов для человека, поэтому ресурсы геотермальной энергии имеют свои положительные моменты, а также некоторые отрицательные, которые необходимо учитывать при использовании систем работающих на этих видах энергии. Основным преимуществом этих видов энергии считается практически неисчерпаемый их уровень и стабильность действия при использовании. Имеется возможность сделать некоторое предположение о том, что использование геотермальных источников энергии, позволит в некоторой степени уменьшить температуру самых верхних слоев нашей планеты. Тепло планеты имеется возможность использовать практически постоянно по времени, это отличает данный вид энергии от ветровой или же солнечного типа. Такие высокие показатели эффективности с минимальными финансовыми затратами, дают прекрасную перспективу на будущее в вопросах, которые связаны с получением необходимого количества энергии для удаленных районов страны.

Помимо большого числа положительных свойств, которыми обладает геотермальная энергия, она имеет и ряд недостатков. Чтобы получить достаточно большие объемы данного вида энергии требуются определенные условия и осуществить это в некоторых странах мира не представляется возможным по ряду причин.

Получать достаточно большое количество геотермальной энергии на постоянной основе смогут такие государства, которые по своему месторасположения находятся в вулканически активных областях планеты. Кроме всего этого, имеются и определенные показатели риска для экологии, которые непосредственно связаны с выбросом достаточно больших объемов отработанной жидкости.

Ресурсы планеты, которые имеются в недрах нашей планеты могут иметь некоторую опасность для организма человека, потому как в них содержатся разнообразные токсичные элементы способные оказывать негативное воздействие на организм человека. Самыми распространенными и при этом экономически выгодными областями где сейчас используется геотермальная энергия считаются такие, как: отопление, различные системы водоснабжения промышленного назначения разнообразных объектов промышленности и пр. Высокий энергетический эффект при использовании этого вида энергии, может быть создан при помощи создания современных систем отопления, а также увеличения перепада температурных показателей.

Использование геотермальной энергии в РФ

Геотермальная энергия в России является изучаемой и перспективной энергией, которую имеется возможность получать на территории страны. Поэтому в данной области задействовано большое число квалифицированных и опытных специалистов, которые непосредственно занимаются изучением различных способов ее эффективного применения.

Солнечная и геотермальная энергия в России является перспективным направлением для подробного изучения и использования в будущем. Виды применения этого практически неисчерпаемого типа энергии будет в будущем расширяться, поэтому сейчас создаются разнообразные системы, которые позволят использовать геотермальную энергию в различных областях деятельности человека. Это является приоритетным и очень важным направлением, которое будет развиваться и в будущем. Получение энергии на основе геотермальных источников возможно станет ключевым моментом в переходе на экологически безопасные и недорогие энергетические ресурсы.

На сегодняшний день на нашей планете используется около 4% общего потенциала этого вида энергии, при этом около 1% приходится на системы, которые направлены на получения тепла. Современные ГеоЭС имеют средний показатель мощности, который равен порядка 90%. Этот показатель в значительной степени превосходит данные, которые относятся к применению солнечной и ветровой энергии. Если использовать солнечный источник, тогда показатели эффективности в достаточно заметной степени будут ниже, чем когда применяется геотермальная энергия. Это необходимо учитывать, потому как экономические показатели, а также показатели эффективности использования практически бесконечной геотермальной энергии считаются важным фактором в этих вопросах.

Верхне-Мутновская ГеоЭС

В России используются разнообразные виды геотермальной энергии. Развитие этого вида энергии в РФ приходится на 60-е годы прошлого столетия. Использование геотермальных источников энергии началось с созданием ГеоТЭС в 1967 г., которая располагалась на Камчатке. Первоначальные показатели мощности ГеоТЭС были относительно небольшие и составляли показатель 5-10 мВт. Использование геотермальной энергии в России сейчас осуществляется в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

Помимо этого, разрабатываются новые принципы и системы, которые дадут возможность использования этого вида энергии на постоянной основе с максимально высокими показателями эффективности. Сейчас, существующие показатели мощности современных ГеоТЭС планируется в достаточной степени увеличить благодаря использованию передовых технологий. Эти современные технологии дадут прекрасную возможность для того, чтобы получать на постоянной основе требуемое количество энергии с минимально возможными финансовыми затратами для определенного региона страны.

Менделеевская ГеоЭС

Курильские острова имеют достаточно большой потенциал для использования геотермальных ресурсов. Здесь уже осуществляется строительство современной ГеоТС. Высокое использование в РФ имеют месторождения в которых показатель температуры составляет от 110 до 190 градусов. Становление данной отрасли в РФ очень целесообразно с учетом больших территорий. Это даст прекрасную возможность для многих регионов получать необходимое количество необходимой энергии с минимальными финансовыми затратами на постоянной основе. Эти территории способны уже в скором будущем сами себя обеспечить необходимым количеством энергии для использования в разнообразных областях.

Сейчас в РФ разведано около 75 месторождений где имеется возможность получать данный вид получения энергии. Результатом подобного рода работ, стал запуск Верхне-Мутновской ГеоЭС. Имеющиеся ресурсы, которые разведаны в этой части страны, дают прекрасную возможность для того, чтобы на достаточно длительный промежуток времени обеспечить регион необходимым количеством энергии. Ресурс энергетики при использовании данного вида энергии практически неисчерпаем, и его имеется возможность использовать максимально эффективно. Для этого в России созданы специальные центры, которые осуществляют разработку надежных, эффективных, а также экономически выгодных систем, позволяющих получать дешевую и безопасную геотермальную энергию на постоянной основе.

