Геотермальная энергия

Одним из основных ресурсосберегающих и экологически безопасных источников энергии, занимающих первое место по ресурсам среди ВИЭ в России, является геотермальная энергия, под которой пони­мают физическое тепло глубинных слоев Земли, имеющих температуру, превышающую температуру воздуха на поверхности. Международное энергетическое агентство разде­лило ресурсы, в которых заключена геотермальная энергия, на пять видов. Это нагретые в подземных резервуарах сухой и влажный пар, горячая вода, раскаленные скальные по­роды и магма – субстанция, представляющая собой расплавленные до 1300 градусов «внутренности» Земли. Однако до сегодняшнего времени наиболее реальной базой гео­термальной энергетики остаются природный пар и термальные воды (парогидротермы), использование которых представляется экономически целесообразным.

Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неисся­каемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Но тепло Земли очень "рассеянно", и только в нескольких регионах с благоприятными геологическими условиями оно может использоваться с выгодой (Рис.14).

Рис.14. Карта геотермальных ресурсов России

Использование геотермальной энергии. Геотермальное тепло в зависимости от температуры теплоносителя можно утилизировать либо "непосредственно", либо преобразовывать его в электричество. Так месторождения с относительно невысокими температурами (30-100 ) наиболее рационально использовать в целях прямого теплоснабжения (для отопления зданий и обеспечения жителей горячей водой), а для производства электроэнергии с приемлемыми технико-экономическими показателями температура геотермального флюида должна достигать, как правило, не ниже 150 °С [7].

Использование геотермальной энергии для целей теплоснабжения. По способу добычи теплоносителя геотермальные системы классифицируются на две группы (Рис. 15): глубинные, использующие энергию земли глубже 1000-1500 метров, и приповерхностные.

Рис. 15. Классификация геотермальных систем

Фонтанная технология. Самой распространенной глубинной технологией на сегодняшний момент является фонтанная система. Она используется при разработке месторождений термальных вод или источников сухого и влажного пара, находящихся под высоким давлением. После бурения скважины в таком месте, теплоноситель сам поднимается на поверхность, где попадает в коллекторные установки, отдает тепло и по специальным системам возвращается обратно в землю. Эта технология имеет ряд существенных недостатков, в основном, экологического и ресурсного характера, в связи с чем она не имеет перспектив для развития большой энергетики.

Циркуляционная технология. Циркуляционная технология представлена геотермальными циркуляционными системами (ГЦС) трех типов: с естественными проницаемыми коллекторами, с преобразуемыми трещинными зонами, с искусственно создаваемыми коллекторами в слабопроницаемых скальных породах. Ее суть заключается в создании искусственного «фонтана» – в пробуренную скважину или существующую в земной коре трещину заливается вода, попадая куда, она их расширяет и создает подземные водные или паровые резервуары, к которым в свою очередь пробуривается еще одна «выводящая» скважина. Прошедшая через теплообменники вода потом возвращается в водный резервуар через первую скважину.

Циркуляционная технология разработки геотермальных месторождений природными коллекторами успешно применяется во Франции, имеет промышленное распространение в Германии, на Украине (Крым), в Дании, Швейцарии, США, Польше, России (Чечня, Дагестан) и др. Основными препятствиями широкого применения этой технологии можно считать: 1) высокие требования к геолого-геотермическим характеристикам естественного коллектора - глубине, температуре, мощности и проницаемости, определяющим экономическую целесообразность геотермального теплоснабжения; 2) сравнительно низкие температуры пород продуктивных горизонтов, вызывающие необходимость использования теплонасосных установок; 3) зональность распространения геотермальных ресурсов.