Среди альтернативных источников геотермальная энергия занимает значительное место - ее так или иначе используют примерно в 80 странах по всему миру. В большинстве случаев это происходит на уровне строительства теплиц, бассейнов, применения в качестве лечебного средства или отопления.
В нескольких странах - в том числе США, Исландии, Италии, Японии и других - построены и работают электростанции.
Геотермальная энергия в целом подразделяется на две разновидности - петротермальную и гидротермальную. Первый тип использует как источник горячие горные породы. Второй - подземные воды.
Если свести все данные по теме в одну диаграмму, обнаружится, что в 99% случаев используется тепло пород, и только в 1% геотермальная энергия извлекается из подземных вод.
Петротермальная энергетика
На настоящий момент в мире достаточно широко используется тепло земных недр, причем преимущественно это энергия неглубоких скважин - до 1 км. С целью обеспечения электричеством, теплом или ГВС устанавливаются скважинные теплообменники, работающие на жидкостях с низкой температурой кипения (например, на фреоне).
Сейчас использование скважинного теплообменника является наиболее рациональным способом добычи тепла. Выглядит это так: теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре. Нагретый поднимается по концентрично опущенной трубе, отдавая свое тепло, после чего, охлажденный, при помощи насоса подается в обсадную.
В основе использования энергии земных недр лежит природное явление - по мере приближения к ядру Земли растет температура земной коры и мантии. На уровне 2-3 км от поверхности планеты она достигает более 100 °С, в среднем увеличиваясь с каждым последующим километром на 20 °С. На глубине 100 км температура достигает уже 1300-1500 º-С.
Гидротермальная энергетика
Вода, циркулирующая на больших глубинах, нагревается до значительных величин. В сейсмически активных районах она поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, в спокойных же регионах ее можно вывести с помощью скважин.
Принцип действия тот же: нагретая вода поднимается по скважине вверх, отдает тепло, и возвращается по второй трубе вниз. Цикл практически бесконечен и возобновляем до тех пор, пока в земных недрах остается тепло.
В некоторых сейсмически активных регионах горячие воды лежат так близко к поверхности, что можно воочию наблюдать, как работает геотермальная энергия. Фото окрестностей вулкана Крафла (Исландия) демонстрирует гейзеры, которые передают пар для действующей там ГеоТЭС.
Основные черты геотермальной энергетики
Внимание к альтернативным источникам обусловлено тем, что запасы нефти и газа на планете не бесконечны, и постепенно исчерпываются. Кроме того, они есть не везде, и многие страны зависят от поставок из других регионов. Среди иных важных факторов - негативное влияние ядерной и топливной энергетики на среду обитания человека и дикую природу.
Большое достоинство ГЭ - возобновляемость и универсальность: возможность использовать для водо- и теплоснабжения, или для выработки электроэнергии, или для всех трех целей сразу.
Но главное - это геотермальная энергия, плюсы и минусы которой зависят не столько от местности, сколько от кошелька заказчика.
Достоинства и недостатки ГЭ
В числе преимуществ этого вида энергии следующие:
- она возобновляемая и практически неиссякаемая;
- независима от времени суток, сезона, погоды;
- универсальна - с ее помощью можно обеспечить водо- и теплоснабжение, а также электричество;
- геотермальные источники энергии не загрязняют окружающую среду;
- не вызывают ;
- станции не занимают много места.
Однако имеются и недостатки:
- геотермальная энергия не считается полностью безвредной из-за выбросов пара, в составе которого могут быть сероводород, радон и другие вредные примеси;
- при использовании воды с глубоких горизонтов стоит вопрос ее утилизации после использования - из-за химического состава такую воду нужно сливать либо обратно в глубокие слои, либо в океан;
- постройка станции относительно дорога - это удорожает и стоимость энергии в итоге.
Сферы применения
На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, аква- и термокультуре, промышленности, сфере жилищно-коммунальных хозяйств. В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем.
Сельское хозяйство и садоводство
Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах - Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде.
Подземные источники применяются для полива полей, обогрева почвы, поддержания постоянной температуры и влажности в оранжерее или теплице.
Промышленность и ЖКХ
В ноябре 2014 года в Кении начала работать крупнейшая на то время геотермальная электростанция мира. Вторая по размерам находится в Исландии - это Хеллишейди, берущая тепло от источников возле вулкана Хенгидль.