Геотермальная энергетика, геотермальные ресурсы Дагестана

Введение

1. Геотермальная энергетика

2. Краткий обзор гидрогеотермических исследований

2.1 Основные месторождения термальных вод

2.2 Современное состояние и перспективы развития

геотермальной энергетики

3. Прогнозная оценка гидротермальных ресурсов Республики Дагестан

4. Перспективы комплексной переработки геотермальных минеральных вод РД

5. Геотермические методы поисков и разведки газонефтяных и геотермических месторождений

Заключение

Литература

Введение

По запасам термальных вод Дагестан занимает первое место в Российской Федерации. Дагестан является уникальной геотермальной провинцией России. Широкомасштабному развитию здесь геотермии способствуют благоприятные геотермические и гидрогеологические условия крупного термоводоносного бассейна многопластового типа.

По термической напряженности недр территория Дагестана превосходит все известные осадочные бассейны СНГ, за исключением районов современного вулканизма.

Температуры на глубинах 3-6км здесь зафиксированы в 140-210?С, что на 80-100?С выше, чем в Азербайджане, Астраханской и Ростовской областях. В Дагестане уже много лет успешно функционируют системы геотермального теплоснабжения в городах Махачкала, Кизляр и Избербаш.

В геологическом отношении Дагестан располагается на стыке двух крупнейших геолого-тектонических структур (Кавказской геосинклинали и Русской платформы) и занимает юго-восточную часть Восточного Предкавказья.

Анализ геолого-тектонических, гидродинамических, гидрогеологических, геотермических, сейсмических и других природных условий позволил выделить на территории Дагестана четыре гидрогеотермических района: Сланцевого, Известнякового, Предгорного и Платформенного, которые в свою очередь подразделяются на более мелкие гидрогеологические структуры.

Задачей данной работы является исследование источников потенциала геотермальной энергии в Республике Дагестан.

1. Геотермальная энергетика

Под геотермальной энергией понимают физическое тепло глубинных слоев земли, имеющих температуру, превышающую температуру воздуха на поверхности. В качестве носителей этой энергии могут выступать как жидкие флюиды (вода и/или пароводяная смесь), так и сухие горные породы, расположенные на соответствующей глубине. Из горячих недр Земли на ее поверхность постоянно поступает тепловой поток, интенсивность которого в среднем по земной поверхности составляет около 0,03Вт/мІ. Под воздействием этого потока, в зависимости от свойств горных пород, возникает градиент температуры - так называемая геотермальная ступень. В большинстве мест, геотермальная ступень составляет не более 2-3?С/100м.

Сегодня в качестве источников геотермальной энергии для получения тепла и/или для производства электроэнергии экономически целесообразно оказывается использовать лишь термальные воды и парогидротермы. Легкодоступных геотермальных месторождений с температурой более 100?С на земном шаре сравнительно немного.

Для производства электроэнергии с приемлемыми технико-экономическими показателями температура должна быть не ниже 100?С.

В настоящее время суммарная мощность действующих в мире геотермальных электростанций составляет около 10 ГВт(э). Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается примерно в 20 ГВт(э).

Основные проблемы геотермального теплоснабжения связаны с солеотложением и коррозионной стойкостью материалов и оборудования, работающих в условиях агрессивной среды.

С целью избегания загрязнения окружающей среды, рек и водоемов, извлекаемыми из недр земли минеральными соединениями современные технологии использования геотермальной энергии предусматривает обратную закачку отработавшего геотермального флюида в пласт.

Рис 1.Тепловая схема энергоустановки:

1-парогенератор? 2- накопитель пара? 3- турбина? 4- эжектор? 5- конденсатор? 6,7- насосы? ЭС- эксплуатационная скважина? НС- нагнетательная скважина.

2. Краткий обзор гидрогеотермических исследований

Гидрогеотермальные ресурсы наряду с солнечной, ветровой, приливно-отливной энергиями являются тем новым, возобновляемым источником энергии, который в перспективе реально может занять значительное место в топливно-энергетическом балансе ряда районов нашей страны.

Разнообразие природных условий и наличие естественных проявлений нефти, газа и многочисленных источников термальных минеральных вод с древнейших времен привлекало внимание естествоиспытателей к недрам Дагестана.

Одновременно местное население широко использовало термоминеральные источники не только для лечения недугов, но и для добычи поваренной соли, коммунальных нужд, выпечки хлеба и т.п. Широкой популярностью у местного населения пользовались Талгинские, Ахтынские, Каякентские, Каракайтагские, Рычальские, Истису, Ботлихские и многие другие термоминеральные источники.

Первые печатные сведения о термоминеральных водах Дагестана принадлежат русскому врачу И.Лериху, который дважды посещал Дагестан в начале ХVЙЙЙ в. Вслед за ним сведения о подземных водах Дагестана приводятся в трудах С.Г. Гмелина, Г.В. Абиха, И. Березина.

Особый толчок к изучению подземных вод дало получение нефтяных фонтанов в Берикее в 1894 году и Каякенте в 1898 г. Вслед за этим Дагестан посещают такие крупные геологи, как Н.И. Барбот-де-Марни, К.П. Лысенко, В.И. Меллер, А.М. Коншин, А.А. Булгаков, К.В. Харичков, И.Н. Стрижов и др., в трудах которых имеется ряд интересных сведений и мыслей о подземных водах Дагестана. Однако вся гидрогеологическая информация до 20-х годов ХХ в. Носит эпизодический, разрозненный характер.

Исследования в широком масштабе стали проводиться только после победы Октябрьской революции. Большое внимание в эти годы уделяется изучению минеральных вод, лечебных грязей и развитию на их базе курортного строительства. В этот период были изучены источники, заслуживающие особого внимания по своим природным и бальнеологическим факторам: Талгинские, Зурамакентские, Каякентские, Истису и рассольные йодо-бромные воды Берикейского, Дузлакского, Дагогнинского месторождений и др..

