Геотермальные ресурсы россии.

Геотермальная энергетика России может обеспечивать население определенными ресурсами для коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных нужд.

В России и бывшем Советском Союзе на протяжении более 60 лет проводились буровые работы для получения горячей воды и пара из недр Земли. Сегодня практически вся территория страны хорошо изучена. Выяснилось, что многие регионы имеют запасы горячей воды и пара с температурой от 50 до 200 0 С на глубине от 200 до 3000 м.

Геотермальные источники в России

Центральный регион, Северный Кавказ, Дагестан, Сибирь, зона Байкальского рифта, Красноярский край, Чукотка, Сахалин, полуостров Камчатка и Курильские острова имеют богатейшие ресурсы геотермальной энергии для производства до 2000 МВт электроэнергии и более 3000 МВт тепла для системы централизованного теплоснабжения. Использование геотермальных ресурсов в России особенно важно для снабжения северных территорий страны.

В России в связи с холодным климатом более 45% от общего объема энергетических ресурсов используются для теплоснабжения городов, населенных пунктов и производственных комплексов. До 30% этих энергетических ресурсов в отдельных районах может быть обеспечено при использовании тепла из недр Земли.

Использование геотермальной энергетики планируется провести в следующих регионах России: в Краснодарском крае (теплоснабжение города Лабинск, а также комплекс в поселке Розовый), Калининградской области и на Камчатке (теплоснабжение Елизовской и Паужетской электростанции мощностью 12 мВт и расширение существующей Мутновской Геоэс до 50 МВт, где используется вторичный пар для производства электроэнергии.

Экономические и политические изменения, которые произошли в России в значительной степени влияют на то, как электроэнергетика развивается.

Электроэнергия в России, в основном, базируется на использовании ископаемого топлива и эксплуатации атомных и гидроэлектростанций. В настоящее время геотермальная энергетика является сравнительно скромной, хотя страна обладает значительными ресурсами.

Современная экономическая ситуация в России зависит от развития своего энергетического потенциала. Трудности экономики делают проблему энергоснабжения существенной, особенно в северных и восточных регионах страны. Под эти обстоятельства, вполне естественно, что регионы должны стремиться к использованию собственных энергетических ресурсов и развития возобновляемых источников энергии. В регионах Дальнего Востока, Сахалина, Курил, на Камчатке, использование становится экономически целесообразным.

Есть несколько основных регионов, перспективных для “прямого” использования (теплоснабжения жилых домов и промышленных зданий, подогрева теплиц и почвы, в животноводстве, рыболовстве, в промышленном производстве, для добычи химических элементов, увеличения нефтеотдачи пластов, для плавления мерзлых пород, в бальнеологии и т. д.), а также для тепла с применением тепловых насосов и получения электроэнергии на Геоэс бинарного цикла (геотермальная электростанция).

Один из них регион (Камчатка и Курильские острова) находится в районе активных вулканов, наиболее перспективный район для “прямого” использования геотермальной энергетики и строительства Геоэс. До сих пор 66 скважин термальной воды и пара были изучены в России. Половина из них находится в эксплуатации, обеспечивая около 1,5 млн Гкал тепла в год, что равно почти 300 тысяч тонн условного топлива.

Южная часть России

Дагестан на Северном Кавказе является одним из крупнейших в области развития геотермальной энергетики. Общая сумма ресурсов на глубине 0,5-5,5 км позволяет получить примерно 4 млн. м 3 /сутки горячей воды. В настоящее время более 7,5 млн. м 3 /год воды температурой 50-110 0 C используется в Дагестане. Среди них 17% в качестве горячей; 43% для централизованного теплоснабжения; 20% для теплиц и 3% для бальнеологии и производства минеральной воды. В Дагестане около 180 скважин пробурено на глубине от 200 до 5500 м. Такие города, как Кизляр, Тарумовка и Южно-Сухокумск, обладают уникальными запасами горячей воды. Например, Таруморское месторождение имеет запасы горячих вод высокой минерализации (200 г/л) с температурой до 95 0 С шесть скважин были пробурены на глубину около 5500 м, самых глубоких скважин в России. Тесты указывают на высокую проницаемость пласта скважин между 7500 и 11000 м 3 /сутки и устьевое давление 140-150 бар.

На Кавказе и в Предкавказье термальные воды образовались за счет многослойных артезианских бассейнов в отложениях геологической эры Мезозоя и Кайнозоя.

Минерализация и температура этих вод существенно различается: на глубинах 1-2 км — от 0,5 до 65 г/кг и от 70 до 100 0 С соответственно, в то время как на Скифской платформе на глубинах 4-5 км – от 1 до 200 г/кг и от 50°С до 170°С.

В Дагестане общая сумма разведанных термальных запасов воды составляет 278 тыс. м3/сутки, а с использованием пласта воды – 400 тыс. м 3 /сутки. Тепловой потенциал здесь эквивалентен ежегодной замене 600 тыс. тонн условного топлива.

Геотермальная энергетика использует ресурсы при температуре от 40-107 0 С и минерализацию от 1,5-27 г/л находящиеся в Северном Дагестане. За последние 40 лет 12 крупных термальных вод были обнаружены и 130 скважин было пробурено и подготовлено к эксплуатации в данном регионе.

Однако в настоящее время используется только 15% потенциальных известных термальных запасов воды.

Краснодарский край также обладает значительными запасами геотермальной энергетики. Район имеет широкий опыт использования геотермальных источников энергии. Порядка 50 скважин находятся в эксплуатации, которые принимают воду в объеме до 10 млн. м 3 с температурой от 75 до 110 °C. Широкие области использования энергии в Краснодарском крае позволят обеспечить к 2020 году до 10% спроса всего тепла и до 3% всех энергетических потребностей региона. В совокупности тепловая мощность месторождений, находящихся в эксплуатации составляет 238 МВт.

