Геотермальная энергетика — Википедия

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях, или непосредственно, для отопления или горячего водоснабжения. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

Запасы тепла Земли практически неисчерпаемы — при остывании ядра на 1 °C выделится 2*10²⁰ кВт⋅ч энергии, что в 10000 раз больше, чем содержится во всем разведанном ископаемом топливе, и в миллионы раз больше годового энергопотребления человечества. При этом температура ядра превышает 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за миллиард лет.

Тепловой поток, текущий из недр Земли через её поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла (400 тыс. ТВт⋅ч в год, что в 17 раз больше всей мировой выработки, и эквивалентно сжиганию 46 млрд тонн угля), а тепловая мощность, вырабатываемая Землей за счет радиоактивного распада урана, тория и калия-40 оценивается в 33±20 ТВт, т.е. до 70% теплопотерь Земли восполняется

[1]. Использование даже 1% этой мощности эквивалентно нескольким сотням мощных электростанций. Однако, плотность теплового потока при этом составляет менее 0,1 Вт/м² (в тысячи и десятки тысяч раз меньше плотности солнечного излучения), что затрудняет её использование.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее +100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении и Таджикистане.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Ниже описана гидротермальная энергетика

[2].

По способу извлечения теплоносителя:^[3]

• Традиционные
  • Фонтанные — когда имеет место самоизлив геотермального теплоносителя за счёт давления в недрах земли.
  • Насосные — используются, когда давление недостаточно для фонтанирования.
• Геоциркуляционные — охлаждённый геотермальный теплоноситель закачивается обратно под землю.

По типу используемых ресурсов:^[4]

• Гидротермальные — использующие теплоту геотермальных вод естественного происхождения.
• Петротермальные — использующие теплоту сухих горных пород.

Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.

Россия
На 2006 год в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тысяч м³/сутки. На двадцати месторождениях ведётся промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Черкесское и Казьминское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России.

Достоинства[править | править код]

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Коэффициент использования установленной мощности ГеоТЭС может достигать 80%, что недостижимо для любой другой альтернативной энергетики.

Недостатки[править | править код]

Экономическая обоснованность скважин[править | править код]

Для того, чтобы преобразовать тепловую энергию в электрическую с помощью какой-нибудь тепловой машины (например, паровой турбины), необходимо, чтобы температура геотермальных вод была достаточно велика, иначе КПД тепловой машины будет слишком низким (например, при температуре воды 40°C и температуре окружающей среды 20°C КПД идеальной тепловой машины составит всего 6%, а КПД реальных машин ещё ниже, кроме того, часть энергии будет потрачена на собственные нужды станции — например, на работу насосов, которые выкачивают теплоноситель из скважины и закачивают отработанный теплоноситель обратно). Для генерации электроэнергии целесообразно использовать геотермальную воду температурой от 150°C и выше. Даже для отопления и горячего водоснабжения требуется температура не ниже 50°C. Однако, температура Земли растет с глубиной довольно медленно, обычно геотермический градиент составляет всего 30°C на 1 км, т.е. даже для горячего водоснабжения потребуется скважина глубиной более километра, а для генерации электроэнергии — несколько километров. Бурение таких глубоких скважин обходится дорого, кроме того, на перекачку теплоносителя по ним тоже требуется затратить энергию, поэтому использование геотермальной энергии далеко не везде целесообразно. Практически все крупные ГеоЭС расположены в местах повышенного вулканизма — Камчатка, Исландия, Филиппины, Кения, поля гейзеров

[en] в Калифорнии и т.д, где геотермический градиент гораздо выше, а геотермальные воды находятся близко к поверхности.

Экология теплоносителя[править | править код]

Одна из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт, на что требуется расход энергии. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия) , неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Закачка отработанной воды необходима еще и для того, чтобы давление в водоносном пласте не упало, что приведет к уменьшению выработки геотермальной станции или её полной неработоспособности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Провоцирование землетрясений[править | править код]

Пхоханское землетрясение 2017 года

Экономическая обоснованность бурения и инфраструктуры скважин заставляет выбирать места с большим геотермическим градиентом.^[5] Такие места обычно находятся в сейсмически активных зонах.^[5] Кроме того, при постройке ГЦС-станции проводится гидравлическое стимулирование пород, позволяющее за счёт дополнительных трещин увеличить теплообмен теплоносителя с породами. Однако, по результатам исследования пхоханского землетрясения 2017 года (кор., англ.), оказалось, что даже регулирования с помощью измерений с дополнительных сейсмографических станций не достаточно для исключения индуцированных землетрясений.

