что такое геотермальная вода
ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ВОДЫ
Смотреть что такое «ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ВОДЫ» в других словарях:
Геотермальные ресурсы — Геотермальными ресурсами признается часть геоэнергетических ресурсов, включающая все продукты геотермальных процессов, в том числе подземные геотермальные воды, пар и рассолы, учитывая искусственно введенные в подземные геотермальные формации;… … Официальная терминология
Геотермальные котельни — Введение Геотермальная энергетика производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии В вулканических районах циркулирующая вода… … Википедия
Геотермальные ресурсы — (a. geothermal resources; н. geothermale Reserven, Geothermalressoursen; ф. ressorces geothermales; и. recursos geotermicos) запасы глубинного тепла Земли, эксплуатация к рых экономически целесообразна совр. техн. средствами.… … Геологическая энциклопедия
геотермальные ресурсы — запасы глубинного тепла Земли. Различают гидрогеотермальные (термальные воды) и петрогеотермальные (сухие горные породы, нагретые до 350ºC и более) ресурсы. * * * ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ, запасы глубинного тепла Земли.… … Энциклопедический словарь
ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ — запасы глубинного тепла Земли. Различают гидрогеотермаль ные (термальные воды) и петрогеотермальные (сухие горн, породы, нагретые до 350 °С и более) ресурсы … Естествознание. Энциклопедический словарь
Воды геотермальные — К геотермальным водам относятся пар, тепло и другие виды ассоциированной с геотермальными водами энергии, а также любые содержащиеся в ассоциации с такими водами и водяным паром примеси, за исключением углеводородов, при условии, что стоимость… … Официальная терминология
СТО 70238424.27.100.060-2009: Геотермальные электростанции (ГеоТЭС). Условия создания. Нормы и требования — Терминология СТО 70238424.27.100.060 2009: Геотермальные электростанции (ГеоТЭС). Условия создания. Нормы и требования: 3.1 владелец : Юридическое лицо (предприятие), на балансе которого находится опасный производственный объект и руководство… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Подземные воды — (a. underground waters; н. Grundwasser; ф. eaux souterraines, eaux de sous sol; и. aguas subterraneas) воды, находящиеся в толщах горн. пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. П. в. являются частью… … Геологическая энциклопедия
Минеральные воды — (a. mineral water; н. Mineralwasser; ф. eaux minerales; и. aguas minerales) подземные (реже поверхностные) воды, характеризующиеся повышенным содержанием биологически активных хим. и органич. компонентов и обладающие специфич. физ. хим.… … Геологическая энциклопедия
Термальные воды. Справка
Энергия тепла, содержащаяся в глубинных слоях под поверхностью Земли, называется геотермальной энергией (от греч. geo – Земля и thermo – тепло). Ученые давно выяснили, что с продвижением в глубь планеты температура увеличивается. Это происходит за счет радиоактивного распада химических элементов, содержащихся в недрах земли.
В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий энергоноситель – вода, которая насыщает все породы осадочного чехла. Разогретые до высоких температур породы нагревают воду. Жидкая вода существует только до глубин 10–15 километров, ниже при температуре около 700°С вода находится исключительно в газообразном состоянии.
На глубине 50–60 километров при давлениях около 30 тысяч атмосфер исчезает граница фазовости, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода.
Термальные воды – подземные воды земной коры с температурой от 20°С и выше. В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). Глубина залегания изотермы 20°С в земной коре – от 1500–2000 метров в районах многолетнемерзлых пород и до 100 м и менее в районах субтропиков; на границе с тропиками изотерма 20°С выходит на поверхность.
Термальные подземные воды распространены как в областях молодого и современного вулканизма, так и в платформенных областях. В платформенных областях термальные воды существуют в глубоких частях артезианских бассейнов.
В артезианских бассейнах на глубине 2000–3000 метров скважинами вскрываются воды с температурой 70–100 °С и более.
К областям распространения месторождений термальных вод относятся: вулканическое кольцо бассейна Тихого океана, Альпийский складчатый пояс, рифтовые долины континентов, срединно-океанические хребты, платформенные погружения и предгорные краевые прогибы.
В районах современного вулканизма гидротермальная оболочка иногда выходит на поверхность. В этих районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности.