Центральная часть России и Сибирь

Экономическая целесообразность использования геотермальных ресурсов для выработки тепла и производства электроэнергии становится более очевидной если ресурсы в основном доступны с температурой от 30 до 80 0 С (иногда даже до 100 0 С) на глубинах 1-2 км. Такие ресурсы находятся в центральной части средне-русского бассейна (Московская синеклиза (разрез)), которые включает в себя 8 районов: Вологодский, Ивановский, Костромской, Московский, Нижегородский,

Новгородский, Тверской и Ярославский. Есть также перспективные возможности для эффективного использования термальных вод в Ленинградской области и особенно в Калининградской области. Эффективность их использования может быть обеспечена за счет применения тепловых насосов и бинарных циркуляционных систем. Широкое использование геотермальной энергетики возможно в центре Европейской части России.

Сибирь также обладает запасами тепла из недр, которые могут использоваться для теплоснабжения и сельского хозяйства. Термальные воды платформы Западной Сибири имеют большой артезианский бассейн на площади почти 3 млн. км 2 . На глубинах до 3 км имеются тепловые ресурсы воды с температурой от 35 до 75 0 С и минерализацией от 1 до 25 г/кг и оцениваются в 180 м 3 /сек.

Высокая минерализация этих термальных вод требует их обратной закачки после использования теплового потенциала для предотвращения загрязнения среды.

Использование даже 5% своих резервов позволит производить 834 млн Гкал/год, что позволит сэкономить 119 млн. т условного топлива.

На Байкале и прилегающей территории есть множество термальных источников, энергия которых может достигать многих тысяч кубических метров в сутки с температурой от 30 до 80 0 С и выше. Обычно минерализация таких вод не превышает 0,6 г/л.

Если рассмотреть химический состав термальных вод, в основном, они имеют щелочную реакцию, сульфат или гидрокарбонат натрия. Большая часть этих ресурсов находится в Тункинской и Баргузинской полости и вдоль побережья озера Байкал.

Камчатка и Курильские острова

Курильские острова, в основном, питаются дизель-генераторами электроэнергии и отапливаются котельными работающими на привозном угле. В то же время Курильские острова богаты геотермальной энергетикой. Ожидается, что их мощность будет достигать 300 МВт. Геотермальная энергетика необходимой мощности может быть реализована в непосредственной близости от каждого крупного населенного пункта, действующих или планируемых объектов Курильских островов — на Кунашире, Итурупе, островах Парамушир и др.

Были изучены несколько источников геотермальной энергетики на упомянутых островах. Например, на острове Кунашир по данным геологоразведочных работ ожидается, что запасы геотермальных резервуаров оцениваются в 52 МВт. Ожидаемые запасы самого Северного острова Курильской гряды — Парамушир, рассчитанные с помощью различных методов, могут поддерживать работу геотермальных электростанций мощностью 15 — 100 мВт.

Прямое использование геотермальных ресурсов в основном развито в Курило-Камчатской области, Дагестане и Краснодарском крае, и в первую очередь для теплоснабжения и отопления теплиц. Развитие геотермальных ресурсов является достаточно перспективным в таких регионах, как Западная Сибирь, Байкал, Чукотка, Приморье, Сахалин.

Экономическая целесообразность использования геотермальных ресурсов при воде с температурой между 30 и 80/даже 100ºС на глубинах 1-2 км.

Природные ресурсы России

Россия, в отличие от многих других стран, обладает уникальными природными ресурсами.

Запасы ископаемого топлива огромны в России, и по сравнению с мировыми составляют: 35% газа, 33% для древесины, 12% на нефть, но в то же время обладают огромным количеством горячей воды из земли — тепла из недр.

Потенциальная энергия в 8-12 раз превышает энергетический потенциал углеводородного топлива, который может кардинально изменить энергетический баланс.

Резюмируя ситуацию с использованием геотермальной энергии в России в первую очередь надо еще раз отметить, что на Камчатке три геотермальные электростанции успешно работают: 12 МВт и 50 МВт (Верхне-Мутновская и Мутновская) и 11 МВт на Паужетской области. На Курильских островах (Кунашир и Итуруп) есть две небольшие Геотэс мощностью 3,6 МВт, которые также успешно работают.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

на тему: «Геотермальные ресурсы»

1. Понятие и классификация геотермальных ресурсов

2. Этапы и стадии геологического изучения недр

3. Принципы и методы изучения и оценки геотермальных ресурсов

4. Геотермальная станция в Беларуси

Заключение

Список используемой литературы

недра геотермия ресурс станция

1. Понятие и класс ификация геотермальных ресурсов

Геотермальная энергетика -- производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли.

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).

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 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.

При сопоставлении с традиционными источниками энергии очевидны следующие преимущества геотермальных ресурсов: неисчерпаемость, повсеместность распространения, близость к потребителю, локальность обеспечения потребителя теплотой и электроэнергией, принадлежность к местным ресурсам, полная автоматизация, безопасность и практическая безлюдность добычи геотермальной энергии, экономическая конкурентоспособность, возможность строительства маломощных установок, экологическая чистота.

Однако специфика геотермальных ресурсов включает и ряд недостатков: низкий температурный потенциал теплоносителя, нетранспортабельность, трудности складирования, рассредоточенность источников, ограниченность промышленного опыта.

В настоящее время принято выделять 2 основных класса геотермальных ресурсов - гидро - и петрогеотермальные. Первые представляют собой ту часть ресурсов геотермальной энергии, которая приурочена к естественным коллекторам и представлена природными теплоносителями: подземными водами, паром или пароводяными смесями. Они промышленно эксплуатируются циркуляционными системами (Франция, США, Германия, Дания, Украина, Польша, Швейцария, Россия и др.). Петрогеотермальные - ту часть тепловой энергии недр, которая связана непосредственно со скелетом водовмещающих пород или с практически непроницаемыми горными породами. Технология извлечения петрогеотермальных ресурсов (глубина бурения до 10 км) находится на экспериментальном уровне. Созданы только единичные опытные циркуляционные системы с искусственными коллекторами в США, Англии, Японии, России (Тырныауз), Германии, Франции.

Под эксплуатационными запасами (ресурсами) гидрогеотермальной энергии в целом понимаются количества тепла и воды, которые могут быть получены из оцениваемого водоносного горизонта (комплекса) рациональными в технико-экономическом и экологическом отношениях водозаборными сооружениями при заданном режиме их эксплуатации и соответствующем качестве теплоносителя (температура, химический и газовый состав) в течение всего расчетного срока эксплуатации. Эксплуатационные запасы тепла выражаются либо в единицах мощности, либо в тоннах топлива (условного) в год, эксплуатационные запасы термальных вод имеют размерность объемного расходного расхода для воды (л/с, м3/сут) или весового расхода для пара и пароводяных смесей (кг/с, т/сут).

