Недостатки геотермальных электростанций

• Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и согласие жителей на ее возведение может быть проблематичным.
• Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре. Кроме того, причиной ее остановки может стать плохой выбор места или чрезмерная закачка воды в породу через нагнетательную скважину.
• Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах земной коры. Избавиться от них достаточно сложно. Правда, в некоторых случаях их можно сифонировать (собрать) и переработать в горючее (нефть-сырец или природный газ, например).

Вопрос

Можно ли построить небольшую геотермальную электростанцию, способную обеспечить электричеством дом или небольшой поселок?

Ответ

Это можно осуществить в районах, где не нужно бурить глубокие дорогие скважины. Наиболее показательным примером является, пожалуй, Исландия, которая, по сути, находится на вершине гигантского вулкана. На территории США среди таких районов можно назвать территории вокруг Йеллоустоуна, Термополиса и Саратоги в штате Вайоминг и вокруг города Хот Спрингс в Южной Дакоте (В России наиболее известным регионом с высоким потенциалом для геотермальной энергетики считается Камчатка.).

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.

С давних пор люди, проживавшие на территории , купались в местных горячих источниках с лечебной и профилактической целью. Если раньше это были обычные водоемы, то сейчас вокруг них выросли комфортабельные , и бани. Горячие источники Южной Кореи особенно привлекательны зимой, когда появляется возможность погреться в теплой воде, подышать чистым горным воздухом и насладиться великолепными пейзажами.

Особенности горячих источников Южной Кореи

Жители этой страны с особым трепетом относятся к приему горячих ванн. Это позволяет ускорить обмен веществ, избавиться от усталости и мышечной боли. Особой популярностью в Южной Корее пользуются горячие источники, где можно отлично провести время с семьей, друзьями и близкими. Рядом со многими источниками работают спа-центры, куда туристы и корейцы приезжают ради специальных процедур. Здесь также есть большой выбор санаторно-курортных комплексов, построенных в непосредственной близости от водоемов. По такому же принципу работают детские аквапарки, в которых можно сочетать купание в горячих ваннах и развлечения на водных аттракционах.

Главным достоинством горячих источников Южной Кореи являются целебные свойства минеральной воды. С давних пор с ее помощью корейцы лечили невралгические и гинекологические заболевания, кожные инфекции и аллергию. Сейчас же это отличный способ снять накопившийся стресс и отдохнуть от работы. Именно поэтому многие горожане и туристы с наступлением выходных и праздников устремляются в сторону популярных курортов, чтобы расслабиться и насладиться красотой местных пейзажей.

На сегодняшний день наиболее известными горячими источниками Южной Кореи являются:

• Ансон;
• Того;
• Суанбо;
• Пугок;
• Юсон;
• Чхоксан;
• Тоннэ;
• Осэк;
• Онян;
• Пэгам Ончхон.

Еще есть спа-курорт «Оушен Касл», расположенный на побережье Желтого моря. Здесь помимо горячих ванн, можно купаться в бассейне с гидромассажным оборудованием и наслаждаться видами морского берега. Любители искусства предпочитают посещать другой курорт с горячими источниками Южной Кореи – «Спа Грин Лэнд». Он известен не только своей целебной водой, но и большой коллекцией картин и скульптур.

Горячие источники в окрестностях Сеула

Главными столичными являются старинные , современные и многочисленные развлекательные центры. Но и помимо них, есть что предложить туристам:

1. . Рядом со столицей Южной Кореи расположены горячие источники Ичхон. Они наполнены простой родниковой водой, не имеющей цвета, запаха и вкуса. Зато в ней содержится большое количество углекислого кальция и других минералов.
2. Спа Плас. Здесь же в окрестностях Сеула находится аквапарк Спа Плас, разбитый около других источников природной минеральной воды. Посетители комплекса могут посетить традиционные сауны или искупаться в горячих ваннах на открытом воздухе.
3. Онъян. Отдыхая в столице, на выходных можно отправиться к самым древним горячим источникам Южной Кореи – Онъян. Они начали использоваться примерно 600 лет назад. Существуют документы, в которых указано, что в местных водах купался сам король Сечжон, правивший в 1418-1450 годах. Местная инфраструктура включает 5 комфортабельных отелей, 120 бюджетных мотелей, огромное количество бассейнов, современные и традиционные рестораны. Температура воды в источниках Онъян составляет +57°C. Она богата щелочами и другими полезными для организма элементами.
4. Ансон. Примерно в 90 км от Сеула в провинции Чхунчхонбук расположены другие популярные горячие источники в Корее – Ансон. Считается, что местная вода помогает избавиться от боли в пояснице, простудных и кожных заболеваний.

Горячие источники в окрестностях Пусана

Вторым по величине городом страны является , вокруг которого также сосредоточено огромное количество лечебно-оздоровительных курортов. Самым известными горячими источниками северной части Южной Кореи являются:

1. Хосимчхон. Вокруг них был построен спа-комплекс с 40 банными комнатами и ваннами, которые можно подобрать в соответствии со своим возрастом и физиологическими особенностями.
2. Курорт «Спа-лэнд». Расположен в Пусане на пляже Хауэнде. Вода в местных источниках подается с глубины 1000 м и распределяется по 22 ваннам. Здесь также предусмотрены финские сауны и сауны, выдержанные в римском стиле.
3. Юнсон. В этой части Южной Кореи также находятся горячие источники, окутанные множеством легенд. Причиной их популярности является не только богатое прошлое и полезная вода, но и удобное расположение, благодаря которому у туристов нет проблем с выбором гостиницы.
4. Чхоксан. Напоследок в Пусане можно посетить источники, известные своей голубовато-зеленой водой. Они расположены у подножья , поэтому предоставляют возможность расслабиться в расслабляющей теплой воде и полюбоваться красивыми горными пейзажами.

Зона горячих источников в Асане

Имеются термальные курорты и за пределами столицы и Пусана:

1. Того и Асан. В декабре 2008 года в окрестностях южнокорейского города Асана состоялось открытие новой зоны горячих источников. Это целый спа-город, в котором, помимо ванн с минеральной водой, есть тематические парки, бассейны, спортивные площадки и даже кондоминиумы. Местная вода отличается комфортной температурой и массой полезных свойств. Жители Южной Кореи любят приезжать к этим горячим источником, чтобы отдохнуть с семьей, снять стресс в ваннах с теплой водой и полюбоваться цветением экзотических цветов.
2. Комплекс «Парадайз Спа Того». Расположен в самом городе Асан. Он был создан у горячих источников, которые много веков назад были излюбленным местом отдыха у знатных господ. Натуральная минеральная вода использовалась в процедурах, которые были призваны излечить от множества болезней и предотвратить другие. Сейчас эти горячие источники Южной Кореи известны не только своими лечебными ваннами, но и различными водными программами. Здесь можно записаться на курс аква-йоги, аква-стретчинга или аква-танцев. Зимой же здесь приятно понежиться в ванной с имбирем, женьшенем и другими полезными компонентами.

Достоинства и недостатки геотермальной энергетики

Геотермальная энергия всегда привлекала людей возможностями полезного применения. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Геотермальная энергия своим "проектированием" обязана раскаленному центральному ядру Земли, с громадным запасом тепловой энергии. Только в верхнем трехкилометровом слое Земли запасено количество тепловой энергии, эквивалентное энергии примерно 300 млрд. т угля. Тепло центрального ядра Земли имеет прямой выход на поверхность Земли через жерла вулканов и в виде горячей воды и пара.

Кроме того, магма передает свое тепло горным породам, причем с ростом глубины их температура повышается. По имеющимся данным, температура Горных пород повышается в среднем на 1 °С на каждые 33 м глубины (геотермическая ступень). Это означает, что на глубине 3-4 км вода закипает; а на глубине 10-15 км температура пород может достигать 1ОО0-1200°С. Но иногда геотермическая ступень имеет другое значение, например, в районе расположения вулканов температура пород повышается на 1°С на каждые 2-3 м. В районе Северного Кавказа геотермическая ступень составляет 15-20 м. Из этих примеров можно сделать заключение о том, что имеется значительное разнообразие температурных условий геотермальных источников энергии, которые будут определять технические средства для ее использования, и что температура является основным параметром, характеризующим геотермальное тепло.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70-9О°С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечено-Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, Казахстане, на Камчатке и в ряде других районов России.

В Дагестане уже длительное время термальные воды используются для теплоснабжения. За 15 лет откачано более 97 млн.м3 термальной воды для теплоснабжения, что позволило сэкономить 638 тыс.т, условного топлива.

В Махачкале термальной водой отапливаются жилые здания общей площадью 24 тыс.м2, в Кизляре - 185 тыс.м2. Перспективны запасы термальных вод в Грузии, которые допускают расход в сутки 300-350 тыс.м2 с температурой до 80чС. .Столица Грузии находится над месторождением термальных вод с метановоазотным и сероводородным составом и температурой до 100°С.

Какие проблемы возникают при использовании подземных термальных вод? Главная из них заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) я химических соединений (аммиака, фенолов), что искдючает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Например, термальные воды Большебанного местарождения (на реке Банная, в 60 км от Петропавловска - Камчатского) содержат различных солей до 1,5 г/л, фтора - до 9 мг/л, кремниевой кислоты - до 300 мг/л. Термальное воды Паужетского месторождения в том же регионе (температура J44 - 200°С, давление на устье скважины 2-4 атм) содержат от 1,0 до 3,4 г/л различных солей, кремниевой кислоты - 250 мг/л, борной кислоты - 15 мг/л, растворенных газов: углекислого - 500 мг/л, сероводорода - 25 мг/л, аммиака -15 мг/л. Геотермальные воды Тарумовского месторождения в Дагестане (температура 185°С, давление 150-200 атм) содержат до 200 г/л солей и 3,5 -4 м3 метана в нормальных условиях на 1 м3 воды.

/Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения. У нас в стране эксплуатируется экспериментальная Паужетская геотермальная электростанция (ГеоТЭС) установленной электрической мощностью 11 МВт, построенная в 1967 году на Камчатке.}

Однако ее роль в энергообеспечении региона была незначительной. Кроме того, в 1967 году была введена в эксплуатацию экспериментальная ГеоТЭС мощностью 0,75 МВт на низкопотенциальном геотермальном месторождении (температура воды 80°С).

Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

Издавна Земля является источником энергоресурсов, но, признавая этот факт, надо признать и то, что невозобновляемые источники энергии не бесконечны. Ради обогрева жилья люди уже отказались от дров и больше не сжигают леса, почти исключили добычу каменного угля, признавая, что это наносит экологический вред среде обитания. Но добыча нефти и газа идёт полным ходом. Между тем у нашей планеты в запасе есть и возобновляемый источник энергии - сила её геотермальных вод.

Тепло из самых глубин планеты

Использовать тепло Земли - очень заманчивая идея и непростая, но в целом решаемая, задача. Особенно актуально это для регионов, где геотермальные источники выходят на поверхность или, хотя бы находятся в зоне досягаемости, как с инженерной, так и экономической точек зрения. Вот только местоположение подобных источников, как правило, соседствует с тектоническими разломами планеты и находится в крайне сейсмо неустойчивых регионах.

Перегретый пар и/или вода, способный вращать турбины, с тем, чтобы выработать электроэнергию, - это «побочный продукт» деятельности вулканов и гейзеров. В то же время на планете множество людей живут в опасном соседстве с подобными грозными силами природы. А потому использование этих сил на благо людей, в основном, вопрос времени: с развитием технологии этот вид энергии станет доступнее, возрастёт и мощность геотермальных станций.

Геотермальные электростанции: преимущества и недостатки

Существует несколько принципиальных схем строительства таких электростанций и, обычно, выбор зависит от конкретного источника тепла: где-то достаточно пробурить скважину и можно начинать её эксплуатацию, а где-то предварительно необходимо очистить поступающий энергоноситель от твёрдых частиц и вредных газов.

Но, каков бы ни был принцип работы такой станции, у неё имеется ряд преимуществ перед ТЭС и даже перед тепловой АЭС.

Вот недостаток у геотермальной станции всего один: в конечном счёте он сводятся её местоположению. Учитывая, что сейсмическая активность не поддаётся прогнозам, районы тектонических разломов крайне неблагоприятное место для строительства и последующей эксплуатации энергоустановок.

Зато преимущества многочисленны и неоспоримы:

• безопасность для окружающей среды, в том числе отсутствие возникновения парниковых газов;
• компактность размеров станции;
• основные расходы заканчиваются с завершением строительства, расходы же на эксплуатацию - минимальны;
• за счёт природного теплоносителя (практически неисчерпаемый ресурс!) себестоимость электрической энергии снижается почти до нуля.

Подробнее об экологии

С развитием общества, вырастает и его экологическая сознательность, проблемы разумного природопользования выходят на первый план. Ведущие экономические державы, в том числе и Россия, подписывают протоколы об ограничении выбросов в атмосферу, стремясь сократить вред от парникового эффекта и предотвратить глобальное потепление. ТЭС, использующие для выработки электроэнергии в качестве топлива газ, продукты нефтепереработки и, особенно, каменный уголь оказывают существенное влияние на рост загрязнённости атмосферы.

С тем, что имеется экологический недостаток ТЭС, ничего поделать нельзя. Можно попытаться сократить выбросы за счёт более полного сжигания топлива, за счёт применения передовых фильтрующих систем, но от «родового» недостатка тепловой энергетики не уйти.

Поэтому основной вопрос, который встаёт в связи с использованием термальной энергией, какие экологические преимущества имеет геотермальная электростанция? Используя воду и пар, нагретые самой природой, такие электростанции не производят выбросов. Минимизирует вред, наносимый окружающей среде и небольшие габариты подобных станций. Так что, преимущества геотермальных электростанций перед ТЭС не подлежат сомнению.