Другие страны, использующие геотермальную энергию в промышленных масштабах: США, Филиппины, Россия, Япония, Коста-Рика, Турция, Новая Зеландия и т. д.
Известны четыре основные схемы добывания энергии на ГеоТЭС:
- прямая, когда пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами;
- непрямая, аналогичная предыдущей во всем, за исключением того, что перед попаданием в трубы пар очищается от газов;
- бинарная - в качестве рабочего тепла используется не вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения;
- смешанная - аналогична прямой, но после конденсации здесь удаляют из воды не растворившиеся газы.
В 2009 году группа исследователей, искавшая пригодные к использованию геотермальные ресурсы, достигла расплавленной магмы всего на глубине 2,1 км. Подобное попадание в магму - большая редкость, это всего второй известный случай (предыдущий произошел на Гавайях в 2007 году).
Хотя соединенная с магмой труба ни разу не подключалась к находящейся неподалеку ГеоТЭС Крафла, ученые получили весьма многообещающие результаты. До сих пор все работающие станции брали тепло опосредованно, из земных пород либо из подземных вод.
Частный сектор
Одна из наиболее перспективных сфер - частный сектор, для которого геотермальная энергия - это реальная альтернатива автономного газового отопления. Самая серьезная преграда здесь - при довольно дешевой эксплуатации высокая начальная стоимость оборудования, которая значительно выше, чем цена установки «традиционного» отопления.
Свои разработки для частного сектора предлагают компании MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe.
Страны, использующие тепло планеты
Безусловным лидером в использовании георесурсов является США - в 2012 году выработка энергии в этой стране достигла отметки 16.792 миллиона мегаватт-часов. В том же году, суммарная мощность всех геотермальных станций на территории Штатов достигала 3386 МВт.
ГеоТЭС на территории США расположены в штатах Калифорния, Невада, Юта, Гавайи, Орегон, Айдахо, Нью-Мехико, Аляска и Вайоминг. Самая крупная группа заводов носит название «Гейзеры» и расположена неподалеку от Сан-Франциско.
Кроме Соединенных Штатов, в первой десятке лидеров (по состоянию на 2013 год) также находятся Филиппины, Индонезия, Италия, Новая Зеландия, Мексика, Исландия, Япония, Кения и Турция. При этом в Исландии геотермальные источники энергии обеспечивают 30% от всей потребности страны, на Филиппинах - 27%, а в США - меньше 1%.
Потенциальные ресурсы
Работающие станции - только начало, отрасль лишь начинает развиваться. Исследования в этом направлении идут постоянно: более чем в 70 странах ведется разведка потенциальных месторождений, в 60 освоено промышленное использование ГЭ.
Перспективными выглядят сейсмически активные районы (как это видно на примере Исландии) - штат Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, страны Центральной Америки, Филиппины, Исландия, Коста-Рика, Турция, Кения. Эти страны имеют потенциально выгодные не исследованные месторождения.
В России это Ставропольский край и Дагестан, остров Сахалин и Курильские о-ва, Камчатка. В Беларуси определенный потенциал есть на юге страны, охватывая города Светлогорск, Гомель, Речица, Калинковичи и Октябрьский.
На Украине перспективными являются Закарпатская, Николаевская, Одесская и Херсонская области.
Достаточно перспективным является полуостров Крым, тем более что большая часть потребляемой им энергии импортируется извне.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
3. Задача
Список литературы
1. Перспективы использования геотермальных источников энергии
Геотермальная энергия - это энергия внутренних областей Земли.
Еще 150 лет тому назад на нашей планете использовались исключительно возобновляемые и экологически безопасные источники энергии: водные потоки рек и морских приливов - для вращения водяных колес, ветер - для приведение в действие мельниц и парусов, дрова, торф, отходы сельского хозяйства - для отопления. Однако 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. Энергия этих источников столь велика, что она ежегодно на несколько сантиметров сдвигает литосферные пласты Земли, вызывает дрейф материков, землетрясения и извержения вулканов.
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 с 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
Таб. 1.
Значение температуры геотермальной воды,°СОбласть применения геотермальной водыБолее 140Выработка электроэнергииМенее 100Системы отопления зданий и сооруженийОколо 60 Системы горячего водоснабженияМенее 60Системы геотермального теплоснабжения теплиц, геотермальные холодильные установки и т.п.
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 таблице 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 . А так же применение геотермальных вод не может рассматриваться как экологически чистое потому, что пар часто сопровождается газообразными выбросами, включая сероводород и радон - оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая вода извлекается для станций с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть необычно соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода - дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях.