Наиболее полная классификация ресурсов и запасов геотермальной энергии разработана Э. И. Богуславским.

За нижний предел температуры термальных вод целесообразно принять 20є С с учетом возможного применения тепловых насосов и наличия во многих отраслях народного хозяйства потребности в субтермальных теплоносителях с температурами 20-40є С.

Воды низкопотенциальные (с температурой 20-100є С), в составе которых целесообразно выделение подкласса вод с температурами 20-40є С. Эти воды могут потребляться для теплотехнических нужд в основном с применением тепловых насосов. Также их можно эффективно использовать для оттаивания мерзлых пород и промывки россыпей, интенсификации рыболовства, обогрева открытого грунта, закачки в нефтеносные пласты, технологических процессов, требующих низкопотенциальных теплоносителей. Основное назначение - теплоснабжение, промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов.

Среднепотенциальные (100-150є С) воды могут эффективно использоваться как для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов, так и для выработки электроэнергии с применением промежуточных рабочих тел.

Высокопотенциальные (более 150є С) воды могут эффективно применяться для выработки электроэнергии по прямому циклу. В составе таких вод целесообразно выделять перегретые воды (150-250є С), высокоперегретые (250-350є С) и предельно перегретые (более 350є С).

Качество термальных вод, предназначенных для лечебного использования (по температуре, минерализации, ионному и газовому составу, газонасыщенности, содержанию в водах фармакологических активных микроэлементов, радиоактивности, рН) должно оцениваться в соответствии со специальными требованиями к изучению и классификациями минеральных лечебных вод.

2. Этапы и стадии изучения геотермальных ресурсов недр

Источниками геотермальных ресурсов недр являются:

Подземные геотермальные воды;

Тепло горного массива недр.

Геотермальные ресурсы недр могут быть использованы для:

Получения электроэнергии;

Горячего водоснабжения;

Теплоснабжения жилых и производственных помещений;

Лечебных, оздоровительных и иных целей, обусловленных ценностью, полезностью и иными характеристиками геотермальных ресурсов недр.

1) Региональное геологическое изучение недр проводится по следующим стадиям:

Мелкомасштабные геологосъемочные работы;

Среднемасштабные геологосъемочные работы;

Крупномасштабные геологосъемочные работы.

2) Поиск геотермальных ресурсов недр и оценка месторождения проводятся в целях выявления и предварительной оценки месторождения, пригодного для разработки. Поиск геотермальных ресурсов недр и оценка месторождения проводятся по следующим стадиям: - поисковые работы; - оценка месторождения.

3) Разведка геотермальных ресурсов недр и подготовка месторождения для разработки проводятся в целях получения сведений о явлениях и процессах, происходящих в недрах, о геологическом строении месторождения, технологических и иных особенностях месторождения, качестве и количестве находящихся в нем геотермальных ресурсов недр, об условиях разработки месторождения, позволяющих осуществить геолого-экономическую оценку этого месторождения. Разведка геотермальных ресурсов недр и подготовка месторождения для разработки проводятся по следующим стадиям:

Предварительная разведка геотермальных ресурсов недр, проводимая в целях получения достоверных данных для предварительной оценки качества и количества выявленных запасов геотермальных ресурсов недр, получения экономически обоснованной промышленной оценки месторождения, обоснования целесообразности финансирования дальнейших геологоразведочных работ;

Детальная разведка геотермальных ресурсов недр, проводимая в целях подготовки месторождения для разработки. По результатам детальной разведки геотермальных ресурсов недр разрабатываются постоянные разведочные кондиции геотермальных ресурсов недр, по которым проводится подсчет запасов геотермальных ресурсов недр;

Доразведка геотермальных ресурсов недр, проводимая на детально разведанном, но не переданном в разработку месторождении в случае недостаточной изученности этого месторождения, а также на разрабатываемом месторождении при необходимости дополнительного его изучения в связи с пересмотром объемов и технологии добычи, первичной обработки (очистки, обогащения) использования геотермальных ресурсов недр;

Эксплуатационная разведка геотермальных ресурсов недр, проводимая в процессе разработки месторождения для уточнения количества и качества запасов геотермальных ресурсов недр, получения иной геологической информации, необходимой для составления ежегодных планов развития горных работ.

3. Принципы и методы изучения и оценки геотермальных ресурсов

Важным в цикле задач широко вовлечения гидрогеотермальных ресурсов в топливно-энергетическом балансе страны является повышение эффективности поисково-разведочных работ, что, в свою очередь, возможно при условии постоянного совершенствования принципов и методологических основ их планирования и проведения. Методика планирования поисково-разведочных работ на термальные воды, равно как и на другие виды полезных ископаемых, должна исходить из основополагающего принципа эколого-экономической целесообразности. Эффективная его реализация возможна при соблюдении ведущих общих принципов изучения месторождений: полноты исследования, последовательного приближения, равной достоверности, минимизации общественно необходимых трудовых, материальных и временных затрат.

Одним из важнейших является требование стадийности поисково-разведочных работ, позволяющее при минимуме общественно необходимых затрат производить поэтапную геолого-экономическую оценку месторождений и участков.

Конечной задачей всего цикла исследований является обнаружение, геолого-экономическая и экологическая оценка месторождений естественных теплоносителей, т.е. установление величины их эксплуатационных запасов и теплоэнергетического потенциала, а также оценка условий и укрупненных технико-экономических показателей разработки продуктивных водоносных горизонтов, комплексов или трещинных зон.

При изучении геотермальных ресурсов используется достаточно широкий комплекс методов, который определяется в каждом конкретном случае сложностью и особенностями изучаемого объекта и степенью его изученности в предшествующий период.