[6] Спровоцированое^[6] эксплуатацией геотермальной станции, пхоханское землетрясение произошло 15 ноября 2017 года, магнитуда составила 5,4 единицы^[7], пострадали 135 человек и 1700 остались без крова.^[5]

Геотермальная электроэнергетика в мире[править | править код]

Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновляемых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, где отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х годов составляла около 5 ГВт, на начало 2000-х годов — около 6 ГВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций планеты выросла до 10,5 ГВт^[8].

Установленная мощность геотермальных электростанций по странам

Страна	в 2007 г., МВт[9]	Мощность в 2010 г., МВт[10]	[источник не указан 3121 день]
США	2687	3086	0,3 %
Филиппины	1969,7	1904	27 %
Индонезия	992	1197	3,7 %
Мексика	953	958	3 %
Италия	810,5	843
Новая Зеландия	471,6	628	10 %
Исландия	421,2	575	30 %
Япония	535,2	536	0,1 %
Сальвадор	204,2	204	14 %
Кения	128,8	167	11,2 %
Коста-Рика	162,5	166	14 %
Никарагуа	87,4	88	10 %
Россия	79	82	0,05 %
Турция	38	82
Папуа-Новая Гвинея	56	56
Гватемала	53	52
Португалия	23	29
КНР	27,8	24
Франция	14,7	16
Эфиопия	7,3	7,3
Германия	8,4	6,6
Австрия	1,1	1,4
Австралия	0,2	1,1
Таиланд	0,3	0,3
Всего	9731,9	10709,7

США[править | править код]

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт^[11]. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт.^{[обновить данные]}

Наиболее мощная и известная группа геотермальных электростанций находится на границе округов Сонома и Лейк в 116 км к северу от Сан-Франциско. Она носит название «Гейзерс»(«Geysers») и состоит из 22 геотермальных электростанций с общей установленной мощностью 1517 МВт^[12]. «На „Гейзерс“ сейчас приходится одна четвёртая часть всей произведенной в Калифорнии альтернативной [не гидро-] энергии»^[13]. К другим основным промышленным зонам относятся: северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности) и геотермальные электростанции в Неваде, чья установленная мощность достигает 235 МВт.

Американские компании являются мировыми лидерами в этом секторе, несмотря на то, что геотермальная энергетика начала активно развиваться в стране сравнительно недавно. По данным Министерства Торговли, геотермальная энергия является одним из немногих возобновляемых источников энергии, чей экспорт из США больше, чем импорт. Кроме того, экспортируются также и технологии. 60 %^[14] компаний-членов Geothermal Energy Association в настоящее время стремятся делать бизнес не только на территории США, но и за её пределами (в Турции, Кении, Никарагуа, Новой Зеландии, Индонезии, Японии и прочее).

Геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в стране, имеет особую правительственную поддержку.

Филиппины[править | править код]

На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27 % всей электроэнергии в стране.

Мексика[править | править код]

Страна на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной энергии в мире, с установленной мощностью электростанций в 953 МВт. На важнейшей геотермальной зоне Серро Прието расположились станции общей мощностью в 750 МВт.

Италия[править | править код]

В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.

Исландия[править | править код]

В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.

Одна из таких станций снабжает столицу Рейкьявик. Станция использует подземную воду, а излишки воды сливают в гигантский бассейн.

В 2000 году был начат Исландский проект глубокого бурения (IDDP), целью которого является разработка технологий по использованию энергии гидротермальных флюидов, находящихся в сверхкритическом состоянии.

Кения[править | править код]

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт, существуют планы по росту мощностей до 576 МВт. На сегодняшний день в Кении находится самая мощная ГеоЭС в мире, Олкария IV.