С выходом в 1963г. Постановления Совета Министров СССР "О развитии работ по использованию в народном хозяйстве глубинного тепла Земли" в г. Махачкале наступает качественно новый этап в освоении геотермальных ресурсов.

Новый промышленный этап освоения термальных вод вызвал на первых порах особенно высокий энтузиазм. Объясняется он тем, что с помощью ликвидированных скважин удалось без существенных затрат реализовать в значительных количествах термальные воды. Резко выросли объемы поисково-разведочных, буровых, ремонтно-восстановительных работ на газонефтяных скважинах, а также научных исследований по прогнозной оценке запасов, разработке методов против коррозии и солеотложений, комплексному использованию термальных вод в тепло-хладоснабжении, бальнеологии и т п.

Учитывая, что на территории Дагестана расположены геотермальные площади с разнообразными геологическими условиями, содержащими практически все типичные особенности равнинных и предгорных геотермальных месторождений СССР, имеющиеся предпосылки определяют возможности и позволяют организовать исследовательские и опытно-конструкторские работы в этом районе с наименьшими затратами.

2.1 Основные месторождения термальных вод

Из числа разведанных - наиболее значительные месторождения термальных вод в Дагестане приурочены к среднемиоценовым отложениям (Махачкала-Тернаирское, Избербашское, Кизлярское и др.).

Промышленная термоводоносность в ряде районов установлена также по плиоценовому (Кизляр, Хасавюрт) и мезозойскому (Талги, Ахты и др.) комплексам. Ниже приводится краткая характеристика основных месторождений термальных вод Дагестана.

Месторождение Махачкала-Тернаир

Находится в пределах г. Махачкала, приурочена к Махачкалинской антиклинальной складке и ее северо-западному переклинальному окончанию.

Геотермальное месторождение Махачкала-Тернаир по геологическим условиям относится к месторождениям пластового типа.

Промышленная термоводоносность приурочена к отложениям среднемиоценового возраста, водовмещающими являются песчаные свиты А+Б и В Чокракского горизонта, 1-я и 2-я песчаные пачки караганского горизонта.

На месторождении организовано два водозабора: Махачкалинский и Тернаирский.

Махачкалинский водозабор

Фонд эксплуатационных скважин Махачкалинского водозабора включает 32 скважины, из которых: 14 - эксплуатационные, 6 - наблюдательные, 12 - в бездействии, из них: 4 - в простое, 1 - в ожидании ремонта, 7 - в ожидании проведения изоляционно-ликвидационных работ.

Первая песчаная пачка караганского горизонта разрабатывается тремя скважинами(№№ 24 т, 25 т, 26 т), эксплуатационные дебиты 80-545 мі/сут, температура воды на устье скважин 52-60єС, минерализация 4,5-5,0 г/л, давление 4,2-2,8 атм., годовой отбор по пласту составляет 89150 мі.

Вторая песчаная пачка караганского горизонта разрабатывается двумя скважинами(№№ 160, 180), эксплуатационные дебиты 65-130 мі/сут, температура воды на устье 54-59єС, минерализация 3,69-8,30 г/л, давление 4,8-1,4 атм. Годовой отбор по пласту составляет 56290 мі. Из караганского термоводоносного горизонта за год добыто 145,4 тыс.мі термальной воды.

На свиту А+Б чокракского горизонта оборудовано шесть скважин(№№ 20т, 30, 36, 37, 63, 215), эксплуатационные дебиты 4-475 мі/сут, температура на устье 38-54єС, минерализация 6,16-7,78 г/л, давление на устье 1,2-4,8 атм. годовая добыча по свиту А+Б чокракского горизонта составляет 218,365 тыс. мі.

Годовая добыча по Махачкалинскому водозабору составляет 406,5 тыс.мі.

Основная часть добытой воды использована на горячее водоснабжение жилых массивов и промышленных предприятий, незначительная часть на отопление, на розлив лечебно-столовой воды (скв.29 т, 83), на бальнеопроцедуры (скв.30, 215).

Тернаирский водозабор

Фонд скважин состоит из 25 скважин, из которых 6 - эксплуатационные, 3 - наблюдательные, 9 - в простое, 7 - в ожидании изоляционно-ликвидационных работ.

В 1999-2001гг. водозабор функционировал круглогодично, основная разработка ведется в зимний период, когда за счет геотермального тепла отапливаются теплицы совхоза «Тепличный», служебные помещения Махачкалинского НГДУ и управления «Нефтесервис».

В летний период работают только две скважины 27 т и 38 т, термальной водой которых по двухконтурной системе подогревается питьевая вода, идущая на горячее водоснабжение жилмассива.

Основным продуктивным горизонтом является свита В2 чокракского горизонта, из которой поступает до 1,7 тыс.мі/сут, температура воды на устье 97-98єС, минерализация 21,99-22,03 г/л, давление на устье 8,8-9,2 атм. годовая добыча по свите В2 составляет 349,5 тыс.мі.

Годовая добыча термальной воды по месторождению Махачкала-Тернаир составляет 976,8 тыс. мі или 2,6 мі/сут.

Месторождение Манас

Расположено на берегу Каспийского моря, в пределах Карабудахкентского района Республики Дагестан, около сел. Манаскент, на территории санатория «Каспий» и включено в состав Центрального промыслового участка.

В 1966г. Поисковая скважина на термальную воду № 9т из отложений караганского возраста, залегающих на глубине 1414-1448м дала приток лечебной термоминеральной воды, которая используется на бальнеопроцедуры в санитарно-курортном комплексе «Каспий».