В общем случае основными видами полевых работ являются: геолого-гидрологическая съемка, специальные съемки (геотермическая, газогидрохимическая и др.), рекогносцировачное обследование участка разведки, бурение и термогидродинамические исследования скважин, геофизические и гидрологические работы, стационарные наблюдения за естественным и нарушенным режимами термальных и холодных вод, обследование ранее пробуренных глубоких скважин и действующих водозаборных сооружений, отбор проб воды и кернового материала, специальные виды исследований (геофизические, гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические и др.).

Геолого-гидрогеологическая съемка в зависимости от размеров и сложности изучаемых объектов выполняется в масштабах 1:50 000 - 1:10 000 (в ряде случаев 1:5000), главным образом, при поисках месторождений трещинно-жильного типа. Цель съемки - изучение геологического строения, геотермических и гидрогеологических условий месторождения и прилегающих к нему участков, оконтурирование наиболее продуктивных участков. Особое внимание следует уделять изучению условий разгрузки термальных и холодных вод, парогазовых струй, прогретых площадок и зон измененных пород, а также выделению зон тектонических нарушений.

Специальные съемки проводятся, как правило, в комплексе с геолого-гидрогеологической съемкой, либо как самостоятельный вид работ на стадии поисков (обычно, когда геолого-гидрогеологическая съемка проведена ранее). Задачи этих съемок - картирование отдельных (или комплекса) параметров, являющихся прямыми или косвенными поисковыми показателями (критериями): температуры, компонентов химического и изотопного состава газов, подземных и поверхностных вод. эти исследования реализуются путем проведения термометрических (шпуровых или в неглубоких скважинах), аэрокосмических (ИК-съемка) и газогидрохимических съемок (апробирование всех паро -, газо - и водопроявлений, отбор проб подпочвенного газа и др.).

Рекогносцировочное обследование участков разведки выполняется, главным образом, в начале разведочных работ (застроенность, залесенность, проходимость, наличие коммуникаций, энергообеспеченность и т.д.).

Буровые работы включают в себя бурение поисковых, разведочных, разведочно-эксплуатационных, наблюдательных и (при необходимости) нагнетательных скважин. Основным видом исследований с целью получения информации, необходимой для оценки эксплуатационных запасов теплоносителя, являются специальные опытно-фильтрационные работы. Методика проведения этих работ определяется их целевым назначением, стадийностью исследований, сложностью гидрогеологической и гидрогеотермической обстановок. Опытно-фильтрационные работы по способу их проведения подразделяются на выпуски, осуществляемые за счет использования упругой энергии пласта (трещинной зоны), термолифта (парлифта), газлифта, откачки, выполняемые с применением специального водоподъемного оборудования, и нагнетания.

В зависимости от целевого назначения выпуски (откачки) подразделяются на пробные, опытные и опытно-эксплуатационные.

Пробные выпуски (откачки) производятся на стадии поисковых работ; в отдельных случаях - на стадиях предварительной и детальной разведки. На поисковой стадии задачей пробных выпусков (откачек) является получение предварительной информации о фильтрационных и емкостных свойствах пород, их водообильности, качестве и температуре термальных вод, пароводяных смесей и пара.

Опытные выпуски (откачки) проводят на стадиях предварительной и детальной разведки и подразделяют на одиночные, кустовые и групповые. Задачами их являются: определение расчетных гидрогеологических параметров продуктивных горизонтов и фильтрационных особенностей трещинных зон, выявление закономерностей их изменения в плане и разрезе; установление зависимости между расходом скважин и понижением уровня воды; определение величин срезок уровней при оценке запасов гидравлическим методом и др.

Опытно-эксплуатационные выпуски (откачки) проводятся на месторождениях трещинно-жильного типа с целью получения исходной информации для оценки эксплуатационных запасов термальных вод гидравлическим методом. Основная задача сводится к выявлению зависимости снижения уровня во времени при заданном проектном расходе. Они проводятся до получения устойчивых закономерностей изменения уровней и (или) качества воды в наблюдательных скважинах во времени, позволяющих осуществить прогноз сработки их на конец расчетного срока эксплуатации месторождения (участка).

Перед проведением пробных, опытных и опытно-эксплуатационных выпусков (откачек) обязательно замеряют положения уровней подземных вод в естественной обстановке (или пластовые и избыточные давления), температуру воды в устье скважины и в пластовых условиях и отбирают пробы воды на общий анализ.

Гидрологические исследования проводятся при поисках и разведке месторождений термальных вод трещинно-жильного типа, находящихся в той или иной степени в связи с поверхностными водами. В процессе исследований должны быть получены данные о режиме стока, уровенном, температурном и химическом режиме рек, холодных источников на площади месторождения и на примыкающих участках выше и ниже по течению водной артерии.

Стационарные наблюдения за естественным режимом термальных вод ведутся как на скважинах, так и на источниках термальной воды. Они включают наблюдения за режимом расходов источников, парогазовых струй, химического (в том числе газового) состава и температуры. Задачи:

Уточнение условий взаимосвязи подземных термальных и поверхностных холодных вод;

Определение сезонных и многолетних изменений родникового стока термальных вод;

Изучение характера изменения минерализации, химического и газового состава, температуры термальных вод в годовом и многолетнем разрезах;

Определение параметров взаимосвязи термальных вод отдельных трещинных зон.

Наблюдения за нарушенным режимом термальных вод в районах действующих водозаборных сооружений должны включать в себя наблюдения за уровнями воды в эксплуатационных и специально оборудованных наблюдательных скважинах, за химическим и газовым составом термальных вод, за температурой вод а излив и по стволу скважин, дебитом водозаборных скважин.

Специальные методы исследований (гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические) предназначены для выяснения условий формирования эксплуатационных запасов термальных вод, выявления и локализации областей питания и разгрузки, изучения условий взаимодействия между водоносными горизонтами через разделяющие слабопроницаемые слои и взаимодействием между трещинными зонами, а также для изучения процессов продвижения закачиваемых вод в пласты, его охлаждения и др. Сюда же относятся и геоботанические исследования, которые проводятся на поисковой стадии на месторождениях трещинно-жильного типа. Они заключаются в изучении растительных сообществ, которые используются для выявления и оконтурирования площадей прогрева и скрытых термопроявлений.