Россия[править | править код]

Впервые в мире неводяные пары как тепловой носитель применены на Паратунской ГеоТЭС в 1967 году.^[15]

Сегодня на Камчатке 40 % потребляемой энергии вырабатывается на геотермальных источниках^[16].
По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения РАН, геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт.^[17] Российский потенциал реализован только в размере немногим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):

• Мутновское месторождение:
  • Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт·э (2011) и выработкой 69,5 млн кВт·ч/год (2010) (81,4 в 2004),
  • Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 50 МВт·э (2011) и выработкой 360,5 млн кВт·ч/год (2010) (на 2006 год ведётся строительство, увеличивающее мощность до 80 МВт·э и выработку до 577 млн кВт·ч)
• Паужетское месторождение возле вулканов Кошелева и Камбального — Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2011) и выработкой 43,1 млн кВт·ч (на 2010 год проводится реконструкция с увеличением мощности до 18 МВт·э).
• Месторождение на острове Итуруп (Курилы): Океанская ГеоТЭС установленной мощностью 2,5 МВт·э (2009). Существует проект мощностью 34,5 МВт и годовой выработкой 107 млн кВт·ч.
• Кунаширское месторождение (Курилы): Менделеевская ГеоТЭС мощностью 3,6 МВт·э (2009).

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.

В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений.^[18]

Япония[править | править код]

В Японии насчитывается 20 геотермальных электростанций, однако геотермальная энергетика играет незначительную роль в энергетическом секторе страны: в 2013 году этим методом производилось 2596 ГВт/ч электроэнергии, что составляет около 0,25% от общего объёма электроснабжения страны

По температуре[править | править код]

Слаботермальные	до +40 °C
Термальные	от +40 до +60 °C
Высокотермальные	от +60 до +100 °C
Перегретые	более +100 °C

По минерализации (сухой остаток)[править | править код]

ультрапресные	до 0,1 г/л
пресные	0,1—1,0 г/л
слабосолоноватые	1,0—3,0 г/л
сильносолоноватые	3,0—10,0 г/л
солёные	10,0—35,0 г/л
рассольные	более 35,0 г/л

По общей жёсткости[править | править код]

очень мягкие	до 1,2 мг-экв/л
мягкие	1,2—2,8 мг-экв/л
средние	2,8—5,7 мг-экв/л
жёсткие	5,7—11,7 мг-экв/л
очень жёсткие	более 11,7 мг-экв/л

По кислотности, рН[править | править код]

сильнокислые	до 3,5
кислые	3,5—5,5
слабокислые	5,5—6,8
нейтральные	6,8—7,2
слабощелочные	7,2—8,5
щелочные	более 8,5

По газовому составу[править | править код]

сероводородные
сероводородно-углекислые
углекислые
азотно-углекислые
метановые
азотно-метановые
азотные

По газонасыщенности[править | править код]

слабая	до 100 мг/л
средняя	100—1000 мг/л
высокая	более 1000 мг/л

Данный тип энергетики связан с глубинными температурами Земли, которые с определённого уровня начинают подниматься. Средняя скорость её повышения с глубиной — около 2,5 °С на каждые 100 м. На глубине 5 км температура составляет примерно 125 °С, а на 10 км около 250 °С. Добыча тепла производится посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода, которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара. Проблема данной энергетики на сегодня — её рентабельность.^[2]