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 80ºС, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии. В связи с эти ожидается, что в странах со значительным геотермальным потенциалом и 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.1.
Рис. 1.
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.
геотермальная энергия экологический фонд
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 каждого континента, получила следующие данные по потенциалу различных типов геотермальных источников нашей планеты (табл.2).
Наименование континентаТип геотермального источника: высокотемпературный, используемый для производства электроэнергии, ТДж/годнизкотемпературный, используемый в виде теплоты, ТДж/год (нижняя граница) традиционные технологиитрадиционные и бинарные технологииЕвропа18303700>370Азия29705900>320Африка12202400>240Северная Америка13302700>120Латинская Америка28005600>240Океания10502100>110Мировой потенциал1120022400>1400
Как видно из таблицы, потенциал геотермальных источников энергии просто таки колоссален. Однако используется он крайне незначительно, но 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.
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.
2. Экологические фонды, их назначение, виды
Вопросы, которые включает в себя охрана окружающей среды , являются довольно актуальными и значимыми в наши дни. Одним из них является вопрос об экологических фондах. Именно от него напрямую зависит эффективность всего процесса, так как сегодня без определенных вложений добиться чего-то бывает очень непросто.
Экологические фонды представляют собой единую систему внебюджетных государственных средств, которая помимо непосредственного экологического фонда должна включать в себя областные, краевые, местные, а также республиканские фонды. Экологические фонда, как правило, создаются с целью решения самых важных и неотложных природоохранительных задач. Кроме того они необходимы при компенсации причиненного вреда, а также в случае восстановления потерь в окружающей природной среде.
Также не менее важным вопросом в данном случае является то, откуда берутся данные фонды, которые играют довольно важную роль в таком процессе как охрана окружающей среды . Чаще всего экологические фонды образуются из средств, которые поступают от организаций, учреждений, граждан и предприятий, а также от юридических граждан и лиц. Как правило, в качестве них выступают всевозможные платы за сбросы отходов, выбросы вредных веществ, размещение отходов, а также прочие виды загрязнений.
Помимо этого экологические фонды формируются за счет средств реализации конфискованных инструментов и орудий рыболовства и охоты, сумм, которые получаются по искам о возмещении штрафов и вреда за ухудшение экологического состояния, инвалютных поступлений от иностранных граждан и лиц, а также от полученных дивидендов по банковским депозитам, вкладам в качестве процентов, и от долевого использования фондовых средств в деятельности данных лиц и их предприятий.
Как правило, все вышеперечисленные средства должны быть зачислены на специальные счета банков в определенном соотношении. Так, например, на реализацию природоохранных мероприятий , которые имеют федеральное значение, выделяют десять процентов средств, на реализацию мероприятий республиканского и областного значения - тридцать процентов. Остальная сумма должна пойти на реализацию природоохранных мероприятий, которые имеют местное значение.
3. Задача
Определить полный годовой экономический ущерб от загрязнения ТЭС, производительностью 298 т/сутки угля при выбросах: SO2 - 18 кг/т; летучая зола - 16 кг/сутки; СО2 - 1,16 т/т.
Эффект очистки принять 68%. Удельный ущерб от загрязнений на единицу выбросов составляет: у SO2=98 руб/т; у СО2=186 руб/т; уз=76 руб/т.
Дано:
Q=298 т/сутки;
gл. з. =16 кг/сутки;SO2=18 кг/т;
gCO2=1,16т/т
Решение:
mл. з. =0,016*298*0,68=3,24 т/сутки
mSO2=0.018*298*0,68=3.65 т/сутки
mCO2=1.16*298*0,68=235.06 т/сутки
Пл. з. =360*3,24*76=88646,4 руб/год
ПSO2=360*3.65*98=128772 руб/год
ПСО2=360*235,06*186=15739617 руб/год
Пполн=88646,4+128772+15739617=15 957 035,4 руб/год
Ответ: полный годовой экономический ущерб от загрязнений ТЭС составляет 15 957 035,4 рублей в год.
Список литературы
1.
Http://ustoj.com/Energy_5. htm
.
Http://dic. academic.ru/dic. nsf/dic_economic_law/18098/%D0%AD%D0%9A%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%98%D0%A7%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%98%D0%95
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
Стремительный рост энергопотребления, ограниченность невозобновляемых природных богатств, вынуждают задуматься об использовании альтернативных источников энергии. В этом отношении особого внимания заслуживает применение геотермальных ресурсов.
Геотермальные электростанции (ГеоЭС) – сооружения для получения электрической энергии за счет природного тепла Земли.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
Для построения геотермальных электростанций идеальными считаются районы с геологической активностью, где естественное тепло находится на сравнительно небольшой глубине.
Сюда относятся области, изобилующие гейзерами, открытыми термальными источниками с водой, разогретой вулканами. Именно здесь геотермальная энергетика развивается наиболее активно.
Однако и в сейсмически неактивных районах имеются пласты земной коры, температура которых составляет более 100 °С.
На каждых 36 метрах глубины температурный показатель возрастает на 1 °С. В этом случае бурят скважину и закачивают туда воду.
На выходе получают кипяток и пар, которые можно использовать как для обогрева помещений, так и для производства электрической энергии.
Территорий, где можно таким образом получать энергию, много, поэтому геотермальные электростанции функционируют повсеместно.
Источники получения геотермальной энергии
Добыча естественного тепла может осуществляться из следующих источников.
Принципы работы геотермальных электростанций
Сегодня применяется три способа производства электричества с использованием геотермальных средств, зависящих от состояния среды (вода или пар) и температуры породы.
- Прямой (использование сухого пара). Пар напрямую воздействует на турбину, питающую генератор.
- Непрямой (применение водяного пара). Здесь используется гидротермальный раствор, который закачивается в испаритель. Полученное при снижении давления испарение приводит турбину в действие.
- Смешанный, или бинарный. В этом случае используется гидротермальная вода и вспомогательная жидкость с низкой точкой кипения, например фреон, который закипает под воздействием горячей воды. Образовавшийся при этом пар от фреона крутит турбину, потом конденсируется и снова возвращается в теплообменник для нагрева. Образуется замкнутая система (контур), практически исключающая вредные выбросы в атмосферу.
Непрямой способ на сегодняшний день считается самым распространенным. Здесь используются подземные воды температурой около 182 °С, которые закачиваются в генераторы, расположенные на поверхности.
Достоинства ГеоЭС
- Запасы геотермальных ресурсов считаются возобновляемыми, практически неисчерпаемыми, но при одном условии : в нагнетательную скважину нельзя закачивать большое количество воды в короткий промежуток времени.
- Для работы станции не требуется внешнее топливо.
- Установка может работать автономно, на своем вырабатываемом электричестве. Внешний источник энергии необходим лишь для первого запуска насоса.
- Станция не требует дополнительных вложений, за исключением расходов на техническое обслуживание и ремонтные работы.
- Геотермальным электрическим станциям не нужны площади для санитарных зон.
- В случае расположения станции на морском или океаническом берегу, возможно ее использование для естественного опреснения воды. Этот процесс может происходить непосредственно в режиме работы станции – при разогреве воды и охлаждении водяного испарения.
Недостатки геотермальных установок
- Велики первоначальные вложения в разработку, проектирование и строительство геотермальных станций.
- Зачастую проблемы возникают в выборе подходящего места для размещения электростанции и получении разрешения властей и местных жителей.
- Через рабочую скважину возможны выбросы горючих и токсичных газов, минералов, которые содержатся в земной коре. Технологии на некоторых современных установках позволяют собирать эти выбросы и перерабатывать в топливо.
- Бывает, что действующая электростанция останавливается. Это может произойти вследствие естественных процессов в породе либо при чрезмерной закачке воды в скважину.
Крупнейшие производители геотермальной энергии
В США и на Филиппинах построены самые крупные ГеоЭС. Они представляют собой целые геотермальные комплексы, состоящие из десятков отдельных геотермальных станций.
Самым мощным считается комплекс «Гейзеры», расположенный в Калифорнии. Он состоит из 22 двух станций с суммарной мощностью 725 МВт, достаточной для обеспечения многомиллионного города.- Мощность филиппинской электростанции «Макилинг-Банахау» составляет около 500 МВт.
- Еще одна филиппинская электростанция с названием «Тиви» имеет мощность 330 МВт.
- «Долина Империал» в США – комплекс из десяти геотермальных электростанций с совокупной мощностью 327 МВт.
- Хронология развития отечественной геотермальной энергетики
Российская геотермальная энергетика начала свое развитие с 1954 года, когда было принято
решение о создании лаборатории по исследованию естественных тепловых ресурсов на Камчатке.
- 1966 год – запущена Паужетская геотермальная электростанция с традиционным циклом (сухой пар) и мощностью 5 МВт. Через 15 лет ее мощность была доработана до 11 МВт.
- В 1967 году начала функционировать Паратунская станция с бинарным циклом. Кстати, патент на уникальную технологию бинарного цикла, разработанный и запатентованный советскими учеными С. Кутателадзе и Л. Розенфельдом, был куплен многими странами.
Большие уровни добычи углеводородного сырья в 1970-е годы, критическая экономическая ситуация в 90-е годы остановили развитие геотермальной энергетики в России. Однако сейчас интерес к ней вновь появился по ряду причин:
- Цены на нефть и газ на внутреннем рынке становятся близкими к мировым.
- Запасы топлива стремительно истощаются.
- Вновь открытые месторождения углеводородов на дальневосточном шельфе и побережье Арктики в настоящее время малорентабельны.
Вам нравятся большие, мощные машины? Прочитайте интересную статью про .
Если вам нужно оборудование для дробления материалов – прочтите эту .
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.
С каждым годом добыча углеводородного топлива усложняется все больше: «верховые» запасы практически истощены, а для бурения глубоких скважин требуются не только новые технологии, но и значительные финансовые вложения. Соответственно дорожает и электричество, ведь оно в основном получается за счет переработки углеводородного топлива.
Кроме того, проблема охраны окружающей среды от негативного воздействия промышленности приобретает все большее значение. И уже очевидно: сохраняя традиционные методы получения энергии (с помощью углеводородного топлива) человечество движется к энергетическому кризису в сочетании с экологической катастрофой.
Именно поэтому такое значение приобретают технологии, позволяющие получать тепло и электричество из возобновляемых источников. К таким технологиям относится и геотермальная энергетика, которая позволяет получать электрическую и/или тепловую энергию, используя тепло, содержащееся в земных недрах.
Какими бывают геотермальные источники энергии
Чем глубже в землю – тем теплее. Это аксиома, известная каждому. Земные недра содержат океаны тепла, которым человек может воспользоваться, не нарушая экологию окружающей среды. Современные технологии позволяют эффективно использовать геотермальную энергию либо напрямую (тепловая энергия), либо с преобразованием в электрическую (геотермальная электростанция).
Геотермальные источники энергии подразделяются на два вида: петротермальные и гидротермальные. Петротермальная энергетика основана на использовании разницы температур грунта на поверхности и в глубине, а гидротермальная использует повышенную температуру грунтовых вод.
Сухие высокотемпературные породы распространены более, чем горячие водные источники, но их эксплуатация с целью получения энергии связана с определенными сложностями: в породы необходимо закачивать воду, а затем отбирать тепло у перегретой в высокотемпературных породах воды. Гидротермальные источники сразу «поставляют» перегретую воду, у которой можно взять тепло.
Еще один вариант получения термальной энергии – отбор низкотемпературного тепла на небольших глубинах (тепловые насосы). Принцип работы теплового насоса такой же, как и промышленных установок, работающих в термальных зонах, разница лишь в том, что в качестве теплоносителя в этом виде оборудования используется специальный хладо-агент с низкой температурой кипения, что и позволяет получать тепловую энергию, перераспределяя низкотемпературное тепло.
С помощью тепловых насосов можно получать энергию для отопления небольших домов, коттеджей. Такие устройства практически не используются для промышленного получения тепловой энергии (относительно невысокие температуры препятствуют промышленному использованию), однако, хорошо зарекомендовали себя при организации автономного энергоснабжения частных домов, особенно в местах, где установка линий электропередач затруднительна. При этом для эффективной работы теплового насоса достаточно температуры грунта или грунтовых вод (в зависимости от вида используемого оборудования) около +8°С, то есть, достаточно небольшой глубины для устройства внешнего контура (глубина редко превышает 4 м).
Вид получаемой из геотермального источника энергии зависит от его температуры: из низко- и средне-температурных источников тепло используется в основном для обеспечения горячего водоснабжения (в том числе и для теплоснабжения), а тепло из высоко-температурных источников используется для получения электроэнергии. Также возможно использование тепла высоко-температурных источников для одновременного получения электроэнергии и горячего водоснабжения. Геотермальные электростанции в основном используют гидротермальные источники – температура воды в термальных зонах может значительно превышать точку кипения воды (в некоторых случаях перегрев достигает 400°С – за счет повышенного давления в глубинах), что делает выработку электроэнергии очень эффективной.