Геофизические методы. При изучении месторождений термальных вод применяются практически все виды геофизических методов: скважинные, наземные, аэрографические и др. С их помощью уточняется геологическое строение изучаемой территории (особенно глубинное), осуществляются гидрогеологическая стратификация и корреляция разрезов, изучаются гидрогеодинамические, гидрогеохимические и гидрогеотермические характеристики исследуемых толщ.

Наземные, аквальные (морские) и аэрографические методы обеспечивают практически сплошное изучение территории. Они включают электро-, сейсмо-, грави- магниторазведку, радио- и термометрию, наиболее часто выполняются в наземном варианте, но могут производится на дне водоемов или с водной поверхности: эти же методы, за исключением сейсморазведки, реализуются с помощью летательных аппаратов. Как и геофизические исследования скважин (ГИС), наземные и аэрографические работы осуществляются путем постановки специальных полевых наблюдений, либо на основе повторной интерпретации имеющихся разноцелевых материалов.

Ландшафтно-индикационные методы по отношению к объекту исследований подразделяют на наземные и дистанционные.

Наземные методы используют при геотермических исследованиях весьма ограниченно, лишь для геологической привязки и расшифровки аномалий, выявленных дистанционными методами. При этом решаются задачи общего геолого-гидрогеологического плана и специального геотермического направления.

При поисках термальных вод и других видах геологических работ широко используются дистанционные (аэрокосмические) методы. С их помощью производят съемку земной поверхности, регистрируя световые, инфракрасные и дециметровые электромагнитные поля, т.е. имеющие длину от 0,3 мкм до 1,0 м. современные дистанционные методы представляют собой по существу комплекс методов электроразведки, термометрии, ландшафтоведения, использующих как перечисленные методы, так и визуальные наблюдения.

При дистанционном изучении поверхности Земли используют как воздушные аппараты (самолеты, вертолеты), так и космические (пилотируемые космические корабли, искусственные спутники Земли, орбитальные научные станции). Высота аэронаблюдений варьирует от нескольких десятков метров до нескольких километров, а космических - от 300 до 3000 км.

Особенно важное значение при прогнозировании, поисках и разведке термальных вод имеют аэрокосмофотосъемка (АФС и КФС) и ИК-съемка.

Аэрокосмофотосъемка является в настоящее время основным видом дистанционных наблюдений. При съемках с космических аппаратов охватывается огромная площадь, измеряемая сотнями тысяч квадратных километров, в то время как с самолетов - лишь десятками квадратных километров. В целом АФС и КФС позволяют решить серию геологических и гидрогеологических задач, однако для гидрогеотермических исследований этой информации не всегда достаточно.

Инфракрасная съемка основана на способности природных тел испускать ИК-лучи. Интенсивность их определяется температурой и излучательной способностью этих тел. ИК-съемка является наиболее важным дистанционным методом при геотермических исследованиях, особенно при изучении вулканизма гидротермальной деятельности, проявляющейся в приповерхностной части разреза. В условиях дымки и туманов ИК-съемка имеет существенное преимущество перед АФС и КФС и позволяет получить изображение хорошего качества. С помощью ИК-съемки можно решить серию гидрогеологических задач: оценить влажность грунтов, определить уровень грунтовых вод, выявить зоны разгрузки подземных вод в пределах акваторий, проследить обводнены тектонические нарушения, оконтурить таликовые зоны, обнаружить разогретые участки земной поверхности, выявить выходы термальных вод.

4 . Г еотермальная станция в Беларуси

В республике обнаружены две территории в Гомельской и Брестской областях с запасами геотермальных вод плотностью более 2 т усл. т./мІ и температурой 50°С на глубине 1,4-1,8 км и 90-100°С на глубине 3,8-4,2 км. Но температурные условия недр территории республики изучены недостаточно. Большая глубина залегания термальных вод, сравнительно низкая их температура, высокая минерализация и низкий дебет скважин (100-1150 куб.м/сутки) не позволяют в настоящее время рассматривать термальные воды республики в качестве заслуживающего внимания источника энергии.

На брестском предприятии в феврале 2010 г. запущена первая в Беларуси геотермальная станция.

Дан старт работе первой в стране геотермальной станции. Пилотный проект осуществлен тепличным комбинатом "Берестье". По сути это новое слово в использовании альтернативных источников энергии.

На территории комбината пробурили скважину глубиной 1520 метров, где температура воды превышает 40 градусов. Правда, объем источника оказался небольшой. В процессе дальнейшей работы было установлено, что на глубине 1000-1100 метров имеются очень мощные пласты достаточно теплой, около 30 градусов, воды, пригодной для промышленного использования. Она несоленая, высокого качества. Следующим этапом стала покупка тепловых насосов и другого специального оборудования.

Геотермальная станция - это электронно-механическая система, которая позволяет, условно говоря, из 1000 литров воды при температуре 30 градусов получить, например, 300 литров воды с температурой 65 градусов и 700 литров - с температурой 4 градуса. Горячая вода идет для обогрева теплиц. А холодная, согласно проекту, будет очищаться и поставляться в питьевую сеть города в пределах полутора тысяч тонн в сутки. Ее будут бутилировать и продавать.

Система пока обеспечивает 1,5 гектара теплиц и завязана в общий цикл с котельным хозяйством. Природное тепло распределяется на часть площадей, занятых цветами, салатной линией, огурцами и томатами. Сделано так, что, если температура воздуха резко снизится, сразу подключится центральная котельная. По расчетам, в год заменится 1 миллион кубических метров газа, а это экономия более 200 тысяч долларов. Для примера, сэкономленным топливом можно обогреть более полутора сотен двухэтажных коттеджей. Мощность станции - одна гигакалория в час. Станция дает тепла больше, чем рассчитано по проекту.

Вся система управления работает в автоматическом режиме, и все нужные параметры выводятся на монитор в центральную котельную.

Основная сложность была и еще остается в том, что практически нет специалистов по проектированию и наладке таких систем.

Бурение скважины производила Белгеология с целью поиска нефти, газа и других полезных ископаемых. Работы финансировало Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды РБ. Два мощных тепловых насоса стоят около 100 тысяч евро. Помогал облисполком, использовали собственные средства. По большому счету, проект обошелся недорого. К тому же он должен окупиться за 5 лет.

