Геотермальные ресурсы страны лидеры

Геотермальные ресурсы: классификация, способы добычи и извлечения

Геотермальные ресурсы – это глубинное тепло Земли, представляющее экономический интерес вследствие возможности добычи его техническими средствами. По предварительным оценкам потенциал этого вида источника тепловой энергии оценивается в 15% от всего мирового топливно-энергетического баланса. По мере развития технологий эта цифра может вырасти до 50%.

Использование геотермальной энергии – практически неисчерпаемого источника возобновляемого тепла, представляется достаточно перспективным. Плюс ко всему, данный источник тепловой энергии достаточно безопасен в экологическом отношении. Сооружение геотермальных станций не требует больших площадей и не наносит вред окружающей атмосфере в таких объёмах, как это делают другие электростанции. В качестве наиболее актуальных преимуществ эксплуатации этого вида энергии можно отметить:

• повсеместную распространённость,
• локальность,
• беспрецедентную близость к потребителю,
• полную автоматизацию и безлюдность производства,
• высокий уровень безопасности,
• возможность создания мини-установок малой мощности,
• раскрытие потенциала использования подземных площадей Земли.

Классификация

В основу классификации геотермальных ресурсов положено наличие или отсутствие в них воды.

• Петрогеотермальные ресурсы – это тепловая энергия нагретых горных пород до температуры 350 0 Cи выше. Они отличаются сухостью и для своего освоения требуют создания подземных искусственных полостей с организацией циркуляции теплоносителя.
• Гидрогеотермальные ресурсы – это энергия горячих вод, расположенных в естественных коллекторах под землёй.

Более детально классифицирует источники подземного тепла Международное энергетическое агентство, в списках которого фигурирует пять видов геотермальных ресурсов:

• Сухой геотермальный пар. Достаточно редкое природное явление, но очень удобное в разработке.
• Влажный пар, состоящий из смеси пара и горячей воды. Чаще встречающийся природный ресурс, требующий принятия специальных мер в процессе своего освоения, вследствие насыщенности энергоносителя солями и минералами.
• Геотермальная горячая вода, подчас содержащая в своём составе некоторое количество пара. Нагретые в результате вулканической деятельности атмосферные осадки, располагающиеся внутри земной коры.
• Разогретые скальные породы, глубиной залегания свыше 2 км. Один из наиболее крупных подземных энергетических ресурсов.
• Расплавленная магма, температура которой превышает 1300 0 C.

Способы добычи

Фонтанный

Самый распространённый метод извлечения геотермальных вод, при котором через пробуренную скважину на земную поверхность извергаются потоки горячей воды, рассола или пароводяной смеси. Происходит это за счёт разницы гидростатического давления и давления внутри пласта. Затем теплоноситель проходит стадию использования и транспортируется обратно или сбрасывается в природные или искусственные водоёмы.

При всех своих явных достоинствах, технология не лишена существенных недостатков. Сказывается быстрое исчерпание дебита скважины и высокий уровень минерализации добытой воды. Что несколько снижает дальнейшие перспективы этого способа добычи, так как требует разработки дополнительных дорогостоящих технологий.

Насосный

Современные геотермальные насосные системы позволяют в полной мере использовать потенциал подземного водосодержащего ресурса. Именно благодаря им становится возможным поддерживать необходимый уровень давления, который очень быстро заканчивается при эксплуатации скважины фонтанным методам.

Наиболее перспективные разработки способны выдерживать высокие температуры (до 250 0 C) и обеспечивать высокую производительность (до 10 тыс. м 3 за день), не расходуя при этом значительного количества электрической энергии. Плюс к этому разработчики научились использовать:

• термостойкие материалы,
• тандемную гидрозащиту,
• подшипники специальной конструкции,
• гладкие поверхности каналов внутренних полостей насосов,

что существенно улучшает эксплуатационные характеристики добывающего геотермальную энергию оборудования.

