Экономические основы технологического развития на примере геотермальной энергетики

Рисунок 3.

  Здесь же следует упомянуть о геотермальном насосе. Как мы знаем, температура на поверхности Земли существенно различаются в зависимости от местоположения, высоты над уровнем моря, времени года и текущей погоды. Под землёй всё происходит иначе. На глубине от 30,5 до 122 метров температура стабилизируется в диапазоне от 7 до 21 градуса, в зависимости от широты. Геотермальный насос поднимает это тепло на поверхность. Тепло можно использовать для обогрева зданий в непогоду. Система может работать и в обратном режиме: тепло из дома может охлаждаться под землёй. Часть тепла в жару может быть использована для подогрева воды.

  Этой  идее уже много лет. В 1852 году над  идеей использования насосов для получения тепла работал британский физик-математик лорд Кельвин, всё остановилось на уровне идеи. Первая современная геотермальная система была установлена в одном из домов Индианаполиса. Интерес  к этой технологии  отопления оставался низким до тех пор, пока в 1970 не подняли цены на нефть. К этому времени интерес к таким системам появился в Европе. Геотермальные насосы сейчас используются , в основном, в Северной Америке и Европе.

  В большинстве геотермальных систем используется система закрытой петли. Серия труб установлена под землёй. Трубы могут быть прямыми и изогнутыми, горизонтальными и вертикальными (Рисунок 4, 5), они могут находиться в почве, в подземных водах или под близлежащим прудом. Теплообменная жидкость наполняет трубы. Жидкость поглощает тепло и переносит его в здание. Внутри здания находится теплообменник, который поглощает тепло и переносит его в систему компрессии. Сжатая теплопроводящая жидкость циркулирует в системе отопления здания.  

Рисунок 4. 

Рисунок 5. 
 

  Другой  тип геотермальной системы - открытая кольцевая. В этой системе термальная вода используется в качестве теплопроводящей  жидкости. Пробуриваются две скважины: одна для подъема теплой воды, а  вторая - для возвращения после того, как вода остынет. Для работы системы необходим доступный природный источник очень чистой термальной воды.

  Внутренняя  система теплообмена и насос  работают на электричестве, поэтому  геотермальная система не полностью  заменяет ископаемое топливо. Однако такая система делает отопление более экологичным, снижает потребление нефти, природного газа или электроэнергии для обогрева.

  3.Геотермальная энергия в России

  Россия  располагает значительными геотермальными ресурсами. Территория России хорошо исследована , и сегодня известны основные ресурсы тепла Земли, которые имеют значительный промышленный потенциал, в том числе и энергетический.

  Для энергетического обеспечения ряда удалённых регионов нашей страны геотермальные ресурсы перспективны и выгодны. Сегодня создают тепловые насосы и системы, которые позволяют получить теплоноситель с температурами 80-90 градусов Цельсия и выше. Это означает, что на 75-80% всей территории России можно эффективно использовать тепло Земли для теплоснабжения городов, посёлков и отдельных объектов.

  Для использования геотермальных ресурсов в России уже пробурено более 3000 скважин. Стоимость уже выполненных  исследований в геотермии и буровых  работ, в современных ценах составляют более 4 млрд. долл. США. Так, на Камчатке на геотермальных полях уже пробурено 365 скважин глубиной от 200 до 2500 метров и израсходовано около 300 млн. долл. США. По данным Института вулканологии ДВО РАН, уже выявлены  геотермальные ресурсы позволяют полностью обеспечить Камчатку  электричеством и теплом более чем на сто лет. Наряду с высокотемпературным Мутновским месторождением мощностью 300 МВт(э) на юге Камчатке известны значительные запасы геотермальных ресурсов на Кошелевском, Большом Банном, а на севере – на Киреунском месторождениях.  Всего на этих месторождениях  можно получить около 2000МВт(э).  Запасы  тепла геотермальных вод Камчатки оцениваются в 5000 МВт(т).

  На  Чукотке также имеются значительные запасы геотермального тепла , часть  из них уже открыта и может  активно использоваться для энергообеспечения близлежащих городов и посёлков.