По температуре источники разделяют на холодные до 20°, теплые – от 20 до 35°, горячие – от 35° до точки кипения, а выше – перегретые.
На поверхность земли термальные воды могут выходить в различном виде, в зависимости от температуры: перегретые воды – кипящими, пульсирующими и фонтанирующими источниками; воды с температурой до 100° – спокойно изливающимися, с температурой 180–200° С и выше – в виде парогазовых струй.
В горных районах (например, Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир) термальные воды выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников (температура до 50 90 °С), а в районах современного вулканизма проявляют себя в виде гейзеров и паровых струй (здесь скважинами на глубине 500 1000 м вскрываются воды с температурой 150 250 °С), дающих при выходе на поверхность пароводяные смеси и пары (Паужетка на Камчатке, Большие Гейзеры в США, Уайракей в Новой Зеландии, Лардерелло в Италии, гейзеры в Исландии и др.).
В зависимости от соотношения вод магматического и инфильтрационного (атмосферного) происхождения определяются все физические свойства и химический состав термальных источников.
Химический, газовый состав и минерализация термальных вод разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-сульфатных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до соленых и рассольных хлоридных, натриевых и кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных.
В настоящее время геотермальные ресурсы разведаны в 80 странах мира. Их активное использование ведется в 58 государствах. На сегодняшний день мировыми лидер ами в геотермальной электроэнергетике являются США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая Зеландия и Исландия.
В России большими геотермальными ресурсами обладают Камчатка, Чукотка, Курилы, Приморский край, Западная Сибирь, Северный Кавказ, Краснодарский и Ставропольский края, Калининградская область.
На Камчатке известно более 100 естественных выходов термальных вод, здесь источники отличаются не только высокой температурой (170 200°С), но и характеризуются относительно низкой минерализацией (0,6 5,0 г/л). Большие запасы высокотермальных вод содержатся в Московском артезианском бассейне (температуры свыше 100°С на глубине 1500 м) и артезианских бассейнах Западной Сибири.
В настоящее время геотермальные ресурсы используются для выработки электроэнергии, для коммунально-бытовых, парниково-тепличных и бальнеологических целей (лат. balneum ванна, купание).
Если температура теплоносителя достигает более 150°С, его используют для выработки электроэнергии. В Рейкьявике (Исландия) геотермальная отопительная система мощностью 350 МВт обслуживает свыше 100 тысяч жителей. Во Франции более 70 геотермальных установок обеспечивают теплом более 800 тысяч человек. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 МВт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 МВт.
В Калифорнии, Неваде и некоторых других местах геотермальная энергия используется на больших электростанциях, Так, в Калифорнии около 5% электричества вырабатывается за счет геотермальной энергии, в Сальвадоре геотермальная энергия производит около 1/3 электроэнергии.
В России действуют 3 геотермальных электростанции, расположенные на Камчатке: Паужетская ГеоЭС в изолированном Паужетском энергоузле, Верхнее-Мутновская ГеоЭС и Мутновская ГеоЭС в Центральном энергоузле.
В Исландии геотермальное тепло используется в различных сферах, в том числе и для обогрева жилья. Исландия практически полностью обеспечивает себя электрической и тепловой энергией за счет своей геотермальной и гидроэнергии.
Методы использования геотермальной энергии развиты настолько, что можно использовать тепло из-под земли для бытовых нужд в небольших домашних хозяйствах. Для этого техники пробуривают скважину глубиной до 100 м и опускают туда трубу. Циркулирующая в ней жидкость температурой в 10 градусов нагревается подземным теплом благодаря действию теплового насоса до 45 градусов. В результате получаемая тепловая энергия в четыре раза превышает расходы электричества на работу насоса.
В Швеции в 90% жилых новостроек пробуривается скважина, по которой тепло из-под земли поступает в квартиру.
Геотермальные воды с температурой от 20 до 40°C и обладающие целебными свойствами используют для лечебных целей. Геотермальные курорты располагаются вблизи горячих источников. Такие курорты есть в Исландии, Италии, Чехии, Германии, Турции, России и других странах.
Венгрию называют империей купален. В стране около 80% территорий, где есть лечебные и термальные курорты.
Геотермальные источники курорта SPA в Бельгии известны с XVI века. Курорт с одноименным названием обязан своим процветанием минеральным источникам, насыщенным железом.