Циркуляционный

Циркуляционный способ добычи – это принципиальное новое решение в области геотермальной энергетики. С его помощью удаётся наиболее полно использовать энергетический потенциал подземного источника тепла. В отличие от фонтанного и насосного способов, данный метод позволяет:

• существенно интенсифицировать процесс,
• повысить степень извлечения тепловых ресурсов,
• отказаться от сброса отработанной жидкости в окружающую среду.

Производственно-технологический контур циркуляционной системы связывает между собой добычную и нагнетательную скважины; тепловой пласт, насос и потребителя. Такие системы отличаются автономностью, а их повсеместное внедрение позволит увеличить геотермальный потенциал российских ресурсов с 50,1 млн. т у. т/год (при фонтанной эксплуатации) до 114,9 млн. т у. т/год.

Извлечение геотермальной энергии

Извлечение геотермальной энергии является весьма перспективным направлением развития современной энергетики. Доказательством этого служит ряд очень убедительных аргументов:

• На 1 кВт затраченной удаётся получить 3-7 кВт энергии тепловой или 15-25 кВт мощности на выходе по охлаждению энергоносителя.
• Снижение счётов за потребляемую электроэнергию до 80% в сравнении с электроэнергией, выработанной за счёт сжигания углеводородов.
• Постепенное истощение традиционных источников топлива – газа, нефти, угля.
• Высокий уровень экологической безопасности использования данного ресурса.
• Возможность создания индивидуальных, локальных, независимых систем практически в любой точке земного шара.

Однако существует и целый ряд трудностей связанным с малым удельным тепловым потоком поверхности Земли, спецификой геологии мест извлечения и сложностью транспортировки энергоносителя к потребителям.

Но, несмотря на возникающие трудности, общемировые показатели таковы, что в 2019 году было пробурено 233 новые геотермальные скважины. А производство геотермальной энергии достигло цифры 16 ГВт. За прошедшее десятилетие инвестиции в эту отрасль составили 40 млрд. долларов.

Сфера применения

Энергетика

Использование подземного тепла в энергетических целях является традиционным основным направлением сфер применения геотермальных ресурсов, о чём свидетельствуют следующие цифры:

• Прирост мощностей геотермальных электростанций ГеоЭС в 2018 году составил 540 МВт.
• Суммарная генерация их достигла 13 329 МВт.
• В мире работают 22 петротермальныхГеоЭС, большинство из которых расположено в Европе.

Явными преимуществами этого вида энергии выступают: практическая неисчерпаемость, независимость от погодных и климатических условий, возможность прямого и косвенного использования пара и горячей воды.

Промышленность

Промышленное использование геотермальных ресурсов может иметь несколько направлений:

• Энергетическое. Предприятие потребляет тепло от котельной или электроэнергию от мини-ГеоЭС, использующей тепловую энергию Земли.
• Прямое использование горячей воды или пара для технологических нужд.
• Косвенное использование тепловой энергии подземных источников с помощью создания двухконтурных систем.

Сельское хозяйство

К 2015 году 38 стран мира активно использовали геотермальную энергию для нужд сельского хозяйства. Она применяется для стерилизации, пастеризации и сушки пищевых продуктов; осуществляет обогрев прудов и теплиц, повышает температуру воздуха, воды и почвы в агротехнических сооружениях.

Теплофикация

Применение геотермальных ресурсов для теплофикации населённых пунктов, зданий и сооружений достаточно практично и эффективно. Больших успехов в этом направлении добилась Исландия – страна, не имеющая иных энергетических ресурсов. Аналогичный опыт уже имеется в странах Тихоокеанского бассейна, на юге России.

Бальнеология

Возможно, самый древний способ использования тепла Земли для лечебных целей, известный жителям многих регионов мира, располагающих целебными горячими источниками. Но не только. В мире есть места, где из скальных пород выходит горячий пар или даже воздух, находящий применение для лечения ряда заболеваний.