Отборы составляют в зависимости от сезона 16-30 мі/сут, температура 41єС, минерализация 69,18 г/л, давление 0,5 атм., годовая добыча составляет 7,7 тыс.мі.

Вода этой скважины относится к минеральным рассольным хлоридным, натриевым, йодо-бромным.

Годовая добыча термальной воды по Центральному промысловому участку, в состав которого входят Махачкалинский водозабор и Манасское месторождение составляет 414,3 мі/сут.

Месторождение Избербаш

Избербашское месторождение теплоэнергетических вод расположена в пределах г. Избербаш Республики Дагестан.

В геологическом отношении месторождение приурочена к Избербашской антиклинальной складке.

Водозабор Избербашского месторождения представляет 16 скважин, из которых 9- находятся в эксплуатации, 3-наблюдательные, 2-в простое и 2- в ожидании ликвидации.

Избербашский водозабор работает непрерывно на фонтанном режиме, геотермальные воды используются главным образом на горячее водоснабжение и розлив лечебно-столовой воды «Азиз». Эксплуатационные дебиты от 50 до 960 мі/сут, температура на устье 50-60єС, давление 0,6-3,6 атм., минерализация 2,02-5,52 г/л.

Сброс отработанных термальных вод осуществляется в городскую канализацию.

Месторождение Каякент

Расположено в пределах сел. Новокаякент Каякентского района Республики Дагестан. Водозабор представлен 4 скважинами, восстановленными из нефтяного фонда и давшими промышленные притоки термальной воды, которая однотипна и характеризуется слабой минерализацией 1,3-1,86 г/л, гидрокарбанатно-сульфатным натриевым составом, высокой термальностью(45-59єС).

В настоящее время термальная вода используется на хозяйственно-бытовые цели: баня, детский сад, водоснабжение жилого сектора.

Дебиты скважин составляют 50 мі/сут, работают они на фонтанном режиме, избыточные давления на устьях скважин 1,4-1,9 атм. Годовая добыча термальных вод по Каякентскому водозабору составляет 77,5 тыс.мі.

Месторождение Кизляр

Кизлярское месторождение высокопотенциальных термальных вод расположено в пределах города.

По геологическим условиям Кизлярское месторождение относится к типу пластовых с относительно простыми гидрогеотермическими условиями.

Воды высокотемпературные (отложения чокракского возраста), температура на устье скважин 100-104єС.

Кизлярский водозабор представлен 17-ю скважинами, из которых 7- добычных, 2-нагнетателбные, 4-наблюдательные, 4- в простое.

Чокракский водоносный горизонт-5 скважин (№№ 1т, 3т, 5т, 17т, 21т), эксплуатационные дебиты 1000-2500 мі/сут, температура 99-100єС, минерализация 1,83-9,2 г/л, избыточное давление на устье 7-14 атм.

Месторождение Кардоновка

Расположено в Кизлярском районе в 10км к юго-востоку от г. Кизляра, в пределах с. Кордоновка.

В эксплуатации находится одна скважина № 4т, подающая термальную воду из апшеронского горизонта. На базе этой скважины функционирует колхозная баня и организован розлив столовой воды, дебит до 25 мі/сут, температура воды на устье скважин 40єС, минерализация 2,18г/л, избыточное давление 6,0 атм.

Рис 2. Принципиальная интегрированная схема использования геотермальных вод:

1 - добывающая скважина? 2 - выработка электроэнергии? 3 - холодильные процессы? 4 - теплицы? 5 - тепловая насосная установка? 6 - промышленные процессы? 7 - лесопильные предприятия? 8 - производство продуктов питания? 9 - дегидратация? 10 - сушка зерна? 11 - корм скота? 12 - центральное отопление и горячее водоснабжение? 13 - обогрев почвы и полив сельхозугодий? 14 - рыборазведение? 15 - химическое производство? 16 - бальнеолечение и бассейны? 17 - нагнетательная скважина.

2.2 Современное состояние и перспективы развития геотермальной энергетики

Мировой потенциал изученных на сегодня(2006 год) геотермальных ресурсов составляет 0,2 ТВт электрической и 4,4 ТВт тепловой мощности. Примерно 70% этого потенциала приходится на месторождения с температурой флюида менее 130?С.

Последние годы характеризуются резким увеличением объемов и расширением областей использования геотермальных ресурсов.

Новейшие энергетические технологии с использованием геотермальных ресурсов отличаются экологической чистотой и по эффективности приближаются к традиционным.

На современных ГеоЭС коэффициент использования мощности достигает до 90%, что в 3-4 раза выше, чем для технологий с использованием других ВИЭ (солнечной, ветровой, приливной). На ГеоЭС, использующих ГЦС-технологию и бинарный цикл (БЭС), полностью исключаются выбросы диоксида углерода в атмосферу, что является важнейшим экологическим преимуществом таких энергетических установок.

В последние годы быстрыми темпами развиваются технологии прямого использования геотермальных ресурсов в теплоснабжении, За последние 15 лет суммарная тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения увеличилась более трех раз и достигла 28 ГВт.

В таких системах в качестве первичного источника тепла используется низкопотенциальная (Т=55єС) термальная вода и петротермальная энергия верхних слоев земной коры. Общая установленная мощность теплонасосных систем слставляет 15,723 ГВт, при годовой выработке тепла 86673 ТДж. Наибольшее развитие технологии теплонасосных систем получила в США, Германии, Канаде.

Россия располагает не только большими запасами органического топлива, но и также и геотермальными ресурсами, энергия которых на порядок превышает весь потенциал органического топлива. Использование тепла Земли в России может составить до 10% в общем балансе теплоснабжения, На территории России разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240 000 мі/сут термальных вод и более 105 000 мі/сут парогидротерм. Пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов.