Во второй половине XX столетия слово приобрело новый смысл, теперь словом СПА стали называть Wellness-оазисы в отелях.
SPA (СПА) – это оздоровительный комплекс процедур с использованием морской, термальной, минеральной или пресной воды, морских водорослей, целебных растений и лечебных грязей, программы водолечения, цель которых гармония тела, души и духа. Также к СПА относятся фитнесс-программы, диетические программы, программы регенерации и программы по омоложению кожи лица и тела. Словом SPA (СПА) обозначают также курорты, в которых проводится водолечение.
Самыми популярными являются СПА-комплексы, расположенные на тихоокеанском побережье в азиатских странах.
Достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.
Геотермальные источники
Горячая вода, поступающая из недр земли — это захватывающее природное явление и богатый сырьевой ресурс, приносящий в том числе и пользу для оздоровления людей. Геотермальные источники отличаются от подземных ключей и родников более высокой температурой выходящих вод, в которых, к тому же, может содержаться более половины всех элементов таблицы Менделеева.
Что такое термальные источники и как они выглядят
Под землей на глубине 1 км температура горных пород достигает 30°С и она повышается в среднем на 3°С через каждые 100 м. Более мощный тепловой поток из недр создается в зонах разломов земной коры, активного вулканизма, высокой сейсмичности. Нагретые горные породы повышают температуру подземных вод.
Естественный теплоноситель после длительного путешествия изливается естественным путем. Так рождаются термальные источники — горячие подземные воды в жидком или парообразном состоянии, выходящие на поверхность Земли.
Как правило, показатели температуры таких источников выше по сравнению с температурой окружающей среды. Это основное отличие от неглубоко залегающих грунтовых вод, выходящих на поверхность земли в виде родников, ключей, ручьев, температурные показатели которых обычно находятся в диапазоне от 5 до 15°С.
Виды термальных источников
Термальные воды подразделяются на группы в зависимости от температуры:
Кроме того, вода может быть перегретой (150°С). Специалисты американского Центра геофизических данных предлагают считать теплым источник с температурой от 20 до 50°C.
В регионах активного вулканизма наблюдаются необычные природные явления. Например, гейзер — особый термальный источник, периодически возникающий и пропадающий. Вода глубоко просачивается, контактирует с магматической камерой и, сильно нагреваясь, вырывается наружу.
Обычно в природных источниках вода спокойно выходит из земли. Если большой резервуар над магмой соединен с поверхностью узким каналом, то давление в нем периодически возрастает. Легкий паро-водяной пузырь выталкивается в виде струи через определенные промежутки времени, составляющие несколько минут, часов, месяцев или лет. Вода нагревается до температуры 100–104°С, а высота столба может достигать 100 м.
Две трети всех существующих в мире гейзеров фонтанируют в Йеллоустоунском национальном парке США. Извержения столбов воды и пара можно наблюдать в Исландии, Новой Зеландии, Японии, Чили, Перу. На Камчатском полуострове находится знаменитая Долина гейзеров (частично разрушена оползнем).
Помимо гейзера существуют и другие геотермальные явления:
Горячие источники отличаются по минерализации, химическому составу. Они могут быть гипотоническими, изотоническими и гипертоническими в зависимости от концентрации минеральных веществ. Термальные воды в районах активного вулканизма, содержащие много кремнезема, обычно прозрачные. Источник горячей воды с высоким содержанием серы чаще всего выглядит как лужа кипящей грязи. Часто она имеет желтоватый цвет.
Минеральные источники природной горячей воды нередко содержат повышенные количества токсичных веществ. Это создает проблемы для оздоровительного использования, получения тепла и электроэнергии.
Механизм нагрева термальных вод
Геотермальная энергия — естественное тепло недр, которое передается от мантии горным породам в составе земной коры. В районах активного вулканизма расплавленная магма сильнее нагревает горные породы, проникает через пустоты и трещины близко к поверхности. Магматический расплав подогревает подземные воды. Рождаются гейзеры, фумаролы и сольфатары.
Есть объяснение того, откуда берутся горячие источники в невулканических регионах. Подземные воды проникают на глубину 1 км и более, нагреваются и выносятся на поверхность в результате естественной циркуляции.