Если вода откачивается из глубины, то там ни в коем случае не создается вакуум. Пласты песка, насыщенные водой, постоянно возобновляются. А обогрев идет за счет температуры земли.

Заключение

Геотермальные ресурсы - количество теплоты, содержащееся в литосфере или ее участках, до глубины, технически достижимой средствами бурения на прогнозируемый период.

Основными этапами изучения геотермальных ресурсов недр являются:

Региональное геологическое изучение недр;

Поиск геотермальных ресурсов недр и оценка месторождения;

Разведка геотермальных ресурсов недр (включая пробную эксплуатацию месторождений углеводородов или отдельных буровых скважин), подготовка месторождения для разработки.

Основными видами полевых работ являются: геолого-гидрологическая съемка, специальные съемки (геотермическая, газогидрохимическая и др.), рекогносцировачное обследование участка разведки, бурение и термогидродинамические исследования скважин, геофизические и гидрологические работы, стационарные наблюдения за естественным и нарушенным режимами термальных и холодных вод, обследование ранее пробуренных глубоких скважин и действующих водозаборных сооружений, отбор проб воды и кернового материала, специальные виды исследований (геофизические, гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические и др.).

Температурные условия недр территории Республики Беларусь изучены недостаточно. Большая глубина залегания термальных вод, сравнительно низкая их температура, высокая минерализация и низкий дебет скважин (100-1150 куб.м/сутки) не позволяют в настоящее время рассматривать термальные воды республики в качестве заслуживающего внимания источника энергии.

Список используемой литературы

1. А.А.Шпак, И.М. Мелькановицкий, А.И. Сережников «Методы изучения и оценки геотермальных ресурсов». М.: Недра, 1992. - 316 с.

3. www.baltfriends.ru

4. www.news.tut.by

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие и структура геотермальных ресурсов как запасов глубинного тепла Земли, эксплуатация которых экономически целесообразна современными техническими средствами. Их источники и разновидности. Принципы и этапы утилизации "сухого" глубинного тепла.

презентация , добавлен 30.09.2014


Разработка и оценка эффективности мероприятий по усовершенствованию технологии производства йода (брома) из геотермальных и попутных промышленных вод нефтегазовых месторождений. Направления и значение упрощения механизма извлечения йода и брома.

статья , добавлен 30.11.2015


Стадийность геологоразведочных работ, определяемая степенью изученности объектов, которая оценивается категориями запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Сравнительный анализ геологического изучения недр Казахстана и мировой практики.

реферат , добавлен 01.11.2016


Распределение активных вулканов, геотермальных систем, районов землетрясений и известных векторов миграции плит. Вулканические породы и малоглубинные интрузии. Донные магнитные реверсные структуры. Химия первичных пород, диагностика главных разломов.

реферат , добавлен 06.08.2009


Разведка золотых месторождений. Максимальные изменения температуры и давлений. Флуктуации давлений и гидравлическое дробление, кипение и изменения гидрогеологических условий системы. Концентрации металлов в осадках из геотермальных скважин и источников.

реферат , добавлен 04.08.2009


Изучение угленосности осадочного чехла Беларуси. Анализ строения и состава палеоген-неогеновой угленосной формации. Характеристика разведанных месторождений неогенового возраста. Рассмотрение ресурсов и дальнейших перспектив использования бурых углей.

курсовая работа , добавлен 28.04.2014


Геотермальная энергетика: современное состояние и перспективы развития. Гидрогеотермические исследования; основные месторождения термальных и минеральных вод. Прогнозная оценка ресурсов Республики Дагестан, методы газонефтяных поисков и разведки.

курсовая работа , добавлен 15.01.2011


Общее представление о ресурсах и запасах нефти и газа. Экономические критерии в новой классификации запасов и прогнозных ресурсов. Пример переоценки запасов месторождений участков нераспределенного фонда недр Сибирской платформы по новой классификации.

реферат , добавлен 19.04.2011


Сферическое строение планеты по Э. Вихерту и Э. Зюссу. Современные программы изучения недр с помощью бурения сверхглубоких скважин и сейсмических волн. Особенности земной коры, литосферы, астеносферы, мантии и земного ядра, гравитационная дифференциация.

реферат , добавлен 20.05.2010


Методика изучения склонов и склоновых отложений. Схема описания оползней. Методика изучения флювиального рельефа и аллювиальных отложений. Овражный и балочный аллювий. Изучение надпойменных террас. методика изучения карстового рельефа местности.

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.

1. Прямой (использование сухого пара). Пар напрямую воздействует на турбину, питающую генератор.
2. Непрямой (применение водяного пара). Здесь используется гидротермальный раствор, который закачивается в испаритель. Полученное при снижении давления испарение приводит турбину в действие.
3. 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.

1. 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.
2. 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.

В настоящее время принято выделять два основных класса геотермальных ресурсов - гидро- и петрогеотермальные. Первые представляют собой ту часть ресурсов геотермальной энергии, которая приурочена к естественным коллекторам и представлена природными теплоносителями: подземными водами, паром или пароводяными смесями; вторые - ту часть тепловой энергии недр, которая связана непосредственно со скелетом водовмещающих пород или с практически непроницаемыми горными породами. Освоение и практическое использование петрогеотермальных ресурсов массивов непроницаемых горных пород сопряжёно с необходимостью решения ряда сложных научно-технических проблем создания эффективных в гидродинамическом и теплофизическом отношениях подземных искусственных циркуляционных систем (тепловых котлов). Такие системы теоретически обоснованы и выполнены опытно-экспериментальные работы и исследования. Однако пока еще рано говорить о наличии промышленных технологий извлечения поистине колоссальных запасов тепла земных недр, приуроченных к непроницаемым массивам в различных геологических условиях.

Поэтому на современном этапе развития техники и технологии масштабы практического использования геотермальных ресурсов определяются в основном размерами запасов и ресурсов природные теплоносителей, т. е. величиной гидрогеотермальных ресурсов.