В настоящее время проблемами использования тепла земли занимаются около 50 научных организаций, которые находятся в ведении Российской академии наук и ряда министров.

Чтобы обеспечить высокую экономическую эффективность термальных вод необходимо максимально использовать тепловой потенциал, чего можно достигнуть при комплексном использовании этих вод. Примером комплексного использования термальных вод служит Мостовское месторождение в Краснодарском крае. Необходимо отметить, что эксплуатация большинства геотермальных месторождений ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после потребителя, термальные воды сбрасываются с Т = 50-70єС. Полезно используется примерно 1/5 теплового потенциала термальной воды.

Из-за ошибочных технических решений (прямая подача потребителю воды, не соответствующей по химическому составу установленным нормам и т.д.) использование термальных вод во многих случаях было скомпрометировано.

Низкий уровень эксплуатации месторождений и огромная разница между значительными запасами геотермальной энергии и малой ее используемой частью объясняется некоторыми специфическими факторами, характеризующими эту энергию, а также технологией ее извлечения и использования.

Такими факторами являются:

* высокая стоимость скважин и низкие транспортабельные качества термальных вод;

* необходимость обратной закачки отработанных вод и значительные расходы на их подготовку;

* невозможность аккумулирования тепловой энергии на длительный период;

* коррозионно-агрессивные свойства;

* одноразовость использования термальных вод в системе теплоснабжения и сравнительная их температура.

В связи с этим возникают научно-технические и технологические проблемы геотермальной энергетики, основными из которых являются:

* освоение технологий строительства высокодебитных скважин с горизонтальными столами в продуктивном горизонте;

* перевод бездействующих скважин на выработанных нефтяных и газовых месторождениях для добычи геотермального флюида;

* широкое освоение ГЦС (геотермальных циркуляционных систем);

* разработка эффективных методов борьбы с коррозией и солеотложением;

* разработка эффективных технологий утилизации низкопотенциального геотермального тепла.

Области применения и эффективность использования геотермальных вод зависят от их энергетического потенциала, общего дебита и запаса скважин, химического состава, минерализации, агрессивных вод, наличия потребителя и т.д.

Наиболее эффективной областью применения геотермальных вод является отопление, горячее и техническое водоснабжение объектов различного назначения. Максимальный энергетический эффект достигается созданием специальных систем отопления с повышенным перепадом температур.

Сегодня используется 3,5% мирового геотермального потенциала для выработки электроэнергии и только 0,2% - для получения тепла.

В зависимости от температуры геотермальные ресурсы широко используются в электроэнергетике и теплофикации, промышленности, сельском хозяйстве, бальнеологии и других областях.

К началу 2005г. ГеоЭС работают в 24 странах мира, а суммарная установленная мощность их достигла 8910,7 МВт. Лидерами по установленной электрической мощности ГеоЭС являются США- 2544 МВт, Филиппины- 1931, Мексика- 953, Индонезия- 797, Италия- 790, Япония- 535, Новая Зеландия-435, Исландия- 200 МВт. Годовая выработка электроэнергии на ГеоЭС мира в 2004г. Составила 56 798 ГВт ч.

В последние годы активно развиваются геотермальные системы теплоснабжения на основе тепловых насосов.

Примерно 58% общей мощности геотермальных тепловых систем в мире приходится на теплонасосные системы. Общая установленная мощность теплонасосных систем составляет 15723 МВт, при годовой выработке тепла 86673 ТДж. Наибольшее развитие эти технологии получили в США, Германии, Канаде.

Благодаря переводу экономики на геотермальные ресурсы Исландия превратилась в развитую страну с высоким уровнем жизни. Более 87% теплоснабжения в Исландии осуществляется на геотермальном тепле, а в ближайшее время планируется довести до 92%. Примером успешной реализации крупного проекта является создание системы геотермального теплоснабжения г.Рейкьявика, которая обеспечивает около 99% потребностей в тепле. Данная система потребляет 2348л/с геотермальной горячей воды температурой 86…127?С (см. рис. 3).

Геотермальная энергетика в бывшем СССР стала развиваться с середины 60-х годов прошлого столетия, когда впервые были созданы Северокавказская разведочная экспедиция по бурению и реконструкции нефтегазовых скважин на термальные воды.

С 1970 по 1990 годы добыча термальной воды была увеличена в 9 раз, а природного пара в 3,2 раза. В 1990г. Было добыто 53млн.мі термальной воды и 413 тыс.т приридного пара.

Россия располагает большими геотермальными ресурсами, энергия которых на порядок превышает весь потенциал органического топлива.

На территории России разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240тыс.мі/сут термальных вод и более 105тыс.т/сут парогидротерм. Пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов.

Наиболее перспективными для освоения геотермальной энергии являются Камчатско-Курильский, Западно-Сибирский и Северо-Кавказский регионы.

На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения, залегающие на глубинах от 300 до 5000 м.

Рис. 3. Принципиальная схема организации теплоснабжения в г. Рейкьявике: (1- добычные геотермальные скважины; 2- деаэраторы; 3- насосная станция; 4- аварийные (резервные) баки; 5- пиковая котельная; 6- потребители тепла; 7- нагнетательный канал).

Температура в глубоких резервуарах достигает до 180°С и выше. Эти месторождения способны обеспечить получение до 10000 тепловой и 200 МВт электрической мощности.

На Северном Кавказе около 500 тыс. человек используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения в коммунально-бытовом секторе, сельском хозяйстве и промышленности.

Создание и пуск в эксплуатацию модульных геотермальных электрических и тепловых станций, а также создание ГеоЭС с комбинированным циклом вновь вводят Россию в число передовых стран в области геотермальной энергетики. На Мутновском геотермальном месторождении сегодня успешно работают 5 геотермальных энергоблоков. Общая установленная электрическая мощность ГеоЭС России составляет 73 МВт, а тепловая мощность энергоустановок прямого использования геотермального тепла 307 МВт.

При прямом использовании более половины добываемых ресурсов применяется для теплоснабжения жилых и промышленных помещений, треть? для обогрева теплиц, и около 13% для индустриальных процессов. Кроме того, термальные воды используются примерно на 150 курортах и 40 предприятиях по розливу минеральной воды.

Чокракский комплекс

В пределах Предгорного Дагестана Чокракские отложения, являющиеся источником тепловодоснабжения, распространены регионально, характеризуются выдержанностью мощностей и представлены чередованием мощных пачек высокопроницаемых равномернозернистых слабосцементированных песчаников и глин. По характеру распределения песчано-глинистых отложений в разрезе и гидрогеологическим особенностям чокракский водоносный комплекс подразделяется на верхнюю и нижнюю части.

Нижнечокракские отложения характеризуются региональной нефтегазоносностью, непостоянством мощностей, преобладанием глинистых разностей в разрезе.

Свита "Г" представлена мощной пачкой высокопроницаемых песчаников, довольно хорошо прослеживаемой в пределах всей территории Предгорного Дагестана. Наибольшее развитие свита имеет в районе г. Махачкалы, где мощность ее достигает 470м, а песчанистость 370м.

Свита "В" широко распространена в пределах всей территории Предгорного Дагестана. Литологически она представлена мощными пластами водонапорных песчаников, чередующихся с пачками глин. Мощность отдельных грубозернистых пластов достигает 20м.

Свита "Б" получила максимальное развитие в пределах Западной антиклинальной зоны, а также в районах Избербаша, Каякента. Представлена она массовым пластом песчаника, местами грубозернистого, с окатанной кварцевой галькой. Песчаники рыхлые, слабосцементированные и высокопроницаемые. Характерной особенностью свиты "Б" является региональная выдержанность песчаных пластов на значительные расстояния как по падению, так и по простиранию.

Свита "А" представлена кварцевыми песчаниками с прослоем глин. Песчаники мелко- и среднезернистые, слабосцементированные, отличаются плохой сортировкой обломочного материала по размерам, форме и степени окатанности. Наибольшая мощность свиты "А" отличается в Южном Дагестане, где она достигает 100м на площади Каякент, 55-60, реже 85м? в пределах Западной антиклинальной зоны. К северу мощность уменьшается: в Избербаше до 20м, Махачкале до 30м.

Общая мощность верхнего чокрака составляет 300-500м, при этом суммарная мощность песчаников изменяется незначительно, колеблется в пределах 150-200м, и лишь в Южном Дагестане в районах Дербента она снижается до 60м.

Караганский комплекс

Краткое описание караганских отложений дается согласно стратиграфической схеме Н.Б. Вассоевича, который подразделяет их на два отдела? верхний и нижний, каждый из которых в свою очередь делится по маркирующим горизонтам (верхний- на три, нижний- на четыре). Таким образом, снизу вверх выделяются семь подсвит, которые прослеживаются в пределах Терско-Дагестанской нефтегазоносной области.

Алистанджинская подсвита мощностью 25-60м представлена в основном глинами с прослоями мергелей и одной песчано-алевролитовой пачкой мощностью 10-16, местами до 30м.

Нижнекумская подсвита сложена песчано-алевролитовыми и глинистыми породами, в составе которой выделяются три песчано-алевролитовые пачки суммарной мощностью от 10 до 30м.

Верхнекумская подсвита представлена почти полностью глинами общей мощностью порядка 40м и не представляет определенного интереса в гидрологогеологическом отношении.

Ярыксуйскае подсвита в северной части Предгорного Дагестана составляет четвертую часть суммарной мощности карагана. Мощность подсвиты возрастает в восточном направлении и в долине р. Сулак составляет 110м, в с. Кумторкала 115м, лале уменьшается в районе г. Махачкала.

Ачисуйская подсвита представлена в основном песчано-алевролитовыми породами с прослоями глин. Общая мощность подсвиты в долине р. Аксай составляет 40-45м, а песчаного пласта S6 23м.

Белгатойская подсвита представлена переслаиванием глин с песчано-алевролитовыми породами, среди которых выделяются маломощные 1,5-10-метровые песчаные пласты S4 и S3.

Шауданская подсвита по мощности, составляющей обычно 50-60м, является регионально выдержанной в Предгорном Дагестане.

В последние годы термоводоносность караганских горизонтов изучена на ряде площадей: Махачкала, Тернаир, Кизляр, Каякент, Каспийск, Манас, Герга и т.д., что позволяет характеризовать их в целом как высокопродуктивные.

Дебиты скважин при самоизливе колеблются от 450мі/сут(Герга) до 2000(Махачкала) и 3500мі/сут(Кизляр), температура при самоизливе? от 0,3 до 1,4 МПа.

3. Прогнозная оценка гидротермальных ресурсов Дагестана

Степень изученности геотермальных ресурсов осадочной толщи Дагестана как по площади, так и по геологическому разрезу определяется числом, качеством и глубиной бурения газонефтяных термальных и артезианских скважин.

Водоносные комплексы I структурно-гидрогеотермического этажа паротермальных вод изучены бурением? около 1тыс. газонефтяных скважин на территории Прикумского вала и Предгорного Дагестана.

Миоценовый комплекс высокотермальных и термальных вод вскрыт более чем двумя тысячами газонефтяных и геотермальных скважин преимущественно в Прикумской зоне и Предгорном Дагестане.