Понятно, что с течением времени, это природное достояние стало поставлено на более профессиональную в техническом и медицинском отношении основу. Существует множество курортов и лечебниц, предоставляющих свои услуги в этом направлении. И количество этих учреждений, использующих подземное тепло для восстановления и укрепления здоровья, продолжает непрерывно расти.

Месторождения в России и мире

Наиболее целесообразно использование геотермальной энергии в местах тектонических разломов, вулканической активности, сейсмической подвижности. Именно там выходящие тепловые потоки достигают своего максимума.

На территории России это, прежде всего Камчатка, Курильские острова, Кавказ, менее богаты в этом отношении Ленинградская область, Крым, Западная Сибирь, Забайкалье, Сахалин. В мире богатством геотермальных ресурсов отличаются:

• Центральная Америка.
• Исландия.
• Восточная Африка.
• Юго-Восточная Азия.
• Новая Зеландия.

Страны, добывающие геотермальные ресурсы

На сегодня лидирующие позиции по добыче геотермальных ресурсов с 4 ГВт занимают США. Далее расположились: Индонезия, Филиппины, Турция, Италия. 90% рынка держат 10 ведущих стран-производителей геотермальной энергии. Активно наращивают свои позиции Великобритания, Германия, Бельгия, Венгрия, Хорватия.

Российская Федерация, имеющая в своём распоряжении значительный геотермальный потенциал, существенно отстаёт от ведущих мировых производителей. Показатели 2019 года – 74 МВт, что даже ниже 81 МВт в 2010 году, говорят о необходимости принятия мер по навёрстыванию упущенных энергетических возможностей.

Источник

Геотермальная энергия: пройденный этап или шаг в будущее

Геотермальная энергия стала новой надеждой на замедление климатических изменений каких-то 10 лет назад. Возможности, предлагаемые этим источником энергии, на тот момент казались идеальными: он был неисчерпаемым, не зависел от погодных условий и работал круглосуточно. Геотермальная энергия была обозначена как скрытый чемпион среди источников энергии будущего. Тем не менее, первые неудачи произвели отрезвляющий эффект, и риски, связанные с проведением разведки, в частности, сделали инвесторов нерешительными. Здесь подразумевается риск проведения дорогостоящего бурения на месте, но не нахождение достаточного количества термальной воды или требуемых температур недр для экономической реализации проекта. И возникает вопрос: геотермальная энергия и ГеоТЭС – это прошлый век или перспективное будущее? Каков потенциал геотермальной энергии на нашей планете? Давайте разберемся поэтапно, начиная с того, как было, есть и будет.

Краткий исторический экскурс

Многим современникам будет интересен тот факт, что старейший СПА-центр в виде каменного бассейна, который берет свои воды из горячих источников, расположен в Китае и предположительно построен в III веке до нашей эры. Но настоящими первопроходцами были древние римляне. Например, в Помпеях начали использовать геотермальную энергию для обогрева зданий и подогрева воды еще задолго до того, как это сделали китайцы, в VII-VI ст. до н.э.

Первый известный в Европе «оздоровительный курорт» с горячими источниками был основан в 1326 году в Бельгии, а первое промышленное использование геотермальной энергии началось в конце XVIII века в Италии. Пар, поступающий из естественных вентиляционных отверстий (и из пробуренных отверстий), использовался для извлечения борной кислоты из горячих бассейнов, которые сейчас известны как месторождения Лардерелло. В 1904 году итальянский ученый Пьеро Джинори Конти изобрел первую геотермальную электростанцию, в которой для производства энергии использовался пар (фото 1).

С помощью вышеуказанного эксперимента в Америке в 1922 году запустили первую ГеоТЭС мощностью 250 киловатт. В 1960-х годах была введена в эксплуатацию первая крупная геотермальная электростанция в Сан-Франциско, вырабатывающая 11 мегаватт электроэнергии. Сегодня же в США работает более 60 геотермальных электростанций на 18 участках по всей стране.