Если пробурить геотермальную скважину, то горячие подземные воды выходят на поверхность. Такой искусственный канал иногда похож на гейзер.
Использование вод термальных источников
История применения человеком геотермальной энергии насчитывает почти 20 веков. Подземные воды с температурой 50–80°С, которые естественным образом выходили на поверхность, наши предки использовали для обогрева, приготовления пищи, купания. Есть свидетельства о гигиеническом и целебном эффекте бассейнов с горячей водой в Китае с эпохи палеолита, наличии общественных бань (термальных ванн) в Липари (Италия) в 2000 г. до н.э.
Лечебное действие термальных вод не утратило своей актуальности и сегодня. В бальнеологии используется горячая природная вода с температурой до 50°С. Она оказывает противовоспалительное, успокаивающее, регенерирующее влияние на кожу, а через нее — на органы, системы и организм в целом.
Термальные воды применяются не в острой фазе заболеваний, а на стадии компенсации, а также для профилактики. Их применение рекомендовано при болезнях респираторного тракта, легких, опорно-двигательного аппарата, кожи, патологиях сердца и сосудов, нервной и эндокринной систем.
Огромная польза для организма человека заключена в горячих источниках с благоприятным минеральным составом. Сероводородные и углекислые ванны помогают при хроническом бронхите и недостаточности кровообращения, бронхиальной астме.
Французские, итальянские и другие европейские курортные города с термальными источниками пользуются популярностью у туристов и отдыхающих со всего мира. Выпускается косметика на основе термальной воды: спреи, целые линии для ухода за кожей.
Первый опыт использования горячих источников для производства электроэнергии пришелся на конец XIX и начало XX веков. Геотермальная энергия и сейчас применяется для обогрева зданий и выработки электроэнергии в Италии, Франции, Исландии, США, на востоке России. Крупнейшие ГеоЭС по своей мощности сопоставимы с небольшими гидроэлектростанциям, ТЭЦ и АЭС.
Интересные факты
Недалеко от города Сатурния (Тоскана, Италия) вода с температурой выше 80°С стекает с небольших скальных уступов в естественное углубление. Термальный источник выглядит как невысокий водопад, над которым клубится пар.
На вулканическом острове Сан-Мигел в составе Азорского архипелага земная кора очень тонкая. Родниковая вода выходит на поверхность и бурлит, потому что ее температура близка к точке кипения (98°). В разных регионах есть природные термальные источники и озера в пещерах, подземные резервуары теплой воды и пара на доступной глубине.
На Камчатке (Россия), в Исландии, Новой Зеландии и Калифорнии (США) горячие источники выходят на поверхность в виде газо-водяного столба. Фонтан пара можно наблюдать в Ладерелло (Италия).
Геотермальные источники — это не то же самое, что родники минеральной воды. «Термальный» означает теплый, а «гео» — земной. Вода нагревается в недрах Земли, поступает вверх. В зависимости от характера выхода на поверхность различают гейзеры, бассейны, озера. Направления использования таких источников самые разные. Это оздоровление и отдых людей, получение тепла для отопления зданий, выработка электроэнергии, а также получение различных химических веществ.
Геотермальная энергетика: как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс
Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.
Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.
Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.
Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.
Немного о тепле Земли
Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.
Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1
Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.
Виды геотермальных электростанций
В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.
Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.
ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy
Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.
Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.
ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy
Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.
Упрощенная схема петротермальной электростанции
Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.
Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.
В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.
Преимущества геотермальной энергетики
Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.
Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.
Стабильность. Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.
Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.
Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.
Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.
Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.
Недостатки геотермальной энергетики
Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.
Результат воздействия геотермальной воды на металлы.
При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.
Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.
Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.
Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3
Где всё это работает и насколько это перспективно
По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.
Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидер ов по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.
Первая геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Она вырабатывала 23,5 МВт, а турбину и генератор для неё произвела Toshiba. В 2010-х годах геотермальная энергия стала наиболее востребованной в странах Африки, где началось активное заключение контрактов и строительство ГеоТЭС. В 2015 году в Кении была открыта станция Olkaria IV, одна из четырёх, находящаяся в зоне Олкария в 120 км от Найроби, с мощностью 140 МВт. С ее помощью правительство снижает зависимость от гидроэлектростанций, сброс воды из которых часто приводит к разрушительным наводнениям.
ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba
ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.
В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.
Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.
Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.
На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.