Слаботермальные пресные воды плиоценового комплекса вскрыты более чем пятью тысячами артезианских, газонефтяных и геотермальных скважин изучены, в отличие от нижележащих комплексов, довольно равномерно на территории Платформенного и Предгорного Дагестана.

4. Перспективы комплексной переработки геотермальных минерализованных вод Республики Дагестан

В последнее время повышенное внимание уделяется природным минерализованным водам как перспективному источнику многих ценных химических продуктов. Экономическая целесообразность использования природных вод подтверждается многолетней практикой промышленного получения из них солей лития, натрия, калия, магния, бора, брома, йода и других элементов в США, Японии, ФРГ, Италии.

В России из подземных вод добывают только йод и бром, тогда как страна обладает огромными запасами минерализованных вод, в которых в ряде случаев концентрации ценных элементов превышает их концентрации в водах, эксплуатируемых месторождений зарубежных стран.

Разработана технология комплексной переработки редкометальных минерализованных вод хлоридно-натриево-кальциевого типа, предусматривающая получение не только товарной продукции, но и практически всех реагентов, необходимых для реализации технологии, из самой же перерабатываемой воды.

5. Геотермические методы поисков и разведки газонефтяных и геотермальных месторождений

Многоплановое изучение роли теплового потока в формировании тепловых аномалий различными видами полезных ископаемых послужило основой для разработки нового направления прикладной геофизики? теплоразведки методом вариаций теплового потока (МВТП).

Тепловой режим земли. Тепловое поле земной коры отличается значительными пространственными нерегулярностями, что является результатом сложного строения внешней твердой оболочки Земли. Влияние различных тектонических форм на распределение естественного теплового поля земной коры определяется порядком тектонической структуры.

Порядок структуры в то же время определяет и глубинность источников теплового поля. В пределах крупных тектонических структур, имеющих корни в верхней мантии, доминирующее влияние на их тепловой режим оказывают термодинамические процессы, протекающие в ней, в противоположность структурам осадочных толщ, которые лишь искажают глубинный тепловой поток.

Аппаратура для геотермической разведки. Громоздкость и сравнительно низкая точность стандартной термометрической аппаратуры делают ее малопригодной для использования в геотермической разведке. При конструировании термометра для терморазведки, рассчитанного на использование до глубин 150м, были учтены особенности измерения в этом интервале: короткая линия связи, малые пределы изменения температуры(2-3?С), небольшие давления и длительное пребывание (до 10 сут) прибора на забое необсаженных скважин, в процессе которого нередко происходят заплывание скважины и прихват снаряда. В качестве температурных датчиков используются термисторы, которые в сочетании с регистрирующей схемой, включающей мост постоянного тока с классом точности не ниже 0,005 и гальванометр, обеспечивают точность измерения до сотых долей градуса.

Для геотермических измерений до глубин 600м разработан термометр Т-600, в котором контроль за изменением сопротивления в линии связи осуществляется с помощью специального устройства, базирующегося на свойстве диода пропускать ток в одном направлении. Чувствительную часть термометра составляют два взаимоконтролирующих датчика, один из которых термисторный, другой - проволочный? термометр сопротивления Т-600 позволяет измерять высокочастотные изменения температуры(±0,005?С) и ее абсолютных величин с погрешностью, не более ±0,05?С.

Заключение

Геотермальные ресурсы представляют собой практически неисчерпаемый, возобновляемый и экологически чистый источник энергии, который будет играть существенную роль в энергетике будущего.

Так как во многих добываемых геотермальных водах растворены химические элементы, оказывающие губительное воздействие на трубопроводы (коррозия) и на здоровье потребителей, в настоящее время большое внимание уделяется на очистку этой воды и разделение из нее химических элементов.

Как одна из невозобновляемых источников энергии, геотермальная энергетика остается и останется на одном из ведущих мест в энергетики страны.

Литература

1. Гаджиев А.Г., Курбанов М.К., СуетновВ.В. "Проблемы геотермальной энергетики Дагестана". Москва. Издательство "Недра".

2. Мейланов Р.П., Алиев Р.М., Бойков А.М., Алхасов А.Б., Рамазанов М.М., Азизов Г.А. "Сборник статей Отдела энергетики и геотермомеханики ИПЦ ДНЦ РАН". Махачкала 2002. 107с.

3. "Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов". Махачкала. Издательство ООО "Деловой Мир". (Материалы школы молодых ученых).

Подобные документы

Основные месторождения мрамора в России и их характеристики. Методика поисков. Поисковые предпосылки и признаки. Система разведки месторождений. Подготовленность разведанных месторождений для промышленного освоения. Опробования месторождений мрамора.

реферат , добавлен 17.02.2008

Геолого-геофизическая изученность района. Литолого-стратиграфическая характеристика месторождения. Тектоническое строение, газоносность, и физико-гидродинамическая характеристика продуктивных пластов. Прогнозная оценка количества ресурсов горючих газов.

дипломная работа , добавлен 10.11.2015

Геологическое строение Масловского месторождения. Изменчивость параметров основной рудной залежи. Применение линейного кригинга блоков для анализа распределения запасов месторождения. Выбор технических средств для проведения дальнейшей разведки.

курсовая работа , добавлен 19.07.2015

Образование нефти и газа в недрах Земли. Физические свойства пластовых вод, залежей нефти, газа и вмещающих пород. Геофизические методы поисков и разведки углеводорода. Гравиразведка, магниторазведка, электроразведка, сейсморазведка, радиометрия.

курсовая работа , добавлен 07.05.2014

Общие сведения о районе Днепровского месторождения, его геолого-геофизическая характеристика. Методы разведки и разработки. Изучение коллекторских свойств продуктивных пластов месторождения. Состав пластовых флюидов. Этапы разработки месторождения.