Под ресурсами обычно понимается количество полезного ископаемого как выявленное и доступное в настоящее время для промышленно-хозяйственного использования, так и то, которое по прогнозам может быть обнаружено и будет пригодно для рентабельной эксплуатации в обозримом будущем. Лучше изученное и относительно более достоверно установленное количество полезного ископаемого принято относить к запасам. Следует также подчеркнуть, что общепринятой классификации ресурсов и запасов геотермальной энергии в настоящее время не существует. Так, одна из распространенных классификаций в США дефинирует такие понятия как геотермальная ресурсная база и геотермальные ресурсы. Первое из них (по Л.Дж. П. Маффлеру, Д.Е. Уайту и Д.Л. Уильямсу) - это, по сути, теплосодержание земной коры до глубины 10 км, определенное для нижнего температурного предела, равного 15 °С.В этом понятии не находят отражения вопросы техники, технологии и экономики добычи. Геотермальные ресурсы, по мнению перечисленных выше авторов, представляют собой часть геотермальной ресурсной базы технически доступной для добычи, но не зависящей от требующихся для этого затрат. Для расчета ресурсов принимают обычно глубины от 3 до 10 км.

Геолого-экономические критерии начинают учитываться при более дробной классификации геотермальных ресурсов. Так, по мнению М. Натенсона и Л.Дж.П. Маффлера, выделяются следующие виды ресурсов:

• - субграничные - ресурсы, стоимость эксплуатации которых вдвое и более превышает стоимость эксплуатации конкурирующих видов энерго ресурсов;
• - приграничные - ресурсы, стоимость эксплуатации которых превышает указанный выше показатель не более чем вдвое;
• - запасы - установленные ресурсы, которые могут эксплуатироваться при современных экономических условиях, будучи конкурентоспособными по сравнению с традиционными видами энергоресурсов.

По определению, принятому па X Мировой энергетической конференции (Стамбул, 1977 г.) запасы - это часть геотермальных ресурсов, которые могут быть с экономической выгодой и с соблюдением правовых норм добыты в настоящее время или в недалеком будущем.

Имеющийся опыт теплотехнического и энергетического использования термальных вод позволяет классифицировать их запасы по показателям качества следующим образом.

За нижний предел температуры термальных вод целесообразно принять 20 °С с учетом возможного применения тепловых насосов и наличия во многих отраслях народного хозяйства потребности в субтермальных (низко-, слаботермальных, теплых - по классификациям различных авторов) теплоносителях с температурами 20-40° С.

Воды низкопотенциальные (с температурой 20-100° С), в составе которых целесообразно выделение подкласса вод с температурами 20-40° С. Эти воды могут потребляться для теплотехнических нужд в основном с применением тепловых насосов. Кроме того, их можно эффективно использовать для оттаивания мерзлых пород и промывки россыпей, интенсификации рыбоводства, обогрева открытого грунта, закачки в нефтеносные пласты, технологических процессов, требующих низкопотенциальных теплоносителей. Основное назначение низкопотенциальных вод - теплоснабжение промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов.

Эффективность теплотехнического использования этих вод может быть существенно повышена при оборудовании объектов-теплопотребителей специальными системами отопления и вентиляции, оптимизированными для условий низко- и среднепотенциальных теплоносителей, включая комбинирование этих систем с тепловыми насосами.

Среднепотенциальные (100-150° С) воды могут эффективно использоваться как для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов, так и для выработки электроэнергии с применением промежуточных рабочих тел.

Высокопотенциальные (более 150 °С) воды могут эффективно применяться для выработки электроэнергии по прямому циклу. Это наиболее ценная часть геотермальных ресурсов, при этом ее нижняя температурная граница многими авторами определяется в 130 °С. С учетом возможных сфер практического использования высокопотенциальных вод, сложности бурения поисковых и разведочных скважин, специфики протекания тепло- и массообменных процессов в водонасыщенных породах, стволах скважин, фазового состояния добываемого теплоносителя в составе таких вод целесообразно выделять перегретые воды (150-250 °С), высокоперегретые (250-350 °С) и предельно перегретые (более 350 °С).

Из-за сложности практического использования природных теплоносителей (коррозия промыслового и технологического оборудования, возможные солеотложения, безопасный для окружающей среды сброс отработанных вод и др.) при оценке их запасов и картировании целесообразно выделить следующие классы термальных вод по минерализации (в г/л): менее 1; 1-3(5), 3(5)-10, 10-25, 25-50, 50-100, 100-200, более 200.

Качество термальных вод, предназначенных для лечебного использования (по температуре, минерализации, ионному и газовому составу, газонасыщенности, содержанию в водах фармакологически активных микроэлементов, радиоактивности, рН) должно оцениваться в соответствии со специальными требованиями к изучению и классификациями минеральных лечебных вод.

Оценка возможности извлечения из термальных вод полезных компонентов или их соединений сопряжена не только с их легальным геохимическим изучением по специальным программам, но и с проведением комплекса технологических исследований.

Уже прочитали: 3 179

Геотермальная энергетика - откуда берется энергия?

Основные источники энергии, используемые сегодня, полностью обеспечивают все текущие потребности населения. Однако, согласно расчетам ученых, уже через 20 лет человечество начнет ощущать нехватку энергии. Это произойдет из-за постоянно возрастающих потребностей населения и, в особенности, промышленных предприятий. К тому времени заметно истощатся такие источники, как угольные нефтяные и газовые месторождения, а гидроэнергетические сооружения уже сегодня значительно изношены и нуждаются в поддержке со стороны.

Ученые видят выход в использовании альтернативных ( и ) или возобновляемых видов энергии (ВИЭ), одной из разновидностей которых является геотермальная энергетика.

Согласно результатов исследований, температура земного ядра составляет около 6000°С . По мере приближения к земной коре она понемногу снижается. Скорость охлаждения земного ядра составляет около 400°С за миллиард лет, что позволяет не беспокоиться о том, что источник иссякнет. Причиной такого нагрева считается постоянная реакция радиоактивного распада элементов, составляющих значительную часть земного ядра урана, тория, радиоактивного калия.

Использование этого тепла человеком пока значительно ограничено, поскольку технологические возможности низки и не позволяют получать энергию в любой географической точке. На сегодня используются только термоаномальные зоны, где имеются точки выхода на поверхность горячих пород или водных источников.

