Плюси та мінуси геотермальних джерел. Переваги та недоліки геотермальної енергетики

Здавна Земля є джерелом енергоресурсів, але, визнаючи цей факт, слід визнати і те, що джерела енергії, що не відновлюються, не нескінченні. Заради обігріву житла люди вже відмовилися від дров і більше не спалюють лісу, майже виключили видобуток кам'яного вугілля, визнаючи, що це завдає екологічної шкоди довкіллю. Але видобуток нафти та газу йде повним ходом. Тим часом наша планета в запасі має і відновлюване джерело енергії - силу її геотермальних вод.

Тепло із самих глибин планети

Використовувати тепло Землі - дуже приваблива ідея і непросте, але в цілому вирішуване завдання. Особливо актуально це для регіонів, де геотермальні джерела виходять на поверхню або хоча б знаходяться в зоні досяжності, як з інженерної, так і з економічної точок зору. Ось тільки місце розташування подібних джерел, як правило, є сусідами з тектонічними розломами планети і знаходиться в вкрай сейсмо нестійких регіонах.

Геотермальні електростанції: переваги та недоліки

Існує кілька принципових схем будівництва таких електростанцій і, зазвичай, вибір залежить від конкретного джерела тепла: десь достатньо пробурити свердловину і можна починати її експлуатацію, а десь необхідно очистити енергоносій, що надходить, від твердих частинок і шкідливих газів.

Але, яким би не був принцип роботи такої станції, вона має низку переваг перед ТЕС і навіть перед тепловою АЕС.

Ось недолік у геотермальної станціївсього один: в кінцевому рахунку він зводиться її місцезнаходження. Враховуючи, що сейсмічна активність не піддається прогнозам, райони тектонічних розломів є вкрай несприятливим місцем для будівництва та подальшої експлуатації енергоустановок.

Зате переваги численні та незаперечні:

• безпека для довкілля, зокрема відсутність виникнення парникових газів;
• компактність розмірів станції;
• основні витрати закінчуються із завершенням будівництва, витрати ж на експлуатацію – мінімальні;
• рахунок природного теплоносія (практично невичерпний ресурс!) собівартість електричної енергії знижується майже нуля.

Докладніше про екологію

З розвитком суспільства, зростає та її екологічна свідомість, проблеми розумного природокористування виходять першому плані. Провідні економічні держави, у тому числі й Росія, підписують протоколи про обмеження викидів в атмосферу, прагнучи скоротити шкоду від парникового ефекту та запобігти глобальному потеплінню. ТЕС, що використовують для вироблення електроенергії як паливо газ, продукти нафтопереробки і, особливо, кам'яне вугілля істотно впливають на зростання забрудненості атмосфери.

З тим, що є екологічна вада ТЕС, нічого вдіяти не можна. Можна спробувати скоротити викиди за рахунок повнішого спалювання палива, за рахунок застосування передових фільтруючих систем, але від «родової» нестачі теплової енергетики не уникнути.

Тож основне питання, яке постає у зв'язку з використанням термальною енергією, які екологічні переваги має геотермальна електростанція? Використовуючи воду та пару, нагріті самою природою, такі електростанції не виробляють викидів. Мінімізує шкоду навколишньому середовищу і невеликі габарити подібних станцій. Тож переваги геотермальних електростанцій перед ТЕС не підлягають сумніву.

Ця комплексна споруда, яка для вироблення електроенергії використовує глибинне тепло землі. У комплекс, як правило, входять: свердловини, які виводять на поверхню землі пароводяну суміш або перегріту пару, з системою трубопроводів і сепараційних пристроїв; генератори; машинний зал, де розміщуються парові турбіни, конденсаційні та інші установки; система технічного водопостачання, що охолоджує конденсатори турбін; Високовольтне електротехнічне обладнання. Для геотермальних електростанційглибина свердловин зазвичай не перевищує 3 км. Тому їх можна встановлювати не повсюдно, а тільки там, де на відносно невеликих глибинах вже є потрібна температура. Це місця стикування тектонічних плит, гейзери, регіони із сейсмічною активністю. Геотермальна енергіянайважливіший ресурс у вулканічно активних місцях, наприклад, в Ісландії та Новій Зеландії. Наскільки це економічно вигідно, залежатиме від того, до якої температури розігріта вода. У свою чергу, це залежатиме від того, наскільки гарячі породи, і скільки ми качаємо до них води. У гарячому районі вода закачується в свердловину, а коли піднімається під тиском, виходить і на поверхню, то перетворюється на пару. Пара може використовуватись для турбогенератора або через теплообмінник для обігріву будинків. Пара, перш ніж подаватися для обертання турбіни, має бути обов'язково очищена.