дипломная работа , добавлен 10.11.2015

Геологическое строение месторождения Родниковое: стратиграфия, магматизм, тектоника. Геофизические исследования в скважинах. Технологические условия и цель бурения. Выбор конструкции скважины. Предупреждение и ликвидации аварий на месторождении.

дипломная работа , добавлен 24.11.2010

Анализ технологической пробы обогатимости бедной марганцевой руды Парнокского месторождения. Проведение элементного, химического, гранулометрического, минерального, рентгеноструктурного, микрорентгеновского и фазового эмиссионного спектрального анализа.

курсовая работа , добавлен 10.01.2016

Общие сведения о минеральных водах, их геохимические типы. Классификация и условия формирования термальных вод. Геохимическая оценка способности химических элементов к накоплению в подземных водах. Применение и способы использования промышленных вод.

реферат , добавлен 04.04.2015

Оценка характера и режима водоносных горизонтов для принятия действенных мер по дренированию горных выработок на основе анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчета показателей. Определение инженерно-геологических условий месторождения.

курсовая работа , добавлен 26.11.2009

Географо-экономическая характеристика работ: местонахождение месторождения, экономическое состояние региона. История геологической и гидрогеологической изученности. Оценка естественных ресурсов и запасов. Обоснование методики и этапы работ по бурению.

Под геотермальными ресурсами в широком смысле понимают запасы глубинного тепла Земли. Они могут быть представлены в виде пара, горячей воды, рапы естественного происхождения либо образовавшихся вследствие искусственного привнесения в геотермальные формации газа, воды и иных жидкостей. Различают также низко- и высокопотенциальные геотермальные ресурсы. Ресурсный потенциал геотермальной энергии признается столь же неисчерпаемым, как и солнечной или термоядерной.

Доля геотермальных ресурсов в топливно-энергетическом балансе промышленно развитых стран составляет в среднем 5–10%. Первое место с большим отрывом занимают Соединенные Штаты Америки, но уже вплотную подходят такие страны как , . В 80% населения обогревают свои дома геотермальным теплом.
В настоящее время до 60% используемых геотермальных ресурсов применяется в бальнеологии.

Выявленные запасы геотермальных вод с температурой 40–200°С, минерализацией до 35 г/л и глубиной залегания до 3500 м на территории России могут обеспечить получение примерно 14 млн м 3 горячей воды в сутки, что по количеству выносимой энергии эквивалентно примерно 30 млн т условного топлива (у. т.). Для нужд тепло-снабжения в режиме 70/20°С (в числителе температура поступающего, а в знаменателе - сбрасываемого теплоносителя) они распространены на 95% территории страны и составляют 57 трлн т у. т., в том числе в режиме отопления (90/40°С) - 69% территории и 30 трлн т у. т.

В настоящее время в стране эксплуатируются месторождения геотермальных вод на острове , полуострове и Курильских островах, в Краснодарском и Ставропольском краях, в республиках Дагестан, Ингушетия. Первая в мире геотермальная электростанция (ГеоЭС) - Паужетская - построена в Советском Союзе в 1965 г на юге полуострова Камчатка. Она работает до сих пор и её мощность достигает 11 МВт. После значительного перерыва, когда другие страны в строительстве геотермальных электростанций ушли далеко вперед, в 1999 г была введена в строй новая Мутновская геотермальная станция мощностью 12 мегаватт.

В отличие от остальных районов страны, полуостров Камчатка и Курильские острова лежат в зоне современного , где на ограниченных участках и небольших глубинах имеют температуры 80–200°С и выше; на полуострове Камчатка находится знаменитая Долина гейзеров с естественными фонтанами из горячей воды и пара.

При составлении карты ресурсов геотермального теплоснабжения были оценены ресурсы геотермальной энергии всей территории России для нужд теплоснабжения до глубины 10 км Оценка сделана для циркуляционной технологии освоения петрогеотермальных ресурсов в температурных режимах - 70/20°С и 90/40°С.

Ресурсы геотермального теплоснабжения распределены по территории России достаточно равномерно. По плотности их распределения на территории страны выделяются пять ресурсных интервалов геотермального теплоснабжения для режима 70/20°С и четыре интервала для режима 90/40°С. Интервалы заключены между изолиниями 0–2(0) т у. т./м 2 ; 2(0)–4(2) т у. т./м 2 ; 6(4)–8(7) т у. т./м 2 ; 8 т у. т./м 2 (в скобках приведены соответствующее значения ресурсов геотермальной энергии в режиме отопления 90/40°С).

Ресурсы геотермального теплоснабжения (температурный режим 70/20°С) характеризуются практически повсеместным распространением на территории России и охватывают 95% площади страны, в том числе 70% её площади располагают геотермальными ресурсами для отопления с температурным режимом 90/40°С. Энергетический потенциал технически доступного и экологически чистого альтернативного источника энергии для теплоснабжения в температурном режиме 70/20°С составляет 57 трлн т у. т., в том числе для отопления в температурном режиме 90/40°С - 30 трлн т у. т.

Важно отметить, что подземные воды большинства платформенных бассейнов обогащены редкими и рассеянными элементами и представляют интерес как гидроминеральное сырье. Их потенциальные ресурсы составляют около 4 млн м 3 /сут. При этом большие потенциальные ресурсы характерны для азотных термальных вод, приуроченных к Азово-Кубанскому и Восточно-Предкавказскому бассейнам (Краснодарский и Ставропольский края, республики ) и имеющих различную минерализацию и состав (несколько типов минеральных вод). Ресурсы этих вод позволяют организовать их комплексное использование (как лечебного средства и теплоносителя).

Разделы