Вопрос производства электроэнергии всегда является для людей одним из самых актуальных, ведь от него зависит развитие промышленности и экономики стран. В погоне за использованием возобновляемых ресурсов людям отчасти удалось приручить энергию ветра и Солнца. Но помимо них высоким потенциалом обладает геотермальная энергетика, то есть такая, при которой используется энергия, исходящей из недр Земли.
Ученые-геофизики подсчитали, что температура ядра Земли составляет примерно от 3000°С до 6000°С. Предполагается, что в подземной коре на глубине 10-15 км значение температуры падает до отметки в 600-800°С, в океанах всего лишь 150-200°С, а главными источниками разогрева недр являются уран, торий и радиоактивный калий. Стоит отметить, что термальные воды на глубине 600-900 метров геологи открыли в конце 1940-х случайно.
Фото: Анастасия Лазутина. Термальные источники вулкана Барановского
Использовать геотермальную энергию можно в районах сейсмической и вулканической активности. По состоянию на середину 2021 года в пятерку лидеров рынка геотермальной энергетики входили США, Индонезия, Филиппины, Турция и Италия. Но и на территориях других стран Европы стали появляться геотермальные комплексы.
По данным продовольственной сельскохозяйственной организации ООН, в настоящее время геотермальную энергию для сельскохозяйственного производства используют 38 государств, лидером среди которых является Исландия, где уже почти удалось отказаться от импорта свежих овощей. В этой стране на геотермальную энергетику приходится 30% энергетики, а большая часть приходится на гидроэлектроэнергетику.
Фото: Анастасия Лазутина.Долина гейзеров, Камчатский край
В России сейчас работают четыре геотермальные электростанции: три на Камчатке и одна в Сахалинской области, на острове Кунашир (Курильские острова), общей установленной мощностью 81,4 МВт. Для сравнения, установленная мощность электростанций Единой энергосистемы (ЕЭС) России, то есть, не считая изолированных систем, — 247 601,8 МВт. То есть в случае с геотермальной энергетикой в России идет речь даже не о десятых, а о сотых долях процента!
Мировым лидером в ее развитии по мощности являются США — 3700 МВт. В 2050 году в Соединенных штатах Америки в пересчете на мощность планируют извлекать 60 ГВт в виде электрической энергии и 320 ГВт тепловой. По оценке экспертов, нормированная себестоимость глубинной энергии Земли составит всего 6 центов за кВт/ч. На сегодняшний день в США эксплуатируется два миллиона тепловых насосов, а к 2050 году их количество может возрасти до 28 млн. Фактически это означает, что насосы будут установлены в каждом частном домохозяйстве. В России же число тепловых насосов составляет несколько десятков.
Тепловыми насосами называются агрегаты, которые обеспечивают передачу теплоэнергии от менее нагретых предметов к более нагретым и при этом увеличивают их температуру. Они стали чрезвычайно популярными в последние годы, поскольку позволяют получать дешевое тепло и при этом не загрязнять окружающую среду. Роль низкотемпературного (иначе, низкопотенциального) источника играет подземная вода с невысокой температурой. И главное здесь то, что достигается существенная экономия топлива — до 50%.
В 2016 году в нашей стране была утверждена Стратегия научно-технологического развития России. Впервые было заявлено о переходе на инновационное развитие. Основной механизм развития — выполнение комплексных научно-технических программ в рамках Стратегии — от научной идеи и до производства оборудования. Для выполнения задачи были созданы советы по приоритетным направлениям. В рамках реализации комплексных научно-технических программ (КНТП) ученые Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН разработали проект развития геотермальной энергетики. В проекте заложено 3 млрд рублей бюджетных средств и 12 млрд рублей частных инвестиций.
Фото: Анастасия Лазутина.Заброшенная геотермальна станция, о. Итуруп, Сахалинская область
Самые подходящие территории для развития геотермальной энергетики в России — это Камчатка и Курилы, Северный Кавказ и район Байкала, где под поверхностью Земли наблюдаются высокие температуры на сравнительно небольшой глубине — 1-1,5 км. В Западной Сибири горячие породы также расположены относительно неглубоко. Каждая территория диктует свои условия и способы организации добычи и утилизации геотермальной энергии. В частности, в районах, где температура в скважине составит около +80°С, эффективно могут быть применены так называемые бинарные технологии, при которых тепло от геотермальной воды через теплообменник передается фреону, кипящему при низких температурах, а пары фреона вращают турбину и электрогенератор, соответственно, производится электричество.
Главным достоинством бинарного цикла является возможность его адаптации к различным источникам тепловой энергии. За счет варьирования рабочего тела его можно использовать в широком диапазоне температур и давлений, как в высокотемпературной, так и в средне- и низкотемпературной области. Таким образом, бинарные циклы — это перспективная технология, которую ИТ СО РАН планирует реализовать на территории России, поскольку основная часть скважин имеет сравнительно низкий тепловой потенциал. Рассматриваются возможности для строительства таких станций в Сибири, на Кубани, Кавказе, в Ставрополье и Калининградской области. Кроме того, бинарные циклы можно успешно применять и в целях энергосбережения при утилизации сбросного тепла.
Фото: Анастасия Лазутина.Заброшенная геотермальна станция, о. Итуруп, Сахалинская область
Впервые в мире Институт теплофизики построил бинарную станцию на Паратунке вблизи Петропавловска-Камчатского. Паратунская станция работала с 1967 по 1974 годы, а потом оказалось, что электричество там не нужно, а требуется тепло. Вследствие чего установку разобрали, фреоновую турбину перевезли в европейскую часть России, и в итоге она там так и не нашла применения. Сейчас в России нет ни одной бинарной станции.
Москва