У геотермальної енергії є свої переваги та недоліки.

Переваги:

- Не відбувається забруднення навколишнього середовища;

- Не виникає парниковий ефект;

- геотермальна електростанція займає мало місця;

- Не витрачається паливо;

- Після будівництва геотермальної електростанції , Виходить майже безкоштовна енергія.

Мають місце такі недоліки:

- Будівництво геотермальних електростанцій можливо не скрізь;

— необхідний відповідний тип гарячого каміння, їх доступність; підходить тільки такий тип породи, який можна легко свердлити;

— можливий вихід на поверхню землі небезпечних газів та мінералів і може виникнути проблема з їхньою безпечною утилізацією. Новини

Переваги та недоліки геотермальної енергетики

Геотермальна енергія завжди приваблювала людей можливостями корисного застосування. Головною перевагою геотермальної енергії є її практична невичерпність та повна незалежність від умов навколишнього середовища, часу доби та року. Геотермальна енергія своїм " проектуванням " завдячує розпеченому центральному ядру Землі, з величезним запасом теплової енергії. Тільки у верхньому трикілометровому шарі Землі запасено кількість теплової енергії, еквівалентну енергії приблизно 300 млрд. т вугілля. Тепло центрального ядра Землі має прямий вихід на поверхню Землі через жерла вулканів та у вигляді гарячої водита пара.

Крім того, магма передає своє тепло гірським породам, причому зі зростанням глибини їхня температура підвищується. За наявними даними, температура гірських порід підвищується в середньому на 1 °С на кожні 33 м глибини (геотермічний ступінь). Це означає, що на глибині 3-4 км. вода закипає; а на глибині 10-15 км температура порід може досягати 100-1200°С. Але іноді геотермічний ступінь має інше значення, наприклад, у районі розташування вулканів температура порід підвищується на 1°С на кожні 2-3 м. У районі Північного Кавказу геотермічний ступінь становить 15-20 м. З цих прикладів можна зробити висновок про те, що є значне розмаїття температурних умов геотермальних джерел енергії, які визначатимуть технічні засоби її використання, і що температура є основним параметром, що характеризує геотермальне тепло.

Існують такі важливі можливості використання тепла земних глибин. Воду або суміш води та пари в залежності від їх температури можна направляти для гарячого водопостачання та теплопостачання, для вироблення електроенергії або одночасно для всіх трьох цілей. Високотемпературне тепло навколовулканічного району та сухих гірських порід переважно використовуватиме вироблення електроенергії та теплопостачання. Від того, яке джерело геотермальної енергії використовується залежить пристрій станції.

Якщо в даному регіоні є джерела підземних термальних вод, то доцільно використовувати їх для теплопостачання та гарячого водопостачання. Наприклад, за наявними даними, у Західному Сибіру є підземне море площею 3 млн. м2 з температурою води 70-9°С. Великі запаси підземних термальних вод знаходяться в Дагестані, Північній Осетії, Чечено-Інгушетії, Кабардино-Балкарії, Закавказзі, Ставропольському та Краснодарському краях, Казахстані, на Камчатці та інших районах Росії.

У Дагестані вже тривалий час термальні води використовуються для теплопостачання. За 15 років відкачано понад 97 млн. м3 термальної води для теплопостачання, що дозволило заощадити 638 тис. т умовного палива.

У Махачкалі термальною водою опалюються житлові будинки загальною площею 24 тис.м2, у Кизлярі - 185 тис.м2. Перспективними є запаси термальних вод у Грузії, які допускають витрати на добу 300-350 тис.м2 з температурою до 80чС. .Столиця Грузії знаходиться над родовищем термальних вод з метановазотним і сірководневим складом і температурою до 100°С.