Плюсы и минусы геотермальной энергетики
Геотермальные источники энергии представляют огромный интерес в первую очередь из-за того, что являются возобновляемыми ресурсами, то есть, практически неиссякаемыми. А вот углеводородное топливо, которое в настоящее время является основным источником для получения различных видов энергии, является ресурсом не возобновляемым, и по прогнозам весьма даже ограниченным. К тому же, получение геотермальной энергии гораздо более экологично, чем традиционные методы на основе углеводородного топлива.
Если сравнивать геотермальную энергетику с другими альтернативными видами получения энергии, то и здесь имеются преимущества. Так, геотермальная энергия не зависит от внешних условий, на нее не оказывает влияние температура окружающей среды, время суток, время года и так далее. В то же время ветро-, гелио- и гидроэнергетика, так же, как и геотермальная энергетика работающие с возобновляемыми и неиссякаемыми источниками энергии, очень зависимы от окружающей среды. Например, эффективность гелио-станций находится в прямой зависимости от уровня инсоляции на местности, который зависит не только от широты, но и от времени суток и времени года, причем, разница весьма и весьма существенная. То же и с остальными видами альтернативной энергетики. А вот эффективность геотермальной электростанции зависит исключительно от температуры термального источника и остается неизменной, независимо от времени года и погоды за окном.
К плюсам относится и высокий КПД геотермальных станций. Например, при использовании геотермальной энергии для получения тепла, КПД превышает 1.
Одним из основных минусов при получении энергии из гидротермальных источников является необходимость закачки отработанной (охлажденной) воды в подземные горизонты, что снижает эффективность геотермальной электростанции и увеличивает эксплуатационные расходы. Сброс этой воды в приповерхностные и поверхностные воды исключен, так как в ней содержится большое количество токсичных веществ.
Также к недостаткам можно отнести ограниченное количество пригодных к эксплуатации термальных зон. С точки зрения получения недорогой энергии, особенно интересны гидротермальные месторождения, в которых перегретая вода и/или пар находятся достаточно близко к поверхности (глубинное бурение скважин для достижения термальной зоны значительно повышает эксплуатационные расходы и удорожает получаемую энергию). Таких месторождений не так и много. Тем не менее, постоянно ведется активная разведка новых месторождений, открываются новые термальные зоны, и количество энергии, получаемой из геотермальных источников, постоянно увеличивается. В некоторых странах гидротермальная энергетика составляет до 30% всей энергетики (к примеру, Филиппины, Исландия). В России также имеется ряд эксплуатируемых термальных зон, и их количество возрастает.
Перспективы геотермальной энергетики
Ожидать, что промышленная геотермальная энергетика сможет заменить традиционные в настоящий момент источники получения энергии сложно – хотя бы из-за ограниченности термальных зон, сложностей глубинного бурения и так далее. Тем более, что имеются другие альтернативные виды энергии, доступные в любой точке земного шара. Однако, геотермальная энергетика занимает и будет занимать существенное место в способах получения энергии различного вида (электрической и/или тепловой).
При этом, перспектив у геотермальной энергетики, основанной на перераспределении тепла из низкотемпературных источников, гораздо больше. Этот вид геотермальной энергетики не требует наличия термальных зон с перегретой водой, паром или сухой породой. Тепловые насосы все больше входят в моду и активно устанавливаются при строительстве современных коттеджей и так называемых «активных» домов (домов с автономными источниками энергоснабжения). Судя по имеющимся тенденциям, геотермальная энергетика продолжит активное развитие в «малых» формах – для автономного энергоснабжения отдельных домов или хозяйств, наряду с ветро- и гелиоэнергетикой.
София Варган
Ресурсы нашей планеты не бесконечны. Используя в качестве главного источника энергии природные углеводороды, человечество рискует в один прекрасный момент обнаружить, что они исчерпаны, и прийти к глобальному кризису потребления привычных благ. XX век стал временем масштабных сдвигов в области энергетики. Ученые и экономисты в разных странах всерьез задумались о новых способах получения и возобновляемых источниках электричества и тепла. Наибольший прогресс был достигнут в области ядерных исследований, но появились интересные идеи, касающиеся полезного использования других природных явлений. Ученые давно узнали, что планета наша внутри горяча. Для получения пользы от глубинного тепла созданы геотермальные электростанции. В мире пока их немного, но, возможно, со временем станет больше. Каковы их перспективы, не опасны ли они и можно ли рассчитывать на высокую долю ГТЭС в общем объеме добываемой энергии?
