Геотермальна енергія переваги та недоліки. Геотермальна енергія: плюси та мінуси

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. Щоправда, у 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.).

Геотермальна електрична станція- Це комплекс інженерних пристроїв, що перетворюють теплову енергію планети в електричну енергію.

Геотермальна енергетика

Геотермальна енергетика належить до «зелених» видів енергії. Даний спосіб енергозабезпечення споживачів набув широкого поширення в регіонах з термічною активністю планети різних видіввикористання.

Геотермальна енергія буває:

Петротермальна, коли джерело енергії - шари землі, що володіють високою температурою;
Гідротермальна, коли джерело енергії – підземні води.

Геотермальні установки використовуються для енергопостачання підприємств сільського господарства, промисловості та у житлово-комунальній сфері.

Принцип роботи геотермальної електростанції

У сучасних геотермальних установках перетворення теплової енергії землі на електричну здійснюють декількома способами, це:

Прямий метод

В установках такого виду пара, що надходить з надр землі, працює в безпосередньому контакті з паровою турбіною. Пара подається на лопаті турбіни, яка свій обертальний рух передає генератору, що виробляє електричний струм.

Чи не прямий метод

У цьому випадку із землі закачується розчин, який надходить на випарник, і вже після випаровування, отримана пара надходить на лопаті турбіни.

Змішаний (бінарний) метод

У пристроях, що працюють за цим методом, вода зі свердловини надходить на теплообмінник, в якому, передає свою енергію теплоносія, який, у свою чергу, під впливом отриманої енергії випаровується, а пара, що утворилася надходить на лопаті турбіни.
У геотермальних установках, що працюють за прямим методом (спосібом) впливу на турбіну, джерелом енергії служить геотермальний пар.

У другому методі - використовуються перегріті гідротехнічні розчини (гідротерми), які мають температуру вище 180 *С.

При бінарному методі – використовуються гаряча вода, що забирається із шарів землі, а як пароутворююча використовується рідини з меншою температурою кипіння (фреон і подібні).

Плюси і мінуси

До перевагвикористання електростанцій цього виду можна віднести:

Це відновлюване джерело енергії;
Величезні запаси у перспективі розвитку;
Здатність працювати в автономному режимі;
Не схильність до сезонних і погодних факторів впливу;
Універсальність – виробництво електричної та теплової енергії;
При будівництві станції не потрібне влаштування захисних (санітарних) зон.

Недолікамистанцій є:

Висока вартість будівництва та обладнання;
У процесі роботи можливі викиди пари із вмістом шкідливих домішок;
При використанні гідротермів із глибинних шарів землі необхідна їх утилізація.

Геотермальні станції в Росії

Геотермальна енергетика поряд з іншими видами «зеленої» енергетики неухильно розвивається на території нашої держави. За розрахунками вчених, внутрішня енергія планети в тисячі разів перевищує кількість енергії, що міститься в природних запасах традиційних видів палива (нафта, газ).

У Росії успішно працюють геотермальні станції, це:

Паужетська ГеоЕС

Розташована біля селища Паужетка на острові Камчатка. Введена в експлуатацію у 1966 році.
Технічні характеристики:

Річний обсяг електричної енергії, що виробляється - 124,0 млн. кВт.год;
Кількість енергоблоків – 2.

Ведуться роботи з реконструкції, внаслідок якої електрична потужність збільшиться до 17,0 МВт.

Верхньо-Мутнівська дослідно-промислова ГеоЕС

Розташована у Камчатському краї. Введена в експлуатацію у 1999 році.
Технічні характеристики:

Електрична потужність – 12,0 МВт;
Річний обсяг електричної енергії, що виробляється - 63,0 млн. кВт.год;
Кількість енергоблоків – 3.

Мутнівська ГеоЕС

Найбільша електрична станція такого типу. Розташована у Камчатському краї. Введена в експлуатацію у 2003 році.
Технічні характеристики:

Електрична потужність – 50,0 МВт;
Річний обсяг електричної енергії, що виробляється - 350,0 млн кВт.год;
Кількість енергоблоків – 2.

Океанська ГеоЕС

Розташована в Сахалінській області. Введено в експлуатацію у 2007 році.
Технічні характеристики:

Електрична потужність – 2,5 МВт;
Кількість енергомодулів – 2.

Менделєєвська ГеоТЕС

Розташована на острові Кунашир. Введена в експлуатацію у 2000 році.

Технічні характеристики:

Електрична потужність – 3,6 МВт;
Теплова потужність – 17 Гкал/година;
Кількість енергомодулів – 2.

В даний час ведеться модернізація станції, після якої потужність становитиме 7,4 МВт.

Геотермальні станції у світі

У всіх технічно розвинених країнах, де є сейсмічно активні території, де внутрішня енергія землі виходить назовні, будуються та експлуатуються геотермальні електричні станції. Досвід будівництва таких інженерних об'єктів має:

США

Країна з найбільшою кількістю споживання електричної енергії, що виробляється геліотермічними станціями.

Встановлена потужність енергоблоків становить понад 3000 МВт - це 0,3% від усієї електричної енергії, що виробляється в США.

Найбільші це:

Група станцій The Geysers. Розташована у Каліфорнії, до складу групи входить 22 станції, встановленої потужністю 1517,0 МВт.
У штаті Каліфорнія станція «Imperial Valley Geothermal Area» встановленою потужністю 570,0 МВт.
У штаті Невада станція "Navy 1 Geothermal Area" встановленою потужністю 235,0 МВт.

Філіппіни

Встановлена потужність енергоблоків становить понад 1900 МВт, що становить 27 % від усієї електричної енергії, що виробляється в країні.

Найбільші станції:

"Макілінг-Банахау" встановленою потужністю 458,0 МВт.
"Тіві", встановлена потужність 330,0 МВт.

Індонезія

Встановлена потужність енергоблоків становить понад 1200 МВт, що становить 3,7 % від усієї електричної енергії, що виробляється в країні.

Найбільші станції:

"Sarulla Unit I", встановлена потужність - 220,0 МВт.
"Sarulla Unit II", встановлена потужність - 110,0 МВт.
"Sorik Marapi Modular", встановлена потужність - 110,0 МВт.
"Karaha Bodas", встановлена потужність - 30,0 МВт.
«Ulubelu Unit» знаходиться в стадії будівництва на Суматрі.

Мексика

Встановлена потужність енергоблоків становить 1000 МВт, що становить 3,0 % від усієї електричної енергії, що виробляється в країні.

Найбільша:

"Cerro Prieto Geothermal Power Station", встановленою потужністю 720,0 МВт.

Нова Зеландія

Встановлена потужність енергоблоків становить понад 600 МВт, що становить 10,0 % від усієї електричної енергії, що виробляється в країні.

Найбільша:

Ngatamariki, встановленою потужністю 100,0 МВт.

Ісландія

Встановлена потужність енергоблоків становить 600 МВт, що становить 30,0 % від усієї електричної енергії, що виробляється в країні.

Найбільші станції:

"Hellisheiði Power Station", встановленою потужністю 300,0 МВт.
"Nesjavellir", встановленою потужністю 120,0 МВт.
"Reykjanes", встановленою потужністю 100,0 МВт.
"Svartsengi Geo", встановленою потужністю 80,0 МВт.

Крім перерахованих вище, геотермальні електростанції працюють в Австралії, Японії, країнах Євросоюзу, Африки та Океанії.

3. Завдання

Список літератури

1. Перспективи використання геотермальних джерел енергії

Геотермальна енергія – це енергія внутрішніх областей Землі.