1. ↑ Капитинов И. М. Ядерное тепло Земли // Учебное пособие «Радиоактивность атомных ядер» под ред. Б.С. Ишханова. — КДУ, Университетская книга, Москва, 2017. — С. 48–56.
2. ↑ ^{1 2} Кирилл Дегтярёв. Петротермальная энергетика — старт в России (неопр.) (недоступная ссылка). Русское географическое общество (24 октября 2011). Дата обращения 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
3. ↑ Алхасов, 2016, с. 18, 98.
4. ↑ Алхасов, 2016, с. 16—17.
5. ↑ ^{1 2 3} Пхоханское землетрясение 2017 года заставило пересмотреть подходы к оценке рисков геотермальной энергетики
6. ↑ ^{1 2} Summary Report of the Korean Government Commission on Relations between the 2017 Pohang Earthquake and EGS Project  (кор.)
7. ↑ Землетрясение 2017 года в Корее обусловлено работой геотермальной электростанции (рус.). Хабрахабр (30.04.2018). Дата обращения 3 сентября 2019.
8. ↑ Geothermal Development Expands Globally
9. ↑ Bertani, Ruggero (September 2007), «World Geothermal Generation in 2007», Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — Т. 28 (3): 8–19, ISSN 0276-1084, <http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf>. Проверено 12 апреля 2009. 
10. ↑ Holm, Alison (May 2010), Geothermal Energy:International Market Update, Geothermal Energy Association, с. 7, <http://www.geo-energy.org/pdf/reports/GEA_International_Market_Report_Final_May_2010.pdf>. Проверено 24 мая 2010. 
11. ↑ Geothermal Projects Being Developed in 70 Countries 25 Май 2010 г.
12. ↑ The Geysers Geothermal Field, California, United States of America//www.power-technology.com — http://www.power-technology.com/projects/the-geysers-geothermal-california
13. ↑ Calpine and the Environment//www.geysers.com — http://www.geysers.com/environment.htm Архивная копия от 5 июля 2012 на Wayback Machine
14. ↑ Charles W. Thurston. Accelerating Geothermal Growth Through DOE Initiatives//Renewable Energy World North America, May, 2010//www.renewableenergyworld.com — http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth-through-doe-initiatives
15. ↑ Л. А. Огуречников. Геотермальные ресурсы в энергетике (неопр.). №11 (31). Альтернативная энергетика и экология (2005). Дата обращения 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
16. ↑ Пока не закончится нефть // июнь 2016
17. ↑ Геотермальная энергетика (неопр.). журнал «Энергосвет». Дата обращения 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
18. ↑ В. А. Бутузов, Г. В. Томаров, В. Х. Шетов. Геотермальная система теплоснабжения с использованием солнечной энергии и тепловых насосов (неопр.). журнал «Энергосбережение» (№3 2008). Дата обращения 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
19. ↑ ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений»

• Дегтярев К. Тепло земли // Наука и жизнь. — 2013. — № 9-10.
• Дворов И. М. Глубинное тепло Земли / Отв. ред. д.г.-м.н. А. В. Щербаков. — М.: Наука, 1972. — 208 с. — (Настоящее и будущее человечества). — 15 000 экз.
• Берман Э., Маврицкий Б. Ф. Геотермальная энергия. М.: Мир, 1978. 416 с.
• Севастопольский А. Е. Геотермальная энергия: Ресурсы, разработка, использование : Пер. с англ. М.: Мир, 1975.
• Баева А. Г., Москвичёва В. Н. Геотермальная энергия: проблемы, ресурсы, использование. Библиографический указатель. Издательство СО АН СССР, Институт теплофизики, 1979
• Алхасов А.Б. Возобновляемые источники энергии. — М.: Издательский дом МЭИ, 2016. — ISBN 978-5-383-00960-4.

как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс / Toshiba corporate blog / Habr

Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.

Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.

Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.

Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.

Немного о тепле Земли

Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.

Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1

Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.

Виды геотермальных электростанций

В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.

Гидротермальная станция

Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.

ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy

Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.

Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.

ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy

Петротермальная станция

Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.

Упрощенная схема петротермальной электростанции

Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.

Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.

В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.

Преимущества геотермальной энергетики

Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.

Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.

Стабильность. Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.

Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.

Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.

Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.

Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.

Недостатки геотермальной энергетики

Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.

Результат воздействия геотермальной воды на металлы.

При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.

Высокая стоимость за киловатт. Несмотря на относительную простоту конструкции ГеоТЭС, первичные вложения в их строительство немалые. Много средств уходит на геологоразведку и анализ, в результате чего себестоимость геотермальных станций колеблется на уровне $2800/кВт установленной мощности. Для сравнения: ТЭС — $1000/кВт, ветряки — $1600/кВт, солнечная электростанция — $1800-2000/кВт, АЭС — около $6000/кВт. Причём для ГеоТЭС приведена усреднённая стоимость, которая может сильно варьироваться в зависимости от страны, рельефа, химического состава пара и глубины бурения.

Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.

Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.

Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3

Где всё это работает и насколько это перспективно

По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.

Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидеров по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.