Различают следующие типы источников тепловой энергии:

• поверхностные, находящиеся на глубинах нескольких десятков метров
• подземные гидротермальные резервуары
• парогидротермальные участки
• петротермальные системы, обладающие «сухим» теплом горных пород
• магматические участки, где к поверхности подходят расплавленные горные массивы

Основными типами геотермальных источников являются участки с теплоносителями (вода или пар) и с сухими нагретыми горными породами. Рассмотрим их внимательнее.

Петротермальная энергетика

Петротермальная энергетика основана на получении энергии с помощью подземного тепла, полученного от горячих горных пород. Технологически это направление еще не отработано, поскольку для получения энергии требуется иметь доступ к нагретым горным породам, а они даже в регионах с повышенным температурным градиентом залегают на глубине около 2 км от поверхности. Поэтому на сегодня используются только близкие к поверхности, по сути - аномальные участки земной коры с выходом на поверхность горячих массивов.

При появлении технологической возможности бурить на глубины 8-10 км, сооружать геотермальные электростанции (ГеоТЭС) будет можно в любой точке, где это необходимо.

Получение электроэнергии планируется путем закачки в подземные полости воды, превращающейся в перегретый пар. Он выводится под давлением на поверхность, где подключается к турбинным установкам, производящим электроэнергию. Сложность заключается в необходимости большой площади контакта, чтобы получать достаточные мощности. Предполагается использование подземных разломов, систем трещин и прочих полостей с высокими температурами.

Гидротермальная энергетика

Это направление активно используется уже сегодня . Страны, имеющие на своей территории участки с богатыми горячими источниками, используют их для обогрева жилья и получения электроэнергии.

Наиболее заметными пользователями в этом направлении являются:

• Исландия
• Новая Зеландия
• Мексика
• Япония
• Италия
• Сальвадор

В зависимости от характера источников, температуры и мощности подземных процессов, устанавливаются электростанции, производится подключение городских отопительных сетей к подземным резервуарам с горячей водой, находящейся под давлением. Температура пара , пригодного для выработки электроэнергии в промышленных масштабах, должна составлять как минимум 200°С , что возможно не везде. Практически, все существующие ныне электростанции, использующие геотермальную энергию, являются особенными, работающими в отдельных уникальных условиях.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Как работает тепловой насос «грунт-вода» - плюсы и минусы, выбор оборудования

Принципы работы геотермальных электростанций

Геотермальные электростанции используют либо горячие горные породы для нагрева закачиваемой в подземные полости воды, либо естественные горячие источники , уже существующие в толще земли. Перегретый пар, образующийся в результате геотермальных процессов, выводится на поверхность земли и задействует лопатки турбин паровых электрогенераторов.

Изложенный принцип верно отражает схему, но на практике все обстоит намного сложнее. Во-первых, состав пара, выводимого из подземных емкостей, сложен и насыщен агрессивными и ядовитыми газами и соединениями. Во-вторых, количество выводимого носителя должно пополняться закачкой свежих объемов, иначе будет нарушен гидродинамический баланс, отчего функционирование источника может быть нарушено или вовсе прекратится.

В зависимости от типа источника существуют следующие типы ГеоТЭС:

• сооружения, установленные на природных источниках горячего пара или воды (парогидротермах)
• двухконтурные ГеоТЭС, использующие горячий водяной пар из источника и вторичный пар, полученный от подведенной и нагретой воды
• двухконтурные ГеоТЭС, использующие перегретую воду естественного происхождения

Конструкция каждой конкретной установки специализирована под местные условия, температуры и состав воды или пара. В большинстве случаев используются теплообменники, забирающие тепло у выведенного из подземных полостей носителя, который после этого закачивается обратно. Используются различные циклы очистки пара от ядовитых или агрессивных примесей, сернистых соединений, сероводорода и других веществ.

Достоинства ГеоТЭС

К достоинствам гидротермальных электростанций можно отнести:

• источник энергии практически неисчерпаем
• не используются углеводородные источники энергии
• сооружение ГеоТЭС не меняет природный ландшафт, не требует использования больших площадей поверхности земли
• необходимость во внешнем источнике энергии присутствует только на момент запуска оборудования. Как только станция дает первый ток, она обеспечивает свою работу самостоятельно
  никаких вложений, кроме первоначальных расходов на строительство, не имеется. Требуются лишь обслуживание и ремонт оборудования по необходимости
• существуют возможности дополнительного использования оборудования станции (например, в качестве опреснителей воды)
• экологическая чистота, отсутствие опасности заражения или загрязнения местности (этот пункт действует с определенными оговорками)

Недостатки

• привязка станции к точке выхода на поверхность горячих источников, иногда находящихся в удаленных районах
• эксплуатация ГеоТЭС способствует изменениям в ходе естественных природных процессов, в результате чего появляется опасность их прекращения
• скважины или иные точки выхода могут стать источниками выбросов вредных или агрессивных летучих соединений
• расходы на постройку станции достаточно велики, что способствует возрастанию стоимости энергии для конечного пользователя

Основная причина наличия указанных недостатков - неустойчивость естественных процессов для промышленного использования . Любое вмешательство способно нарушить хрупкое равновесие, а в гидродинамических системах опасность возрастает из-за появления возможности образования карстовых полостей. Эксплуатация ГеоТЭС требует аккуратного и бережного отношения к природным системам, возобновления объемов воды и прочих профилактических мероприятий.

Сферы применения

Геотермальная энергия на сегодняшний день не имеет преобладающего значения , но используется вполне активно. В регионах, где это возможно, создаются ГеоТЭС, станции обогрева жилья или производственных зданий и помещений. Рассмотрим наиболее популярные сферы использования геотермальной энергии:

Сельское хозяйство и садоводство

Доступ к нагретой воде или пару позволяет применять их в сельскохозяйственных или садоводческих комплексах и хозяйствах. Производится обогрев и полив растений , сельскохозяйственных культур в теплицах, оранжереях. Возможен обогрев сельскохозяйственных комплексов по содержанию и разведению животных, птицы. Возможности данного направления во многом зависят от характеристик источника, его специфических параметров и состава воды. Активное использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве наблюдается в Израиле, Мексике, Кении, Греции Гватемале.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства