Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием геотермальной энергии

·  Обеспечение  гарантированного минимума энергоснабжения  населения в зонах неустойчивого  централизованного энергоснабжения  из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных  и ограничительных отключений и т.п.

·  Снижение вредных выбросов от энергоустановок  в отдельных регионах со сложной  экологической обстановкой.

При этом в  вулканических регионах планеты  высокотемпературное тепло, нагревающее  геотермальную воду до значений температур, превышающих 140–150°С, экономически наиболее выгодно использовать для выработки электроэнергии. Подземные геотермальные воды со значениями температур, не превышающими 100°С, как правило, экономически выгодно использовать для нужд теплоснабжения, горячего водоснабжения и для других целей в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл.1.

 

Таблица 1

Значение температуры геотермальной воды, °С	Область применения геотермальной воды
Более 140	Выработка электроэнергии
Менее 100	Системы отопления зданий и сооружений
Около 60	Системы горячего водоснабжения
Менее 60	Системы геотермального теплоснабжения теплиц, геотермальные холодильные  установки и т.п.

 

 

 

Обратим внимание на то, что эти рекомендации по мере развития и совершенствования геотермальных  технологий пересматриваются в сторону  использования для производства электроэнергии геотермальных вод  с все более низкими температурами. Так, разработанные в настоящее  время комбинированные схемы  использования геотермальных источников позволяют использовать для производства электроэнергии теплоносители с  начальными температурами 70–80°С, что значительно ниже рекомендуемых в табл.1 температур (150°С и выше). В частности, в Санкт-Петербургском политехническом институте созданы гидропаровые турбины, использование которых на ГеоТЭС позволяет увеличивать полезную мощность двухконтурных систем (второй контур – водный пар) в диапазоне температур 20–200°С в среднем на 22 %.

Значительно повышается эффективность применения термальных вод при их комплексном  использовании. При этом в разных технологических процессах можно достичь наиболее полной реализации теплового потенциала воды, в том числе и остаточного, а также получить содержащиеся в термальной воде ценные компоненты (йод, бром, литий, цезий, кухонная соль, глауберова соль, борная кислота и многие другие) для их промышленного использования.

 

3.2. Основные недостатки геотермальной энергии

 

Основной недостаток геотермальной  энергии – необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный  водоносный горизонт. Другой недостаток этой энергии заключается в высокой  минерализации термальных вод большинства  месторождений и наличии в  воде токсичных соединений и металлов, что в большинстве случаев  исключает возможность сброса этих вод в расположенные на поверхности  природные водные системы. Отмеченные выше недостатки геотермальной энергии  приводят к тому, что для практического  использования теплоты геотермальных  вод необходимы значительные капитальные  затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной геотермальной  воды, а также на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования.

Однако в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных  способов очистки воды от токсичных  соединений и металлов капитальные  затраты на отбор тепла от геотермальных  вод непрерывно снижаются. К тому же следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 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.

4. Практическое применение геотермальной энергии и перспективы ее развития.

  4.1 На примере США

 

На долю геотермальной энергии  приходится всего 1% производимого в  США электричества. Так как достаточное  для этого природное тепло  генерируется в сейсмически активных районах, где находятся действующие  или спящие вулканы. Однако, по словам Крейга Сигентсона, президента компании «Рейзерт Технолоджи» из города Фрово штат Юта, новые технологии несут перемены: - «Используя новые технологии и ресурсы, мы теперь сможем вырабатывать почти треть необходимой стране электроэнергии».

Традиционно на сооружение геотермальной  электростанции требовалось от 5 до 8 лет, причем работать они могли  только на самых горячих подземных  водах. А сегодня, отмечает Крейг, благодаря новым технологиям его станция в Юте, мощностью 10 МВатт, может использовать гораздо более прохладную воду.

- «У нас появилась возможность  вырабатывать электричество из  воды, которая чуть теплее вашей  чашки кофе и это радикально  изменило всю динамику отрасли  использования геотермальной энергии».

 По словам мистера Сигентсона у новой технологии есть еще одно преимущество: - «Мы не извлекаем водные ресурсы из земли, мы поднимаем воду, пропускаем ее через нашу систему и полностью закачиваем обратно в землю». Создатели компании «Рейзерт Технолоджи» говорят, что данный процесс в перспективе позволит расширить применение геотермальной энергии и сделать ее экономически рентабельной. Вице-президент компании Бенджамин Баркер таким видит ближайшее будущее: - «Новые технологии в энергетике радикально расширяют возможность производства электроэнергии. Появляются новые регионы, где можно использовать геотермальную энергию, увеличивается ее доля в энергетическом балансе страны, мы больше не привязаны к 2-3 геотермальным районам, расположенным вдоль геологически-активного тихоокеанского плато».

Геотермальная электростанция компании «Рейзерт Технолоджи» в штате Юта имеющая 50 энергоблоков была построена за 1 год и уже обеспечивает электричеством около 15 тысяч домов в калифорнийском городе Анехайм. Геолог Тернет Уинезби курирует геотермальные программы на уровне правительства США, он считает, что будущее за геотермальными станциями, использующими блоки-генераторы.

- «Эта технология перспективна  сама по себе, потому, что позволяет  расширять электростанцию в процессе  производства электроэнергии, пробурив  коммерчески рентабельную скважину  можно установить 1 генерирующий  блок, который будет сразу же  производить электричество, это  даст вам средства на достройку  проекта».

Геотермальная энергия считается  одним из самых надежных видов  возобновляемой энергии. Тепло, выделяемое недрами земли, доступно днем, ночью  и в любую погоду. США извлекают  и используют больше геотермальной  энергии, чем любая другая страна и в ближайшие 10 лет могут удвоить  и даже утроить использование  этого источника энергии. «Рейзерт Технолоджи» продолжает наращивать свои производственные мощности. Только в США компания строит еще 9 геотермальных электростанций. В планах американской компании строительство подобных объектов по всему миру

 

 

4.2.На примере России

 

На данный момент в России электростанции, работающие на геотермальной (гидротермальной) энергии  работают в одном регионе —  на Камчатке:

 

Паужетская ГеоТЭС мощностью 5 МВт, построенная в 1967 году;

Мутновская ГеоТЭС мощностью 50 МВт, введённая в эксплуатацию в 2000 году;

Верхне-мутновская ГеоТЭС мощностью 12 МВт, работающая с 2001 года.

 

Есть планы  развития гидротермальной энергетики на Курильских островах .

Опыт использования геотермальной  энергии в качестве источника  тепла несколько шире. Здесь лидерство  принадлежит Северному Кавказу , прежде всего — Краснодарскому краю. Так, город Лабинск полностью отапливается за счёт геотермальных вод. Отработанная вода при этом закачивается обратно в пласт.

Посёлок и  совхоз Мостовской, также в Краснодарском  крае, уже давно широко использует геотермальную энергию. Всё началось с бурения скважины для добычи и последующего разлива минеральной  воды. Однако, когда прошли чуть более 1 км, где температура глубинных  вод составила 70 градусов, поняли, что  использовать эту воду можно и по-другому.В результате она пошла на фермы, в теплицы для обогрева; новые источники энергии позволили создать и новые промышленные предприятия. Благосостояние жителей посёлка резко выросло — были построены новые жилые дома, почти на порядок выросли доходы.Совхоз резко выделился на фоне окрестных населённых пунктов и хозяйств.

В 1980-е по ряду причин, в том числе —  политического характера, дальнейшее развитие несколько заглохло; восстановление производственных мощностей и уровня жизни началось уже в конце 1990-х.Геотермальная энергия для обогрева жилья широко применялась и в других регионах Северного Кавказа, в частности, в Дагестане и Чечне, ещё в довоенное время. Сейчас здесь также наблюдается упадок.

Всего в России можно выделить три основные зоны, в зависимости от типа и возможностей использования геотермальной энергии:

Камчатка  и Курилы — наиболее «горячие»точки;

Северный  Кавказ и зона, прилегающая к Байкалу, где возможно использование глубинных  вод для теплоснабжения;

Потенциально  обширная территория, охватывающая 2/3 России, где возможно использование  низкопотенциальной энергии с помощью тепловых насосов.

Принципом теплового  насоса, используемым в большом масштабе, можно назвать и петротермальную энергетику, использующую энергию фонового теплового потока, исходящего из недр Земли.Её потенциал колоссален. Он примерно в 100 раз больше теплового потенциала гидротермальных систем, а количество выделяемого тепла, эквивалентное 34х109 млрд тонн условного топлива в год, могло бы обеспечивать энергией все электростанции мира в течение 40 млн лет.

В настоящее  время лидер в создании т.наз. петротермальных циркуляционных систем (ПЦС) — Австралия, кроме того, это направление мощно развивается в США, Швейцарии, Великобритании, Японии.

В России работы по развитию петротермальной энергетики находятся пока на экспериментальной стадии (подробнее — в материале, посвящённым непосредственно петротермальной энергетике). В значительной степени это связано с низкой заинтересованностью властных структур в нашей стране, продолжающих уповать, главным образом, на нефть и газ.

4.3. На примере Японии (нетрадиционное  использование и отказ от ГеоТэс)

В настоящее время Япония вынуждена  импортировать 80% необходимых ей энергоносителей, в том числе 100% нефти. И это  притом, что на нефть приходится 51,8% всей выработанной в стране энергии. 17,9% ее приходится на каменный уголь, 13,1% — на природный газ, 12,4% — на атомную  энергию, 3,4% — на гидроэнергию, 1,1% —  на остальные источники энергии (солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомасс).

Не смотря на богатство страны горячими источниками, на долю геотермальной  энергетики приходится лишь 0,2% от всей выработанной энергии. В Японии действует 16 геотермальных электростанций, общая  производительная мощность которых  достигает 530 тыс. Квт.

 В Японии небольшие экспериментальные  геотермальные станции были построены  в 1925-1926 годах в местах вулканической  активности. Идея их сооружения  базировалась на том, что вулканы  характеризуются мощной тепловой  энергией, выделение которой можно  наблюдать во время их извержений. Однако эти эксперименты были  неудачными.

 Первую коммерческую геотермальную  электростанцию здесь запустили  в эксплуатацию в 1966 году в  Матсукаве. Эта станция на 23 МВт появилась после попыток организовать в 1953 году в этой местности курорт с минеральными водами. Оказалось, что в большинстве пробуренных скважин пар обнаруживается на глубине 160-300 м. Разогретый пар получают из пяти действующих скважин при давлении в 4,4 бара и температуре 153-1900о С.

Необходимо констатировать, что  Япония постепенно отказывается от геотермальных  источников энергии. Связано это  с тем, что там станции расположены  в районе природных заповедников. Вместе с паром в атмосферу  выбрасывается сероводород, имеющий  неприятный запах и наносящий  вред среде заповедника. Поэтому  власти ввели ограничение на выброс сероводорода вулканического происхождения  в атмосферу. Нарушители вынуждены  платить огромные штрафы или совсем отказываться от станций.

Широкое строительство новых экологически чистых геотермальных станций сдерживается их высокой стоимостью.

 В то же время в Японии  можно встретить множество примеров  необычного использования термальных  вод. 

С помощью геотермальной энергетики растапливают снег на дороге. Существует несколько способов для этого. Например,в Кусацу-мати через трубы, проложенные под дорогой, пропускают пар, а в Ханамаки дорогу заливают специальной жидкостью, нагретой глубинным теплом Земли.

На курортах с термальными водами часто делают и продают лепешки  мандзю. Сейчас большую их часть делают на фабриках, но в старину их готовили на пару, который поднимается над бассейнами с горячей водой.

Термальные источники используются для обогрева теплиц с различными фруктами и овощами. На курорте с  минеральными водами Атагава выращивают такие тропические растения как бананы и бугенвиллеи. Тут также разводят крокодилов и слоновых черепах.

Поэтому в Японии сейчас акцент делается на развитии солнечной, ветряной и других видов возобновляемой энергии.