Первая геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Она вырабатывала 23,5 МВт, а турбину и генератор для неё произвела Toshiba. В 2010-х годах геотермальная энергия стала наиболее востребованной в странах Африки, где началось активное заключение контрактов и строительство ГеоТЭС. В 2015 году в Кении была открыта станция Olkaria IV, одна из четырёх, находящаяся в зоне Олкария в 120 км от Найроби, с мощностью 140 МВт. С ее помощью правительство снижает зависимость от гидроэлектростанций, сброс воды из которых часто приводит к разрушительным наводнениям.

ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba

ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.

В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.

Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.

Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.

На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.

что это такое, источники, плюсы и минусы

Кто не мечтает хотя бы раз в жизни найти клад. И мало кто подозревает, что драгоценные ресурсы находятся прямо у нас под ногами. Мы владеем величайшим богатством – геотермальной энергией.

Вы видели когда-нибудь гейзер?

ДаНет

Геотермальная энергия – тепло, исходящее из земли, это естественный, возобновляемый ресурс для производства электричества. Тепло Земли по объемам неисчерпаемо, оно в миллионы раз превышает все энергетические ресурсы вместе взятые.

Даже 1% энергии Земли заменяет не одну сотню электрических станций. Осталось только научиться использовать ее.

Геотермальная энергия – одна из самых перспективных в мире.

Геотермальные источники энергии

Геотермальная энергетика не изобретена человеком. Тепловой энергией наделен сам земной шар с момента возникновения планеты.

Нередко нагретые от природы подземные водоемы располагаются очень близко к поверхности. В таком случае геотермальное тепло визуально определяется невооруженным глазом. Это извергающаяся лава вулканов, геотермальные источники – гейзеры.

Преимущества геотермальной энергии в том, что запасы такого тепла в 10 раз превышают запасы органических ископаемых, основного топлива планеты.

Особенности использования геотермальной энергии

В теории неисчерпаемых ресурсов энергии планеты хватит на нужды человеческой цивилизации. Но на практике мы встречаем проблемы с добычей и переработкой геотермальной энергии. Так первоначальные вложения составляют от 200 до 5000 долларов на 1КВт мощности.

Плюсом считается бесплатный теплоноситель. Для сравнения на ТЭС и АЭС затраты на энергопотребление составляют от 50 до 80%.

Плюсы геотермальной энергии	Недостатки геотермальной энергии
Неисчерпаемость источника	Требуется бурить скважины глубиной до нескольких километров. Не во всех регионах это целесообразно.
Автономность в любое время года, суток, при любых погодно-климатических условиях и других факторах внешней среды	Большие теплопотери при добыче и транспортировке.
Эффективность. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) – 80%	Легкость добычи в районах вулканических извержений и гейзерных месторождениях, где горячая вода залегает на поверхности.
Не требуются большие площади, как при строительстве гидроэлектростанций.	Присутствие токсических и радиоактивных примесей.
Не загрязняют атмосферу.	Невозможность сбросов отработанных отходов в наземные водоемы.
Низкое водопотребление по сравнение с ГЭС и ТЭС, АЭС. 20 л на 1 Квт. В других – до 1000 л.	Обратная закачка воды – технически сложна и энергозатратна.
	Разработка и техническая эксплуатация скважин провоцируют землетрясения.
	Тепло-, шумо- и химическое воздействие на окружающую среду. Накопление твердых опасных отходов.

Геотермальная энергетика: откуда берется энергия?

Применение геотермальной энергии отталкивается от исходной температуры. Теплоноситель, нагретый естественным образом до +30 – +1000С пригоден для отопления без дополнительной трансформации. Вода, пар высокой температуры применяются для выработки электричества.

Принцип работы термальной электростанции похож на устройство ТЭС. Рабочим элементом в обоих случаях служит нагретый пар. А вот методы нагрева различаются. На теплоэлектростанциях воду в пар превращают, используя для нагрева уголь, мазут или природный газ. Термальные установки и теплоноситель берут уже готовым.

Петротермальная энергетика

Верхние слои почвы прогреваются или промерзают естественным образом под воздействием солнечного тепла или при его отсутствии. Играют роль и другие внешние факторы.

Чуть глубже температура держится на одном уровне независимо от солнечной активности. Это ощущали многие, кто спускался в пещеры или подземелья.

Основную роль начинает играть раскаленное земное ядро. Геотермальная энергетика основана на увеличении температуры Земли по мере погружения внутрь. Температура в среднем увеличивается на 2,5 0С каждые 100 метров. В горнодобывающих шахтах жарко, температура держится в пределах 300С.

В цифрах это выглядит следующим образом:

• на глубине 5 км t=1250C;
• 10 км t=2500C;
• 100 км t=15000C;
• 400 км t=16000C;
• 600 км (ядро земли) t=50000C.

Суть петротермальной энергетики:

Чтобы получить тепло из недр земли бурят две скважины. В одну закачивают воду. Под воздействием температуры она испаряется, пар перетекает во вторую скважину, из которой извлекается уже в виде электроэнергии.

При кажущейся простоте геотермальная энергетика остро ставит проблему рентабельности. Сложность заключается в подъеме глубинного тепла на поверхность и использовании отработанной воды.

Гидротермальная энергетика

Иногда проблему добычи геотермальной энергии решает сама природа. Нагретые вода или пар – естественный теплоноситель – выходят на поверхность или залегают на небольшой глубине. При этом их температура хоть не на много, но выше окружающего воздуха.

Это и есть геотермальная энергия. Она пригодна для отопления, но встречается в природе реже чем петротермальная, которая присутствует везде, но добывать ее гораздо труднее.

Ресурсы гидротермальной энергии в 100 раз ниже. Соответственно, 35 и 3500 триллионов тонн топлива.

Сферы применения

Эксплуатация геотермальной энергии началась еще в XIX веке. Первым был опыт итальянцев, живущих в провинции Тоскана, которые использовали теплую воду источников для отопления. С ее же помощью работали установки бурения новых скважин.

Тосканская вода богата бором и при выпаривании превращалась в борную кислоту, бойлеры работали на тепле собственных вод. В начале XX века (1904 год) тосканцы пошли дальше и запустили электростанцию, работающую на водяном паре. Пример итальянцев стал важным опытом для США, Японии, Исландии.

Сельское хозяйство и садоводство

Геотермальная энергия используется в сельском хозяйстве, в здравоохранении и быту в 80 странах мира.

Первое, для чего применяли и применяют термальную воду, это обогрев теплиц и оранжерей, что дает возможность получать урожай овощей, фруктов и цветов даже зимой. Теплая вода пригодилась и при поливе.

Перспективным направлением у сельхозпроизводителей считается выращивание сельскохозяйственных культур на гидропонике. Некоторые рыбхозяйства используют подогретую воду в искусственных водоемах, для разведения мальков и рыбы.

Эти технологии распространены в Израиле, Кении, Греции, Мексике.

Промышленность и ЖКХ

Больше века назад горячий термальный пар уже был основой для выработки электричества. С тех пор он служит промышленности и коммунальному хозяйству.

В Исландии 80% жилья отапливаются термальной водой.

Разработано три схемы производства электричества:

1. Прямая, использующая водяной пар.
   Самая простая: применяется там, где есть прямой доступ к геотермальным парам.
2. Непрямая, использует не пар, а воду.
   Она подается в испаритель, преобразуется в пар техническим методом и направляется в турбогенератор.

Вода требует дополнительной очистки, потому что содержит агрессивные соединения, способные разрушить рабочие механизмы. Отработанный, но еще не остывший пар пригоден для нужд отопления.

3. Смешанная (бинарная).
   Вода заменяет топливо, которое подогревает другую жидкость с более высокой теплоотдачей. Она приводит в действие турбину.

В бинарной системе задействована турбина, которая активируется энергией нагретой воды.

Используют гидротепловую энергетику США, Россия, Япония, Новая Зеландия, Турция и другие страны.

Геотермальные системы отопления для дома

Для отопления жилья пригоден носитель тепла, нагретый до +50 – 600С, таким требованием соответствует геотермальная энергия. Города с населением в несколько десятков тысяч человек могут отапливаться теплом земных недр. В качестве примера: отопление города Лабинск Краснодарского края работает на естественном земном топливе.

Схема геотермальной системы для отопления дома

Не нужно тратить силы и время на подогрев воды и строить котельную. Теплоноситель берут напрямую из гейзерного источника. Эта же вода подходит и для горячего водоснабжения. В первом и во втором случае она проходит необходимую предварительную техническую и химическую очистку.

Полученная энергия обходится вдвое-втрое дешевле. Появились установки для частных домов. Стоят они дороже, чем традиционные топливные котлы, но в процессе эксплуатации оправдывают затраты.

Преимущества и недостатки использования геотермальной энергии для отопления дома.

Крупнейшие производители геотермальной энергии

В использовании геотермальная энергия по объемам уступает другим разрабатываемым восполняемым энергетическим ресурсам. Но там, где иные полезные ископаемые отсутствуют или нет возможности их использовать, при поддержке государственных программ она получила основное развитие.

Геотермальная энергетика распространена в странах Юго-Восточной Азии, Восточной Африки и Центральной Америки.

Однако страны, использующие геотермальную энергию, есть в разных частях света.

• В Европе – Исландия, Италия, Франция, Литва.
• В Америке – США, Мексика, Никарагуа, Коста-Рика.
• В Азии – Япония, Китай, Филиппины, Индонезия, Таджикистан.
• В Африке – Кения.
• В Австралии – Новая Зеландия.

Энергию горячих источников дают вулканизированные территории Земли. Это Камчатка и Курилы, Японские и Филиппинские острова, горные системы Кордильер и Анд.

Крупнейший на сегодня страна-производитель, которая обладает запасами геотермальной энергии, это Соединенные Штаты Америки. В Штатах построено 77 ГеоТЭС. За короткое время с момента разработок и начала эксплуатации страна стала экспортером энергии и самих технологий.

Знаменитая и самая мощная группа термальных электростанций (22 штуки) называется «Гейзерс», находится она в 100 километрах севернее Сан-Франциско. Другие промышленные энергетические зоны построены в Неваде и Калифорнии.

В Филиппинах треть электроэнергетики подземная. 3 позиция в мире принадлежит Мексике.

Освоение перспективных технологий в этом разделе энергетичекой отрасли связывают с Исландией. На ее территории почти 3 десятка действующих и потухших вулканов, что и обуславливает специализацию энергопроизводства.

Геотермальная энергия в Исландии составляет 25-30% от производимой. Энергетика страны пользуется горячими гейзерными источниками, которые здесь представлены в изобилии. Так главный город государства Рейкьявик обслуживается электростанцией такого принципа действия, а всего их в государстве пять.

Исландия – эталон экологического устройства жизни на планете, так как основную часть энергии берет из Земли, а в остальном использует возобновляемую энергию воды.

Кроме этого прирученное тепло земли помогло Исландии за короткое время из экономически отсталой страны превратиться в стабильное процветающее государство.

Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России

Геотермальную энергетику в России использовали с середины прошлого века. Первая паровая геотермальная электростанция заработала еще в 1967 году на Камчатке (Паратунская ГеоТЭС). Камчатка для России – передовой край подобных разработок. 40% электроэнергии, производимой на Камчатке, это результат преобразования подземного тепла. Ее потенциал оценен в 5000 МВт.

Использование геотермальной энергии в России промышленным способом практикуют на 20 месторождениях. Всего их разведано 56.

Самые известные территории месторождений:

• Камчатка;
• Ставропольский край;
• Краснодарский край;
• Дагестанская республика;
• Карачаево-Черкесская республика.

Большие запасы открыты на Кавказе: Ингушетия, Чечня, Осетия, Кабардино-Балкария, Закавказье. В Кавказском регионе используется тепловая энергия подземных вод. На Камчатке строятся геоэлектростанции.

В России тепло земных недр имеет серьезную конкуренцию – месторождения нефти, газа, каменного угля, а также лесные угодья.

Геотермальные электростанции прекрасная альтернатива традиционным методам получения энергии.

Геотермальная энергетика и дальше будет развиваться в регионах, относящихся к «огненному поясу Земли». А в будущем передовые страны направят энергопотребление в сторону освоения петротермального ресурса, который теоретически можно использовать в любой точке планеты.

Геотермальная энергия имеет прямую географическую зависимость и концентрируется в зонах с тектоническими трещинами горных массивов и сейсмической активностью. Поэтому в общей массе энергетики ее доля составляет всего лишь 1%, а в некоторых регионах повышается до 25-30%.