Ще 150 років тому на нашій планеті використовувалися виключно поновлювані та екологічно безпечні джерелаенергії: водні потоки річок та морських припливів - для обертання водяних коліс, вітер - для приведення в дію млинів та вітрил, дрова, торф, відходи сільського господарства - для опалення. Проте з кінця ХІХ століття дедалі більше зростаючі темпи бурхливого промислового розвитку викликали необхідність надінтенсивного освоєння та розвитку спочатку паливної, та був і атомної енергетики. Це призвело до стрімкого виснаження вуглецевих копалин і все більшої небезпеки радіоактивного зараження і парникового ефекту земної атмосфери. Тому на порозі нинішнього століття довелося знову звернутися до безпечних та відновлюваних енергетичних джерел: вітрової, сонячної, геотермальної, приливної енергії, енергії біомас рослинного та тваринного світу та на їх основі створювати та успішно експлуатувати нові нетрадиційні енергоустановки: приливні електростанції (ПЕМ), (ВЕУ), геотермальні (ГеоТЕС) та сонячні (СЕС) електростанції, хвильові енергоустановки (ВлЕУ), морські електростанції на родовищах газу (КЕС).

У той час, як досягнуті успіхи у створенні вітрових, сонячних та інших типів нетрадиційних енергоустановок широко висвітлюються в журнальних публікаціях, геотермальних енергоустановках і, зокрема, геотермальним електростанціям не приділяється тієї уваги, якої вони по праву заслуговують. А тим часом перспективи використання енергії тепла Землі воістину безмежні, оскільки під поверхнею нашої планети, що є, образно кажучи, гігантським природним енергетичним котлом, зосереджені величезні резерви тепла та енергії, основними джерелами яких є радіоактивні перетворення, що відбуваються в земній корі та мантії. ізотопів. Енергія цих джерел настільки велика, що вона щороку кілька сантиметрів зрушує літосферні пласти Землі, викликає дрейф материків, землетрусу і виверження вулканів.

Сучасна затребуваність геотермальної енергії як одного з видів відновлюваної енергії обумовлена: виснаженням запасів органічного палива та залежністю більшості розвинених країн від його імпорту (в основному імпорту нафти та газу), а також із суттєвим негативним впливом паливної та ядерної енергетики на середовище проживання людини та на дику природи. Все ж таки, застосовуючи геотермальну енергію, слід повною мірою враховувати її переваги та недоліки.

Головною перевагою геотермальної енергії є можливість її використання у вигляді геотермальної води або суміші води та пари (залежно від їх температури) для потреб гарячого водо- та теплопостачання, для вироблення електроенергії або одночасно для всіх трьох цілей, її практична невичерпність, повна незалежність від умов навколишнього середовища, часу доби та року. Тим самим використання геотермальної енергії (поряд з використанням інших екологічно чистих відновлюваних джерел енергії) може зробити істотний внесок у вирішення наступних нагальних проблем:

· Забезпечення стійкого тепло- та електропостачання населення в тих зонах нашої планети, де централізоване енергопостачання відсутнє або обходиться надто дорого (наприклад, у Росії на Камчатці, в районах Крайньої Півночі тощо).

· Забезпечення гарантованого мінімуму енергопостачання населення в зонах нестійкого централізованого енергопостачання через дефіцит електроенергії в енергосистемах, запобігання збиткам від аварійних та обмежувальних відключень тощо.

· Зниження шкідливих викидів від енергоустановок в окремих регіонах зі складною екологічною ситуацією.

При цьому в вулканічних регіонах планети високотемпературне тепло, що нагріває геотермальну воду до значень температур, що перевищують 140 - 150 ° С, найбільш вигідно використовувати для вироблення електроенергії. Підземні геотермальні води зі значеннями температур, що не перевищують 100°С, як правило, економічно вигідно використовувати для потреб теплопостачання, гарячого водопостачання та інших цілей

Таб. 1.

Значення температури геотермальної води, ° Спосіб застосування геотермальної води Більше 140 Вироблення електроенергії Менш 100 Системи опалення будівель та споруд Близько 60 Системи гарячого водопостачання Менш 60 Системи геотермального теплопостачання теплиць, геотермальні холодильні установки і т.п.

У міру розвитку та вдосконалення геотермальних технологій переглядаються у бік використання для виробництва електроенергії геотермальних вод із дедалі нижчими температурами. Так, розроблені в даний час комбіновані схеми використання геотермальних джерел дозволяють використовувати для виробництва електроенергії теплоносії з початковими температурами 70 - 80 ° С, що значно нижче температур, що рекомендуються в таблиці (150 ° С і вище). Зокрема, у Санкт-Петербурзькому політехнічному інституті створені гідропарові турбіни, використання яких на ГеоТЕС дозволяє збільшувати корисну потужність двоконтурних систем (другий контур - водяна пара) в діапазоні температур 20 - 200 ° С в середньому на 22%.

Значно підвищується ефективність застосування термальних вод за умови їх комплексного використання. При цьому в різних технологічних процесах можна досягти найбільш повної реалізації теплового потенціалу води, в тому числі і залишкового, а також отримати цінні компоненти, що містяться в термальній воді (йод, бром, літій, цезій, кухонна сіль, глауберова сіль, борна кислота і багато інших ) для їх промислового використання.

Основний недолік геотермальної енергії – необхідність зворотного закачування відпрацьованої води у підземний водоносний горизонт . А також застосування геотермальних вод не може розглядатися як екологічно чисте тому, що пара часто супроводжується газоподібними викидами, включаючи сірководень і радон - обидва вважаються небезпечними. На геотермальних станціях пара, що обертає турбіну, повинна бути конденсована, що вимагає джерела охолоджувальної води, так само як цього вимагають електростанції на вугіллі або ядерному паливі. В результаті скидання як охолоджувальної, так і конденсаційної гарячої водиможливе теплове забруднення середовища. Крім того, там, де суміш води та пари витягується із землі для електростанцій, що працюють на вологій парі, і там, де гаряча вода витягується для станцій з бінарним циклом, воду необхідно видаляти. Ця вода може бути незвичайно солоною (до 20% солі), і тоді буде потрібно перекачування її в океан або нагнітання в землю. Скидання такої води в річки або озера могло б знищити в них прісноводні форми життя. У геотермальних водах нерідко містяться також значні кількості сірководню - газу, що погано пахне, небезпечного у великих концентраціях.

Однак у зв'язку з впровадженням нових, менш витратних технологій буріння свердловин, застосуванням ефективних способівочищення води від токсичних сполук та металів капітальні витрати на відбір тепла від геотермальних вод безперервно знижуються. До того ж слід мати на увазі, що геотермальна енергетика останнім часом суттєво просунулась у своєму розвитку. Так, останні розробки показали можливість вироблення електроенергії при температурі пароводяної суміші нижче 80º З, що дозволяє набагато ширше застосовувати ГеоТЕС для вироблення електроенергії. У зв'язку з цим очікується, що в країнах із значним геотермальним потенціалом і насамперед у США потужність ГеоТЕС найближчим часом подвоїться.

Ще більше вражає нова, розроблена австралійською компанією Geodynamics Ltd., що з'явилася кілька років тому, воістину революційна технологія будівництва ГеоТЕС - так звана технологія Hot-Dry-Rock, що істотно підвищує ефективність перетворення енергії геотермальних вод в електроенергію. Суть цієї технології полягає в наступному.

До останнього часу в термоенергетиці непорушним вважався головний принцип роботи всіх геотермальних станцій, що полягає у використанні природного виходу пари з підземних резервуарів та джерел. Австралійці відступили від цього принципу і вирішили створити підходящий "гейзер". Для створення такого гейзера австралійські геофізики знайшли в пустелі на південному сході Австралії точку, де тектоніка та ізольованість скельних порід створюють аномалію, яка цілий рік підтримує в окрузі високу температуру. За оцінками австралійських геологів, гранітні породи, що залягають на глибині 4,5 км, розігріваються до 270°С, і тому якщо на таку глибину через свердловину закачати під великим тиском воду, то вона, повсюдно проникаючи в тріщини гарячого граніту, буде їх розширювати, одночасно нагріваючись. , а потім по іншій свердловині буде підніматися на поверхню. Після цього нагріту воду можна буде без особливих зусиль збирати в теплообміннику, а отриману від неї енергію використовувати для випаровування іншої рідини з нижчою температурою кипіння, пара якої, у свою чергу, і приведе в дію парові турбіни. Вода, що віддала геотермальне тепло, знову буде спрямована через свердловину на глибину і цикл таким чином повториться. Принципову схему отримання електроенергії за технологією, запропонованою австралійською компанією Geodynamics Ltd., наведено на рис.1.

Рис. 1.

Безумовно, реалізувати цю технологію можна не в будь-якому місці, а тільки там, де граніт, що залягає на глибині, нагрівається до температури не менше 250 - 270°С. При застосуванні такої технології ключову роль відіграє температура, зниження якої на 50 ° С, за оцінками вчених, удвічі підвищить вартість електроенергії.

Для підтвердження прогнозів спеціалісти компанії Geodynamics Ltd. Вже пробурили дві свердловини завглибшки по 4,5 км кожна і отримали доказ того, що на цій глибині температура досягає 270 - 300°С. В даний час проводяться роботи з оцінки загальних запасів геотермальної енергії у цій аномальній точці півдня Австралії. За попередніми розрахунками в цій аномальній точці можна отримувати електроенергію потужністю більше 1 ГВт, причому вартість цієї енергії буде вдвічі дешевше вартості вітрової енергії і в 8 - 10 разів дешевше сонячної.

геотермальна енергія екологічний фонд

Світовий потенціал геотермальної енергії та перспективи його використання

Група експертів із Світової асоціації з питань геотермальної енергії, яка здійснила оцінку запасів низько- та високотемпературної геотермальної енергії для кожного континенту, отримала такі дані щодо потенціалу різних типів геотермальних джерел нашої планети (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

Як видно з таблиці, потенціал геотермальних джерел енергії просто колосальний. Однак використовується він вкрай незначно, але наразі геотермальна електроенергетика розвивається прискореними темпами, не в останню чергу через галопуюче збільшення вартості нафти та газу. Цьому розвитку багато в чому сприяють прийняті у багатьох країнах світу урядові програми, які підтримують цей напрямок розвитку геотермальної енергетики.

Характеризуючи розвиток світової геотермальної електроенергетики як невід'ємної складової частини відновлюваної енергетики більш віддалену перспективу, відзначимо наступне. Згідно з прогнозними розрахунками у 2030 році очікується деяке (до 12,5% порівняно з 13,8% у 2000 році) зниження частки відновлюваних джерел енергії у загальносвітовому обсязі виробництва енергії. При цьому енергія сонця, вітру та геотермальних вод розвиватиметься прискореними темпами, щорічно збільшуючись у середньому на 4,1 %, проте внаслідок "низького" старту їхня частка у структурі відновлюваних джерел і у 2030 році залишатиметься найменшою.

2. Екологічні фонди, їх призначення, види

Питання, які включає в себе охорона навколишнього середовища, є досить актуальними та значущими у наші дні. Одним із них є питання про екологічні фонди. Саме від нього безпосередньо залежить ефективність всього процесу, тому що сьогодні без певних вкладень досягти чогось буває дуже непросто.

Екологічні фондиявляють собою єдину систему позабюджетних державних коштів, яка крім безпосереднього екологічного фонду повинна включати обласні, крайові, місцеві, а також республіканські фонди. Екологічні фонди, як правило, створюються з метою вирішення найважливіших та невідкладних природоохоронних завдань. Крім того, вони необхідні при компенсації заподіяної шкоди, а також у разі відновлення втрат у навколишньому природному середовищі.

Також не менш важливим питанням у цьому випадку є те, звідки беруться дані фонди, які відіграють досить важливу роль у такому процесі. охорона навколишнього середовища. Найчастіше екологічні фонди утворюються із коштів, що надходять від організацій, установ, громадян та підприємств, а також від юридичних громадян та осіб. Як правило, як них виступають всілякі плати за скиди відходів, викиди шкідливих речовин, розміщення відходів, а також інші види забруднень.

окрім цього екологічні фондиформуються за рахунок коштів реалізації конфіскованих інструментів та знарядь рибальства та полювання, сум, які виходять за позовами про відшкодування штрафів та шкоди за погіршення екологічного стану, інвалютних надходжень від іноземних громадян та осіб, а також від отриманих дивідендів за банківськими депозитами, вкладами як проценти , та від пайового використання фондових коштів у діяльності даних осіб та їх підприємств.

Як правило, всі перераховані вище кошти повинні бути зараховані на спеціальні рахунки банків у певному співвідношенні. Так, наприклад, на реалізацію природоохоронних заходів, які мають федеральне значення, виділяють десять відсотків коштів, на реалізацію заходів республіканського та обласного значення - тридцять відсотків. Решта суми має піти на реалізацію природоохоронних заходів, які мають місцеве значення.

3. Завдання

Визначити повну річну економічну шкоду від забруднення ТЕС, продуктивністю 298 т/добу вугілля при викидах: SO 2- 18 кг/т; летуча зола - 16 кг/добу; СО2 - 1,16 т/т.

Ефект очищення прийняти 68%. Питома шкода від забруднень на одиницю викидів становить: SO 2= 98 руб/т; у СО 2= 186 руб/т; уз = 76 руб/т.

Дано:

Q=298 т/добу;

g л. з. = 16 кг/добу; SO2 =18 кг/т;

gCO2 = 1,16 т/т

Рішення:

m л. з . = 0,016 * 298 * 0,68 = 3,24 т / добу

m SO2 = 0.018 * 298 * 0,68 = 3.65 т / добу

m CO2 = 1.16 * 298 * 0,68 = 235.06 т / добу

П л. з. = 360 * 3,24 * 76 = 88646,4 руб / рік

П SO2 = 360 * 3.65 * 98 = 128772 руб / рік

П СО2 = 360 * 235,06 * 186 = 15739617 руб / рік

П повний = 88646,4 +128772 +15739617 = 15 957 035,4 руб / рік

Відповідь: повний річний економічний збиток від забруднень ТЕС становить 15957035,4 рублів на рік.

Список літератури

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

Потрібна допомога з вивчення якоїсь теми?

Наші фахівці проконсультують або нададуть репетиторські послуги з цікавої для вас тематики.
Надішліть заявкуіз зазначенням теми прямо зараз, щоб дізнатися про можливість отримання консультації.

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). Найбільш активний розвиток галузі відбувається у місцях скупчення гарячих гейзерів, а також в областях навколо країв літосферних плит через найменшу товщину 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, можуть застосовуватися як для прямої подачі на опалювальні системи будинків і приміщень, так і для подальшого перетворення в електроенергію 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 рідини, що легко закипають (фреон та ін), на які впливають киплячою водою 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 копалин;

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 була також побудована перша повноцінна геотермальна електростанція). 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 побудовано 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.

Серед альтернативних джерел геотермальна енергія займає значне місце - її так чи інакше використовують приблизно у 80 країнах світу. У більшості випадків це відбувається на рівні будівництва теплиць, басейнів, застосування як лікувальний засіб або опалення.

У кількох країнах - у тому числі США, Ісландії, Італії, Японії та інших - побудовані та працюють електростанції.

Геотермальна енергія в цілому підрозділяється на два різновиди - петротермальну та гідротермальну. Перший тип використовує як джерело гарячі гірські породи. Другий – підземні води.

Якщо звести всі дані на тему в одну діаграму, виявиться, що в 99% випадків використовується тепло порід, і лише в 1% геотермальна енергія витягується з підземних вод.

Петротермальна енергетика

На даний момент у світі досить широко використовується тепло земних надр, причому переважно це енергія неглибоких свердловин – до 1 км. З метою забезпечення електроенергією, теплом або ГВП встановлюються свердловинні теплообмінники, що працюють на рідинах з низькою температурою кипіння (наприклад, на фреоні).

Наразі використання свердловинного теплообмінника є найбільш раціональним способом видобутку тепла. Виглядає так: теплоносій циркулює в замкнутому контурі. Нагрітий піднімається концентрично опущеною трубою, віддаючи своє тепло, після чого, охолоджений, за допомогою насоса подається в обсадну.

В основі використання енергії земних надр лежить природне явище – у міру наближення до ядра Землі зростає температура земної кори та мантії. На рівні 2-3 км від поверхні планети вона сягає понад 100 °С, у середньому збільшуючись з кожним наступним кілометром на 20 °С. На глибині 100 км температура сягає вже 1300-1500 ºС.

Гідротермальна енергетика

Вода, що циркулює на високих глибинах, нагрівається до значних величин. У сейсмічно активних районах вона піднімається на поверхню по тріщинах у земній корі, у спокійних регіонах її можна вивести за допомогою свердловин.

Принцип дії той самий: нагріта вода піднімається по свердловині вгору, віддає тепло, і повертається другою трубою вниз. Цикл практично нескінченний і відновлюємо доти, доки в земних надрах залишається тепло.

У деяких сейсмічно активних регіонах гарячі води лежать так близько до поверхні, що можна спостерігати, як працює геотермальна енергія. Фото околиць вулкана Крафла (Ісландія) демонструє гейзери, які передають пару для ГеоТЕС, що діє там.

Основні риси геотермальної енергетики

Увага до альтернативних джерел зумовлена тим, що запаси нафти та газу на планеті не є нескінченними, і поступово вичерпуються. Крім того, вони є не скрізь і багато країн залежать від поставок з інших регіонів. Серед інших важливих факторів - негативний вплив ядерної та паливної енергетики на місце існування людини і дику природу.

Велика перевага ГЕ - відновлюваність і універсальність: можливість використовувати для водо- і теплопостачання, або для вироблення електроенергії, або для всіх трьох цілей одночасно.

Але головне – це геотермальна енергія, плюси та мінуси якої залежать не так від місцевості, як від гаманця замовника.

Переваги та недоліки ГЕ

Серед переваг цього виду енергії такі:

вона відновлювана та практично невичерпна;
незалежна від часу доби, сезону, погоди;
універсальна - з її допомогою можна забезпечити водо- та теплопостачання, а також електрику;
геотермальні джерела енергії не забруднюють довкілля;
не викликають парникового ефекту;
станції не займають багато місця.

Однак є й недоліки:

геотермальна енергія не вважається повністю нешкідливою через викиди пари, у складі якої можуть бути сірководень, радон та інші шкідливі домішки;
при використанні води з глибоких горизонтів стоїть питання її утилізації після використання – через хімічного складутаку воду потрібно зливати або назад у глибокі шари, або океан;
будівництво станції щодо дорога - це здорожує і вартість енергії в результаті.

Сфера застосування

На сьогоднішній день геотермальні ресурси використовуються в сільському господарстві, садівництві, аква- та термокультурі, промисловості, сфері житлово-комунальних господарств. У кількох країнах побудовано великі комплекси, які забезпечують населення електроенергією. Продовжується розробка нових систем.

Сільське господарство та садівництво

Найчастіше використання геотермальної енергії у сільському господарстві зводиться до обігріву та поливу оранжерей, теплиць, установок аква- та гідрокультури. Подібний підхід застосовується у кількох державах - Кенії, Ізраїлі, Мексиці, Греції, Гватемалі та Теді.

