Геотермальные ресурсы и электростанции России

Введение в геотермальные ресурсы

Глубинное тепло Земли относится к числу геотермальных ресурсов. Такая энергия формируется в результате распада радионуклидов в земных недрах.

Россия обладает значительным потенциалом этого источника энергии — по своей мощности он значительно превосходит возможности органического топлива. По оценкам, до 10% в структуре теплоснабжения страны может обеспечиваться за счёт тепла Земли. В России разведано 66 геотермальных месторождений, пробурено свыше 4 тысяч скважин для их освоения.

Наиболее перспективными регионами для дальнейшего развития считаются Камчатско-Курильская зона, Западная Сибирь и Северный Кавказ.

Геотермальные ресурсы Северного Кавказа хорошо изучены. Залегающие на глубине от 300 до 5000 метров, они имеют температуру до 180 °C и формируют сложные артезианские бассейны.

В Краснодарском крае выявленные геотермальные источники обладают тепловым потенциалом свыше 3800 ГДж в год. Однако в настоящее время в системе теплоснабжения используется лишь около 5% этого объема.

Месторождения на территории Западно-Сибирской плиты также представляют интерес для прямого применения: для отопления жилья, теплиц, а также для выращивания рыбы, грибов и другой сельхозпродукции.

На небольшой глубине вода в земных слоях нагревается до температуры кипения и превращается в пар, который может быть направлен на турбины для производства электроэнергии.

Специалисты различают два типа геотермальных ресурсов — гидротермальные и петротермальные. В России этот ресурс изучается уже давно: ещё в 1983 году был издан«Атлас ресурсов термальных вод СССР», содержащий карту потенциальных геотермальных источников страны.

Классификация термальных вод

В зависимости от условий теплового питания, термальные воды делятся на два основных типа:

1. Регионально нагретые воды — это, как правило, подземные пластовые воды в крупных артезианских бассейнах, прогреваемые тепловым полем региона.
2. Аномально нагретые воды — формируются в геотермальных условиях под влиянием вулканической активности. Сюда относятся порово-пластовые, трещинные и трещинно-жильные воды, связанные с вулкано-тектоническими структурами и депрессиями.

Геотермальная энергетика в России

Хотя мировым лидером в использовании тепла недр остаются США, Россия также активно развивает геотермальную энергетику — одну из перспективных и экологически чистых отраслей.

Геотермальные электростанции обычно располагаются в районах с активной вулканической деятельностью. При контакте лавы с подземными водами происходит сильный нагрев, в результате чего образуются гейзеры, термальные источники, горячие подземные потоки и геотермальные озера. Если таких природных выходов нет, горячую воду извлекают через буровые скважины.

Наибольшее распространение получили геотермальные станции непрямого типа, использующие тепло воды. Смешанный тип станций считается более экологичным, однако, несмотря на значительные запасы, в России масштабы геотермальной генерации пока невелики.

Первый опыт промышленного использования геотермального тепла в России состоялся в 1967 году — тогда на Паратунском месторождении в Камчатском крае была создана экспериментальная электростанция мощностью около 500 кВт. В это же время заработала первая в стране промышленная станция — Паужетская ГеоЭС, которая обеспечивала регион самой дешёвой электроэнергией.

Однако в условиях рыночной экономики ситуация изменилась: выросли затраты, и себестоимость энергии увеличилась. Сегодня развитие геотермальной энергетики на Камчатке идёт недостаточно активно, хотя регион всё ещё обладает высоким потенциалом и нуждается в устойчивых источниках энергии.

Преимущества геотермальной энергетики

Геотермальные электростанции обладают рядом значительных плюсов:

• они могут функционировать круглогодично и в самых разных климатических условиях с КПД свыше 90%;
• стоимость производимой энергии ниже по сравнению с большинством других типов электростанций;
• такие станции не выбрасывают углекислый газ и другие загрязнители;
• требуют минимального технического обслуживания.

На сегодняшний день в России действует пять электростанций, использующих геотермальные ресурсы.

Развитие геотермальной энергетики может частично решить проблему энергоснабжения отдалённых северных районов страны, где централизованная подача электроэнергии экономически нецелесообразна.

Геотермальные станции в России

Первая в стране геотермальная электростанция — Паужетская — была построена в 1966 году. Её задача заключалась в обеспечении электроэнергией местных посёлков и предприятий, связанных с переработкой рыбы. Своё название станция получила по селу на западном побережье Камчатки, в районе вулканов Камбальный и Кошелев.

Первоначальная мощность станции составляла 5 МВт, но после внедрения бинарного энергоблока она возросла до 17 МВт. Однако есть и экологические проблемы: станция сбрасывает значительное количество геотермальных вод в реку Озерная, где нерестится рыба. Температура сбрасываемой воды достигает 120 °C, что неблагоприятно влияет на экосистему. К тому же при этом теряется часть теплового потенциала геотермального источника.

ГеоЭС Камчатки и Курильских островов

Верхне-Мутновская ГеоЭС (опытно-промышленная) расположена на юго-востоке Камчатки на высоте 780 метров над уровнем моря. Введена в эксплуатацию в 1999 году, проектная мощность — 12 МВт.

Мутновская ГеоЭС, крупнейшая в регионе, находится у подножия вулкана Мутновский, примерно в 120 км от Петропавловска-Камчатского. Запущена в 2003 году, её установленная мощность составляет 50 МВт. Электростанция полностью автоматизирована. Подача пара температурой около 250 °C с глубины 300 метров приводит в действие турбины, а конденсат используется для отопления ближайшего населённого пункта.

Океанская ГеоТЭС, построенная на острове Итуруп (Курильская гряда), начала работу в 2006 году. Однако в настоящее время она выведена из эксплуатации из-за серии аварий, последняя из которых произошла в 2013 году.

Менделеевская ГеоТЭС, расположенная на острове Кунашир у подножия вулкана Менделеева, начала строиться в 1993 году. Её задача — обеспечение Южно-Курильска теплом и электроэнергией. В рамках федеральной программы сегодня станция проходит модернизацию для увеличения мощности.

Совокупно все геотермальные станции Камчатки покрывают до 25% потребностей региона в электроэнергии.

Недостатки геотермальной энергетики

Несмотря на экологические и технологические преимущества, развитие геотермальной энергетики сопровождается рядом проблем:

• в паре, поступающем на поверхность, могут содержаться вредные примеси;
• воду, поднятую с глубины, необходимо утилизировать;
• строительство ГеоЭС требует значительных финансовых вложений;
• высокая стоимость оборудования и низкий энергетический выход;
• ограниченный потенциал теплосодержания источников;
• продукт сложно транспортировать на дальние расстояния;
• возникают трудности при хранении тепловой энергии.

Геоэнергетическое районирование России

С учётом типов и возможностей применения геотермальной энергии, на территории России выделяют три основные зоны:

1. Зона высокой геотермальной активности — включает Камчатку и Курильские острова, где сосредоточены «горячие точки» с наибольшим потенциалом прямого использования.
2. Северокавказская зона и регион вокруг Байкала — отличаются хорошо изученными термальными источниками и артезианскими бассейнами.
3. Широкая зона, охватывающая около 2/3 территории страны — перспективна для использования низкопотенциального тепла с применением тепловых насосов, особенно для обогрева жилых зданий и теплиц.

Российские учёные уже добились серьёзных результатов в сфере геотермальной энергетики. Имеются патенты, авторские технологии и научные разработки, сохраняется высокий исследовательский потенциал. Теперь необходимо реализовать этот багаж в интересах страны — но без финансовых вложений и поддержки со стороны государства сделать это будет сложно.