В 1973 году, когда начался нефтяной кризис, многие страны начали искать возобновляемые источники энергии, именно потому к 1980-м годам стали набирать популярность геотермальные тепловые насосы (GHP), которые дали возможность снизить затраты на отопление и охлаждение.

Шло время, происходили явные климатические изменения – и правительства разных стран объединили свои усилия для решения глобальных проблем. Одним из шагов было подписание в Японии в 1997 году Киотского протокола, которым установили целевые показатели выбросов для развитых стран и предусмотрели инвестирование и передачу технологий развивающимся странам. Этот протокол ратифицировали 184 страны.

Наиболее распространенное использование геотермальной энергии в мире

Геотермальную энергию используют для разных сфер и назначений, ниже рассмотрим некоторые из них (рис. 1).

Геотермальные тепловые насосы. Геотермальные (наземные) тепловые насосы имеют наибольшее потребление энергии (55,30%) и установленную мощность (70,95%) в мире. По данным исследований, в 2000 году такие насосы использовали 26 стран, а в 2015-м – уже 48. Лидеры по установленным единицам – США, Китай, Швеция, Германия и Франция.

Отопление помещений. 89% годового потребления энергии приходится на центральное отопление (28 стран). Среди лидеров – Китай, Исландия, Турция, Франция и Германия, тогда как Турция, США, Италия, Словакия и Россия являются основными пользователями в индивидуальном секторе отопления (рис. 2).

Обогрев теплиц и грунта. Активные страны-пользователи: Турция, Россия, Венгрия, Китай и Нидерланды.

Сушка сельскохозяйственных культур. 15 стран используют геотермальную энергию для сушки различных зерновых, овощных и фруктовых культур. Например: Исландия – для сушки водорослей; США – лука; Сербия – пшеницы и других зерновых; Сальвадор, Гватемала и Мексика – фруктов; Новая Зеландия – люцерны, Мексика, Новая Зеландия и Румыния – древесины.

Тепло, используемое для промышленных целей. Зачастую идет круглосуточное потребление энергии. Например: розлив воды и газированных напитков (Болгария, Сербия и США), пастеризация молока (Румыния и Новая Зеландия), кожевенная промышленность (Сербия и Словения), целлюлозно-бумажная обработка (Новая Зеландия), добыча йода и соли (Вьетнам) и т.д.

Таяние снега и льда. Большинство таких проектов в Исландии, Аргентине, Японии и США, а в ограниченной степени – в Польше и Словении. По оценкам, во всем мире отапливается 2,5 миллиона квадратных метров дорожного покрытия, большинство из которых находится в Исландии (74%). В некоторых районах Исландии используется горячая вода от геотермальных электростанций под дорогами и тротуарами, чтобы помочь растопить лед. В Аргентине используется геотермальный пар для таяния снега на шоссе в Андах.

Туризм. Почти в каждой стране есть СПА-центры и курорты, которые имеют бассейны с подогревом геотермальной водой. Более 70 стран используют геотермальную энергию с этой целью, в наибольшей мере – Китай, Япония, Турция, Бразилия и Мексика.

Другое использование. Тринадцать стран используют данную энергию для животноводства, выращивания спирулины, опреснения и стерилизации бутылок. В Новой Зеландии – для орошения и защиты от замерзания геотермального туристического парка.

Сегодняшнее состояние отрасли

Геотермальные технологии рассматриваются многими учеными как потенциальный лидер в переходе к обществу без углерода. Не случайно в 2017 году на КС-21 в Париже был создан Глобальный геотермальный альянс, коалиция из 38 стран, объединившихся с целью усиления роли геотермальной энергии на международной арене.

Буквально за последние три года частично изменилась первая пятерка стран-лидеров по геотермальной установленной мощности (рис. 3, 4).

На сегодня позицию лидера по производству геотермальной электроэнергии удерживают Соединенные Штаты. Индонезия обогнала Филиппины и заняла второе место. Хотя правительство Филиппин прогнозирует удвоение потенциала возобновляемых источников энергии к 2030 году, большая часть которого будет поступать именно от геотермальной энергии, что способствует строительству новых ГеоТЭС в стране.