Первые шаги
В дерзновенных поисках новых источников энергии ученые рассматривали множество вариантов. Изучались возможности освоения энергии приливов и отливов Мирового океана, преобразования солнечного света. Вспомнили и о старинных ветряных мельницах, снабдив их вместо каменных жерновов генераторами. Большой интерес представляют и геотермальные электростанции, способные вырабатывать энергию из тепла нижних раскаленных слоев земной коры.
В середине шестидесятых годов СССР не испытывал ресурсного дефицита, но энерговооруженность народного хозяйства, тем не менее, оставляла желать лучшего. Причина отставания от промышленно развитых стран в этой области состояла не в недостатке угля, нефти или мазута. Огромные расстояния от Бреста до Сахалина затрудняли доставку энергии, она становилась очень дорогой. Советские ученые и инженеры предлагали самые смелые решения этой задачи, и некоторые из них воплощались в жизнь.
В 1966 году на Камчатке заработала Паужетская геотермальная электростанция. Ее мощность составила довольно скромную цифру в 5 мегаватт, но этого вполне хватало для снабжения близлежащих населенных пунктов (поселков Озерновского, Шумного, Паужетки, сел Усть-Большерецкого р-на) и промышленных предприятий, главным образом рыбоконсервных заводов. Станция была экспериментальной, и сегодня можно смело утверждать, что опыт удался. В качестве источников тепла используются вулканы Камбальный и Кошелев. Преобразование осуществляли две установки турбогенераторного типа, первоначально по 2,5 МВт. Через четверть века установленную мощность удалось поднять до 11 МВт. Старое оборудование полностью исчерпало свой ресурс только в 2009 году, после чего была произведена полная реконструкция, включавшая и прокладку дополнительных трубопроводов теплоносителя. Опыт успешной эксплуатации побудил энергетиков строить и другие геотермальные электростанции. В России их сегодня пять.
Как работает
Исходные данные: в глубине земной коры есть тепло. Его нужно преобразовать в энергию, например, электрическую. Как это сделать? Принцип работы геотермальной электростанции достаточно прост. Под землю закачивается вода через специальную скважину, называемую входной или нагнетающей (по-английски injection, то есть "впрыск"). Для того чтобы определить подходящую глубину, требуется геологическое исследование. Вблизи нагретых магмой слоев, в конечном счете, должен образоваться подземный проточный бассейн, играющий роль теплообменника. Вода сильно нагревается и превращается в пар, который через другую скважину, (рабочую или эксплуатационную) подается на лопасти турбины, сопряженной с осью генератора. На первый взгляд, все выглядит очень просто, но на практике геотермальные электростанции устроены куда сложнее и имеют различные особенности конструкции, обусловленные эксплуатационными проблемами.
Достоинства геотермальной энергетики
Этот способ получения энергии имеет неоспоримые плюсы. Во-первых, геотермальные электростанции не требуют топлива, запасы которого лимитированы. Во-вторых, эксплуатационные расходы сведены к издержкам на технически регламентированные работы по плановой замене комплектующих изделий и обслуживанию технологического процесса. Срок окупаемости вложений составляет несколько лет. В-третьих, такие станции условно можно считать экологически чистыми. Есть, правда, в этом пункте и острые моменты, но о них позже. В-четвертых, дополнительной энергии для технологических нужд не требуется, насосы и другие приемники энергии запитываются от добываемых ресурсов. В-пятых, установка, помимо работы по прямому назначению, может производить опреснение воды Мирового океана, на берегу которого обычно строятся геотермальные электростанции. Плюсы и минусы присутствуют, однако, и в этом случае.
Недостатки
На фотографиях все выглядит просто чудесно. Корпуса и установки эстетичны, над ними не поднимаются клубы черного дыма, только белый пар. Однако не все так прекрасно, как кажется. Если геотермальные электростанции расположены поблизости населенных пунктов, жителям окрестностей досаждает производимый предприятиями шум. Но это лишь видимая (вернее, слышимая) часть проблемы. При бурении глубоких скважин никогда нельзя предвидеть, что именно из них пойдет. Это может быть токсичный газ, минеральные воды (не всегда лечебные) или даже нефть. Разумеется, если геологи наткнутся на пласт полезных ископаемых, то это даже хорошо, но такое открытие вполне может полностью изменить привычный уклад жизни местных жителей, поэтому разрешение на проведение даже исследовательских работ региональные власти дают крайне неохотно. Вообще выбрать место для ГТЭС довольно сложно, ведь в результате ее эксплуатации вполне может возникнуть провал грунта. Условия внутри земной коры меняются, и если источник тепла утратит со временем свой тепловой потенциал, затраты на строительство окажутся напрасными.