Які проблеми виникають під час використання підземних термальних вод? Головна з них полягає у необхідності зворотного закачування відпрацьованої води у підземний водоносний горизонт. У термальних водах міститься велика кількість солей різних токсичних металів (наприклад бору, свинцю, цинку, кадмію, миш'яку) і хімічних сполук (аміаку, фенолів), що виключає скидання цих вод у природні водні системи, розташовані на поверхні. Наприклад, термальні води Великобанного родовища (на річці Банна, за 60 км від Петропавловська - Камчатського) містять різних солей до 1,5 г/л, фтору - до 9 мг/л, кремнієвої кислоти - до 300 мг/л. Термальні води Паужетського родовища в тому ж регіоні (температура J44 - 200°С, тиск на гирлі свердловини 2-4 атм) містять від 1,0 до 3,4 г/л різних солей, кремнієвої кислоти - 250 мг/л, борної кислоти - 15 мг/л, розчинених газів: вуглекислого - 500 мг/л, сірководню - 25 мг/л, аміаку -15 мг/л. Геотермальні води Тарумовського родовища в Дагестані (температура 185 ° С, тиск 150-200 атм) містять до 200 г/л солей і 3,5 -4 м3 метану в нормальних умовах на 1 м3 води.

Найбільший інтерес становлять високотемпературні термальні води або виходи пари, які можна використовувати для виробництва електроенергії та теплопостачання. У нас в країні експлуатується експериментальна Паужетська геотермальна електростанція (ГеоТЕС) встановленою електричною потужністю 11 МВт, побудована 1967 року на Камчатці.

Однак її роль у енергозабезпеченні регіону була незначною. Крім того, в 1967 році було введено в експлуатацію експериментальну ГеоТЕС потужністю 0,75 МВт на низькопотенційному геотермальному родовищі (температура води 80°С).

Отже, перевагами геотермальної енергії можна вважати практичну невичерпність ресурсів, незалежність від зовнішніх умов, часу доби та року, можливість комплексного використання термальних вод для потреб теплоелектроенергетики та медицини. Недоліками є висока мінералізація термальних вод більшості родовищ і наявність токсичних сполук і металів, що у більшості випадків виключає скидання термальних вод у природні водойми.

Геотермальні електростанції (ГеоЕС) – різновид альтернативної енергетики. ГеоЕС отримують електричну енергію рахунок геотермальних джерел надр Землі - гейзерів, відкритих і підземних гарячих джерел води чи метану, теплих сухих порід, магми. Оскільки геологічна активність відбувається на планеті регулярно, геотермальні джерела можна умовно вважати невичерпними (відновлюваними). За підрахунками вчених, теплова енергія Землі становить 42 трильйони Ват, 2% з яких (840 мільярдів) міститься в земній корі і доступна для видобутку, однак і цієї цифри достатньо, щоб забезпечити населення Землі невичерпною енергією на довгі роки.

Регіони з геотермальною активністю є в багатьох частинах планети і ідеальними для побудови станцій вважаються райони з високою геологічною активністю (вулканічною, сейсмічною). Найактивніший розвиток галузі відбувається у місцях скупчення гарячих гейзерів, соціальній та областях навколо країв літосферних плит з найменшої товщини земної кори.

Для отримання тепла із закритих підземних джерел використовується буріння свердловин. При поглибленні свердловини температура підвищується приблизно на 1 градус кожні 36 метрів, але є й вищі показники. Отримане тепло доставляється на поверхню станції у вигляді гарячої води або пари, вони можуть застосовуватися як для прямої подачі на опалювальні системи будинків та приміщень, так і для подальшого перетворення електроенергії на станції.