Осенью 2018 года в Турции и Новой Зеландии запустили новые геотермальные электростанции – это послужило толчком для попадания данных стран в пятерку лидеров (рис.4).

В настоящее время общая мировая мощность составляет 14,37 ГВт. Хотя США по-прежнему являются крупнейшей геотермальной страной, но ограниченная деятельность в области развития приводит к тому, что такие страны, как Индонезия и Турция, становятся более привлекательными для инвесторов.

ТОП-5 геотермальных электростанций мира

1. Комплекс Geysersмощностью 1,52 ГВт, Калифорния, США. Крупнейшее геотермальное поле в мире, в его состав входит 22 геотермальные электростанции. Geysers обеспечивает потребности в электроэнергии нескольких округов Калифорнии.

2. Комплекс Lardarello, мощность 770 МВт, Италия. Состоит из 34 станций. Фактически 10% мировой геотермальной энергии производится этим единственным комплексом, который к тому же один из старейших в мире.

3. ГеоТЭС Cerro Prieto, мощность 720 МВт, Мексика. Это большой комплекс, состоящий из нескольких геотермальных электростанций, расположенных в мексиканском регионе Нижняя Калифорния.

4. Комплекс Makiling-Banahaw, мощность 460 МВт, Филиппины. Был создан Chevron Geothermal Philippine Holdings, Inc. Коммерческое производство на этом заводе запустили в 1979 году, когда начали работать два блока мощностью 55 МВт. Позже, в 1984 году, на трех электростанциях было установлено еще шесть блоков мощностью 55 МВт. Дальнейшее расширение комплекса произошло, когда в 1994 году было установлено 6 бинарных установок нижнего цикла мощностью 15,73 МВт. В последующие годы были открыты другие энергоблоки, при этом нынешняя мощность комплекса – 460 МВт.

1. CalEnergy-Salton Sea,мощность340МВт,Калифорния,США. Объект охватывает большую территорию, которая включает в себя 10 станций. Первый блок этого комплекса начал работать в 1982 году, а самый последний введен в эксплуатацию в 2000 году.

Перспектива развития отрасли

Согласно исследованию правительства США, мировая база геотермальных ресурсов больше, чем газ, нефть, уголь и уран вместе взятые. Ученые прогнозируют, что к 2050 году геотермальная энергия США будет обеспечивать 10% энергии страны. В то же время иные исследователи придерживаются мнения, что геотермальная энергия – ограниченный ресурс, хотя геотермальная активность обычно может варьироваться от 5000 до 1 000 000 лет, что квалифицирует ее как возобновляемый ресурс.

Согласно прогнозам МЭА, глобальная геотермальная промышленность к 2023 году будет около 18 ГВт (рис. 5).

Например, Великобритания даже рассматривает возможность строительства самого длинного в мире разъема питания между Великобританией и Исландией, который обеспечил бы поставку большего количества возобновляемой энергии в 1,6 миллиона британских домов, в которых нет геотермальных тепловых насосов. Кроме того, планируется построить первую коммерческую геотермальную электростанцию в Корнуолле (Великобритания), если будут получены все необходимые средства. Это не должно вызывать удивления, поскольку некоторые страны получают прибыль от присутствия геотермальной энергии в больших масштабах. Наиболее известный пример – Исландия, чье электричество устойчиво на 100% и использует энергию ветра, гидро- и, в основном, геотермальную энергию.

А в начале января 2019 года правительство Канады объявило, что предоставит существенное финансирование для первой в стране геотермальной электростанции. Перечень стран, которые планируют в дальнейшем инвестировать в геотермальную энергию и строительство ГеоТЭС, достаточно большой. Наблюдается позитивный инвестиционный климат в данный возобновляемый источник. Цифры говорят сами за себя – у геотермальной энергии перспективное будущее.

Источник