Как выбрать место
Несмотря на многочисленные риски, в разных странах строят геотермальные электростанции. Преимущества и недостатки есть у любого способа получения энергии. Вопрос состоит в том, насколько доступны иные ресурсы. В конце концов, энергетическая независимость является одной из основ государственного суверенитета. Страна может не обладать запасами полезных ископаемых, но иметь множество вулканов, как Исландия, например.
Следует учитывать, что наличие геологически активных зон - непременное условие для развития геотермальной отрасли энергетики. Но при принятии решения о строительстве подобного объекта необходимо брать в расчет и вопросы безопасности, поэтому, как правило, в густонаселенных районах геотермальные электростанции не возводят.
Следующий важный момент - наличие условий для охлаждения рабочей жидкости (воды). В качестве места для ГТЭС вполне подойдет океанское или морское побережье.
Камчатка
Россия богата всеми видами природных ресурсов, но это не означает, что в бережном отношении к ним нет нужды. Геотермальные электростанции в России строят, причем в последние десятилетия все более активно. Они частично обеспечивают потребность энергообеспечения отдаленных районов Камчатки и Курил. Помимо уже упомянутой Паужетской ГТЭС, на Камчатке в эксплуатацию введена 12-мегаваттная Верхне-Мутновская ГТЭС (1999). Намного мощней ее Мутновская геотермальная электростанция (80 МВт), расположенная возле того же вулкана. Вместе они обеспечивают более трети объема энергии, потребляемой регионом.
Курилы
Сахалинская область также пригодна для строительства геотермальных энергопроизводящих предприятий. Здесь их два: Менделеевская и Океанская ГТЭС.
Менделеевская ГТЭС предназначена для решения проблемы энергоснабжения острова Кунашир, на котором расположен поселок городского типа Южно-Курильск. Название свое станция получила не в честь великого русского химика: так называется островной вулкан. Строительство началось в 1993-м, через девять лет предприятие введено в строй. Первоначально мощность составляла 1,8 МВт, но после модернизации и запуска следующих двух очередей достигла пяти.
На Курилах, на острове Итуруп, в том же 1993 году была заложена еще одна ГТЭС, получившая название «Океанская». Заработала она в 2006-м, через год вышла на проектную мощность в 2,5 МВт.
Мировой опыт
Русские ученые и инженеры стали пионерами во многих отраслях прикладной науки, но геотермальные электростанции изобрели все же за рубежом. Первая в мире ГТЭС (250 кВт) была итальянской, начала свою работу в 1904 году, ее турбина вращалась паром, выходящим из природного источника. До этого подобные явления использовались только в лечебно-курортных целях.
В настоящее время позиции России в области использования геотермального тепла также нельзя назвать передовыми: ничтожный процент вырабатываемого в стране электричества приходится на пять станций. Самое большое значение эти альтернативные источники имеют для экономики Филиппин: на них приходится один киловатт из каждых пяти, производимых в республике. Продвинулись вперед и другие страны, в числе которых Мексика, Индонезия и США.
На просторах СНГ
На уровень развития геотермальной энергетики влияет в большей степени не технологическая «продвинутость» той или иной страны, а осознание ее руководством насущной необходимости в альтернативных источниках. Есть, конечно, и «ноу-хау», касающиеся способов борьбы с накипью в теплообменниках, способов управления генераторами и прочей электрической частью системы, но вся эта методология специалистам давно известна. Большую заинтересованность в строительстве ГеоТЭС в последние годы проявляют многие постсоветские республики. В Таджикистане изучают районы, являющие собой геотермальное богатство страны, идет строительство 25-мегаваттной станции «Джермахпюр» в Армении (Сюникская область), соответствующие исследования ведутся в Казахстане. Горячие источники Брестской области стали предметом интереса белорусских геологов: они начали пробные бурения двухкилометровой скважины Вычулковская. В общем, за геоэнергетикой, скорее всего, есть будущее.
Впрочем, и с теплом Земли обращаться нужно бережно. Ограничен и этот природный ресурс.