Залежно стану середовища (вода, пара) використовується три способи отримання електроенергії - прямий, непрямий і змішаний. При прямому використовується суха пара, що впливає на турбіну генератора безпосередньо. При непрямому використовується (найпопулярніший в даний час) очищена і нагріта водяна пара, що отримується випаром води, що закачується з підземних джерел температурою до 190 градусів. Як видно з представленого малюнка - перегріта пара по видобувних свердловинах піднімається до теплообмінника. У ньому відбувається передача теплової енергії закритий контур парової турбіни. Отримана від закипання рідини пара обертає турбіну, після чого знову конденсується в теплообміннику, що утворює замкнуту і практично нешкідливу для атмосфери систему. Парова турбіна з'єднана з електрогенератором, з якого отримують електроенергію. При змішаному способі застосовують проміжні легко-закипані рідини (фреон та ін), на які впливають окропом з джерел.

Переваги геотермальних електростанцій:

1) Станції не вимагають зовнішнього палива для роботи;

2) Практично невичерпні запаси енергії (якщо дотримуватись необхідних умов);

3) Можливість автоматизованої та автономної роботи за рахунок використання власне виробленої електрики;

4) Відносна дешевизна обслуговування станцій;

5) Станції можна використовувати для опріснення води при розташуванні на узбережжі океану чи моря.

Геотермальні електростанції - недоліки:

1) Вибір місця встановлення станції часто утруднений політичними та соціальними аспектами;

2) Проектування та будівництво ГеоЕС може вимагати дуже великих вкладень;

3) Забруднення атмосфери періодичними викидами через свердловину шкідливих речовин, які у корі ( сучасні технологіїдозволяють частково перетворювати ці викиди в паливо), проте воно значно нижче, ніж при виробництві електроенергії з викопних джерел;

4) Нестабільність природних геологічних процесів та, як наслідок, періодична зупинка роботи станцій.

Перша геотермальна електростанція

Перші експерименти зі здобиччю енергії з геотермальних джерел відносяться до початку 20 століття (1904 рік, Італія, де через невеликий час було також побудовано першу повноцінну геотермальну електростанцію). В даний час, з урахуванням швидкого зростання споживання електрики та швидкого вичерпання запасів традиційної енергетичної сировини, це одна з найперспективніших галузей енергетики.

Найбільші геотермальні електростанції

Лідерами отримання геотермальної енергії зараз є США та Філіппіни, де збудовані найбільші ГеоЕС, що виробляють понад 300 МВт енергії кожна, що достатньо для енергопостачання великих міст.

Геотермальні електростанції у Росії

У Росії її галузь розвинена менше, а й тут йде активний розвиток. Найперспективнішими регіонами країни є Курильські острови та Камчатка. Найбільша геотермальна електростанція країни – Мутнівська ГеоЕС на південному сході Камчатки, що виробляє до 50 МВт енергії (у перспективі – до 80 МВт). Також слід зазначити Паужетську (першу, побудовану в Росії), Океанську та Менделєєвську ГеоЕС.

Недоліки геотермальних електростанцій

• Знайти відповідне місце для будівництва геотермальної електростанції та отримати дозвіл місцевої влади та згода жителів на її зведення може бути проблематичною.
• Іноді діюча геотермальна електростанція може зупинитися внаслідок природних змін у земній корі. Крім того, причиною її зупинки може стати поганий вибір місця або надмірне закачування води в породу через свердловину нагнітальну.
• Через експлуатаційну свердловину можуть виділятися горючі чи токсичні гази чи мінерали, які у породах земної кори. Позбутися їх досить складно. Правда, в деяких випадках їх можна сифонувати (збирати) і переробити на пальне (нафта-сирець або природний газ, наприклад).

Питання

Чи можна побудувати невелику геотермальну електростанцію, здатну забезпечити електрикою будинок чи невелике селище?

Відповідь

Це можна здійснити в районах, де не потрібно бурити найглибші дорогі свердловини. Найбільш показовим прикладом є, мабуть, Ісландія, яка, насправді, знаходиться на вершині гігантського вулкана. На території США серед таких районів можна назвати території навколо Єллоустоуна, Термополіса та Саратоги у штаті Вайомінг та навколо міста Хот Спрінгс у Південній Дакоті (У Росії найбільш відомим регіоном з високим потенціалом для геотермальної енергетики вважається Камчатка.).