Підземні джерела застосовуються для поливу полів, обігріву ґрунту, підтримки. постійної температурита вологості в оранжереї чи теплиці.

Промисловість та ЖКГ

У листопаді 2014 року у Кенії почала працювати найбільша на той час геотермальна електростанція світу. Друга за розмірами знаходиться в Ісландії – це Хеллішейді, що бере тепло від джерел біля вулкану Хенгідль.

Інші країни, що використовують геотермальну енергію у промислових масштабах: США, Філіппіни, Росія, Японія, Коста-Ріка, Туреччина, Нова Зеландія тощо.

Відомі чотири основні схеми добування енергії на ГеоТЕС:

пряма, коли пара прямує трубами в турбіни, з'єднані з електрогенераторами;
непряма, аналогічна попередньої у всьому, за винятком того, що перед потраплянням у труби пара очищається від газів;
бінарна - як робоче тепло використовується не вода або пара, а інша рідина, що має низьку температурукипіння;
змішана - аналогічна прямий, але після конденсації тут видаляють з води гази, що не розчинилися.

У 2009 році група дослідників, яка шукала придатні для використання геотермальні ресурси, досягла розплавленої магми лише на глибині 2,1 км. Подібне попадання в магму – велика рідкість, це лише другий відомий випадок (попередній стався на Гаваях у 2007 році).

Хоча з'єднана з магмою труба жодного разу не підключалася до ГеоТЕС Крафла, що знаходиться неподалік, вчені отримали дуже багатообіцяючі результати. Досі всі працюючі станції брали тепло опосередковано, із земних порід чи з підземних вод.

Приватний сектор

Одна з найперспективніших сфер – приватний сектор, для якого геотермальна енергія – це реальна альтернатива автономному газовому опалюванню. Найсерйозніша перешкода тут – за досить дешевої експлуатації висока початкова вартість обладнання, яка значно вища, ніж ціна установки «традиційного» опалення.

Свої розробки приватного сектора пропонують компанії MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe.

Країни, які використовують тепло планети

Безумовним лідером у використанні георесурсів є США - у 2012 році вироблення енергії в цій країні досягло позначки 16.792 мільйона мегават-годин. У тому ж році сумарна потужність усіх геотермальних станцій на території Штатів досягала 3386 МВт.

ГеоТЕС на території США розташовані в штатах Каліфорнія, Невада, Юта, Гаваї, Орегон, Айдахо, Нью-Мехіко, Аляска та Вайомінг. Найбільша група заводів зветься «Гейзери» і розташована неподалік Сан-Франциско.

Крім Сполучених Штатів, у першій десятці лідерів (станом на 2013 рік) також перебувають Філіппіни, Індонезія, Італія, Нова Зеландія, Мексика, Ісландія, Японія, Кенія та Туреччина. При цьому в Ісландії геотермальні джерела енергії забезпечують 30% всієї потреби країни, на Філіппінах - 27%, а в США - менше 1%.

Потенційні ресурси

Працюючі станції - лише початок, галузь лише починає розвиватися. Дослідження у цьому напрямі тривають постійно: більш ніж у 70 країнах ведеться розвідка потенційних родовищ, у 60 освоєно промислове використання ГЕ.

Перспективними виглядають сейсмічно активні райони (як видно на прикладі Ісландії) - штат Каліфорнія в США, Нова Зеландія, Японія, країни Центральної Америки, Філіппіни, Ісландія, Коста-Ріка, Туреччина, Кенія. Ці країни мають потенційно вигідні не досліджені родовища.

У Росії це Ставропольський край і Дагестан, острів Сахалін та Курильські о-ви, Камчатка. У Білорусі певний потенціал є на півдні країни, охоплюючи міста Світлогорськ, Гомель, Речиця, Калінковичі та Жовтневий.

В Україні є перспективними Закарпатська, Миколаївська, Одеська та Херсонська області.

Досить перспективним є півострів Крим, тим більше, що більшість споживаної ним енергії імпортується ззовні.