  Курильские  острова также богаты запасами тепла  Земли, их вполне достаточно для тепло- и электрообеспечения этой территории а течении 100-200 лет. На острове Итуруп обнаружены ресурсы двухфазного  геотермального носителя, мощности которого достаточно для удовлетворения энергопотребностей всего острова. На южном острове Кунаширу имеются запасы геотермального тепла , которые уже используются для получения электроэнергии и теплоснабжения города Южно-Курильска. Недра северного острова Парамушир менее изучены, однако известно, что и на этом острове есть значительные запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95 градусов Цельсия.

  На  северном Кавказе хорошо изучены  геотермальные месторождения с  температурой в резервуаре от 70 до 180 градусов Цельсия, которые находятсяна глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используется геотермальная вода для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Здесь около 500 тыс. человек используют геотермальные ресурсы  для теплоснабжения в сельском хозяйстве и промышленности.

  Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве и конечно для теплоснабжения городов, посёлков.

  Сегодня большой интерес представляют геотермальные ресурсы Краснодарского и Ставропольского края, а также Калининградской области, где имеются запасы горячей воды с температурой до 110 градусов Цельсия, а их тепловой потенциал можно оценить в 1000 МВт(т).

  На  Рисунке 6 приведена карта геотермальных ресурсов России, а в Таблице 3 показатели работы геотермальных электростанций России в 2000 и 2001 годах. 

  Основные  показатели работы геотермальных электростанций России за 2000-2001 гг.

  Таблица 3 

Рисунок 6. 

Россия  обладает не только значительными ресурсами геотермальной энергии, но и передовыми технологиями использования геотермальной энергии. В последние 15-20 лет в России выполнен комплекс фундаментальных исследований в области геотермальной энергетики и создано отечественное геотермальное машиностроение, что позволило произвести энергетическое оборудование для 15 тепловых и электрических станций Камчатки, Курильских островов и Латинской Америки.

 В  настоящее время находится в  эксплуатации геотермальная станция  мощностью 50 МВт на Камчатке (Мутновская ГеоЭС), вводится в эксплуатацию Верхнемутновская электростанция мощностью 11 МВт. Геотермальные станции на Камчатке оснащены высокотехнологичным оборудованием, разработанным с учётом последних достижений российской науки и техники. Данные станции могут управляться удалённо с использованием спутниковой системы телекоммуникаций (центр управления станцией находится в Москве). Мутновская Гео ЭС мощностью 50 МВт(э) – лучшая геотермальная станция в мире по экологическим параметрам и уровню автоматизации.

  Ведущим разработчиком технологий использования  геотермальной энергии в России является АО «Наука» (Геотерм). В условиях открытого рынка и мировых  цен на нефть, газ и лес, геотермальные  тепловые и электрические станции  имеют бесспорно преимущество перед традиционными ТЭС, ТЭЦ и котельными по стоимости 1кВт*ч(эл) и 1 Гкал(тепла), с одной стороны, и по снижению выбросов парниковых и других газов в атмосферу (в 700-1000 раз меньше по сравнению с ТЭС при сжигании угля и мазута и в 200-300 раз меньше при сжигании газа).

  Учитывая, что в ряде регионов России имеются  значительные ресурсы низкотемпературной геотермальной энергии, разрабатываются  проекты по использованию низкопотенциальной энергии для обогрева жилых и  производственных помещений.

  Планируемая установленная мощность геотермальных  станций по выработке электроэнергии в России к 2010 году составило 68,3 МВт, а по выработке тепловой энергии 16,3 Гкал, что в сумме обеспечит  замещение органического топлива  в объёме 133,84 тыс. т. у. т.

  Основные  энергетические объекты геотермальных  станций планируется осуществить  в следующих регионах: Республика Бурятия (сооружение 22 ГеоТЭС общей  мощностью 1 МВт) , Камчатская область (сооружение 22 объектов общей мощностью 56 МВт), Краснодарский  край( геотермальное теплоснабжение города Лабинска общей мощностью 1 Гкал/ч), Омская область (строительство 5 установок для отопления и горячего водоснабжения общей мощностью 0,5 Гкал/ч), Сахалинская область (сооружение 3 ГеоТЭС общей мощностью 10,8 МВт на островах Кунашир, Итуруп, Парамушир), Ставропольский край (строительство геотермальных тепловых систем общей мощностью 1,5 Гкал для теплоснабжения и производства сельскохозяйственной продукции).

  4.Стоимость  геотермальной энергии.

  Исходя  из того, что расходы на исследования и разработку геотермальных полей составляют до 50% всей стоимости ГеоТЭС, и поэтому стоимость этой электроэнергии весьма значительна. Допустим стоимость всей опытно-промышленной Верхне-Мутовской  ГеоТЭС составила около 300 млн. рублей. Однако отсутствие транспортных расходов на топливо, возобновляемость геотермальной энергии и экологическая чистота производства электроэнергии и тепла позволяют геотермальной энергетике успешно конкурировать на энергетическом рынке и в некоторых случаях производить более дешёвую электроэнергию и тепло, чем на традиционных КЭС и ТЭЦ.

  Если  в качестве примера рассматривать  Камчатку, где более 80% электроэнергии производится на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, работающих на привозном мазуте, то использование  геотермальной энергии более выгодны. Даже сегодня, когда ещё идёт процесс строительства и освоение новых ГеоТЭС на Мутновском геотермальном поле, себестоимость электроэнергии на Верхне-Мутновской ГеоТЭС более чем в два раза ниже, чем на ТЭЦ в Петропавловске Камчатском. Стоимость 1кВтч(э) на старой Паужетской ГеоТЭС в 23 раза ниже, чем на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2.

  Себестоимость 1кВтч электроэнергии на Камчатке в  июле 1988г была от 10 до 25 центов, а  средний тариф на электроэнергию был установлен на уровне 14 центов. В июне 2001г. в этом же регионе тариф на электроэнергию за 1кВтч составлял от 7 до 15 центов. В начале 2002г. средний тариф в ОАО «Камчатскэнерго» был равен 3,6 руб. (12центов). Совершенно ясно, что экономика Камчатки не может успешно развиваться без снижения стоимости потребляемой электроэнергии, а этого можно достичь только путём использования геотермальных ресурсов.

  Если  рассматривать геотермальную энергию  в мировом масштабе, то в настоящее  время по стоимости производства геотермальная энергия может  вполне конкурировать с не возобновляемыми источниками энергии. Об этом свидетельствует следующая диаграмма.

  Стоимость производства электроэнергии (2011г)

Рисунок 7.

Кроме того скажем на крупных ГеоТЭС на Филлипинах , Новой Зеландии, в Мексике и  в США себестоимость 1кВт*ч электроэнергии часто не превышает 1 цента, при этом следует иметь в виду, что коэффициент использования мощности на ГеоТЭС достигает значения 0,95.  
 

  Заключение

  Развитие  геотермальной энергетики весьма необходимое, перспективное и выгодное предприятие  в наше время. Разведка и использование геотермальных использование геотермальных источников позволит позволяет обеспечить теплом, горячим водоснабжением и электроэнергией многие регионы нашей страны и других стран. Развитие технологий в этой области позволяет подводить мини геотермальные система к отдельным домам, в геотермальных зонах, что позволит существенно сократить расходы на электроэнергию и водоснабжение потребителей. Широкомасштабное таких систем теплоснабжения с тепловыми насосами, с использованием низкопотенциальных источников тепла позволит снизить расход ограниченного топлива на 20-25%.

  Мы  наблюдаем огромный рост использования  геотермальной энергии в её развитие многие государства вкладывают огромные средства, на реализацию новых проектов и месторождений. Допустим Министерство энергетики Российской Федерации подписало соглашение о финансировании мероприятий Курильской программы в сфере энергетики на 2012 год. Средства в размере 150 млн. рублей будут направлены на развитие возобновляемых источников энергии на островах. В частности, для дальнейшей реконструкции Менделеевской геотермальной станции и также для подготовки проекта реконструкции Океанской геотермальной станции на Итурупе. В перспективе в результате выполнения работ увеличится объём вырабатываемой энергии и снизится её стоимость.

  Также геотермальная энергия это один из выходов из затруднительной ситуации с использованием традиционных(не возобновляемых) источников энергии. Использование  которых наносит вред людям и  окружающей среде и к тому же их запасы могут иссякнуть через пару сотен лет, а может и раньше. Энергия геотермальных станций стала новой ступенью в развитии энергосбережения и энергоэффективности, силу своей неиссякаемостью, сравнительно низкой себестоимостью и экологичности.