Технологически производство геотермальной энергии намного проще, чем выработка ветряной и солнечной электроэнергии. Дальше она будет распространяться и расти, так как имеет высокие показатели доступности и экологичности. Это при том, что альтернативные источники традиционной энергии неуклонно дорожают, рано или поздно будут исчерпаны и просто не останется иного выхода.

Геотермальная энергия как возобновляемый источник энергетики

Термин “геотермальная энергия” происходит от греческого слова земля (гео) и тепловой (термальный). По сути, геотермальная энергия исходит из самой земли. Тепло от ядра земли, температура которого в среднем составляет 3600 градусов Цельсия, излучается  в сторону поверхности планеты.

Обогрев источников и гейзеров под землей на глубине в  несколько километров может осуществляться с помощью специальных скважин, через которые поступает горячая вода (или пар от неё) до поверхности, где она может использоваться непосредственно как тепло или косвенно для выработки электроэнергии путем включения вращающихся турбин.

Так как вода под поверхностью земли постоянно пополняется, а ядро Земли будет продолжать вырабатывать тепло относительно человеческой жизни бесконечно, геотермальная энергия,в конечном счете, чистая и возобновляемая.

Методы сбора энергетических ресурсов Земли

Сегодня есть три основных метода сбора геотермальной энергии: сухой пар, горячая вода и бинарный цикл. Процесс с сухим паром прямо вращает привода турбин генераторов электроэнергии. Горячая вода поступает снизу вверх, затем распыляется в бак, чтобы создать пар для привода турбин. Эти два метода являются наиболее распространенными, генерируя сотни мегаватт электроэнергии в США, Исландии, Европе, России и других странах. Но расположение ограничено, так как эти заводы работают только в тектонических регионах, где легче получить доступ к подогретой воде.

При технологии бинарного цикла извлекается на поверхность теплая (не обязательно горячая) вода и объединяют её с бутаном или пентаном, который имеет низкую температуру кипения. Эта жидкость перекачивается через теплообменник, где  испаряется и направляется через турбину перед рециркуляцией обратно в систему. Технологии бинарного цикла дает  десятки мегаватт электроэнергии в США: Калифорнии, Неваде и на Гавайских островах.

Принцип получения энергии

Недостатки получения геотермальной энергии

На уровне полезности, геотермальные электростанции являются дорогостоящими, чтобы построить и работать. Для поиска подходящего места требуется дорогостоящее обследование скважин без гарантии попадания в продуктивную подземную горячую точку. Тем не менее, аналитики ожидают увеличения этой мощности почти вдвое в течение следующих шести лет.

Кроме того районы с высокой температурой подземного источника находятся в районах с активными геологохимическими вулканами. Эти «горячие точки» образовались на границах тектонических плит в местах, где кора достаточно тонкая. Тихоокеанский регион, часто называют как кольцо огня для многих вулканов, где  есть много горячих точек, в том числе на Аляске, Калифорнии и Орегоне. Невада имеет сотни горячих точек, охватывающих большую часть северной части США.

Есть и другие  сейсмически активные районы. Землетрясения и движение магмы позволяют воде циркулировать. В некоторых местах вода  поднимается к поверхности и  природные горячие источники и гейзеры происходят, такие, как на Камчатке. Вода в гейзерах Камчатки достигает  95° C.

Одна из проблем открытой системы гейзеров является выделение некоторых загрязнителей воздуха. Сульфид водорода — токсичный газ с очень узнаваемым запахом «тухлого яйца» — небольшое количество мышьяка и минералов, выпущенных с паром. Соль также может представлять экологическую проблему.

На геотермальных электростанциях расположенных в море значительное количество мешающей соли накапливается в трубах. В замкнутых системах нет выбросов и возвращается вся жидкость доведенная до поверхности.

Экономический потенциал энергоресурса

Сейсмически активные точки не являются единственными местами, где можно найти геотермальную энергию. Существует постоянный запас полезного тепла для целей прямого нагрева  на глубине везде от 4 метров до нескольких километров ниже поверхности практически в любом месте на земле. Даже земля на собственном заднем дворе или в местной школе имеет экономический потенциал в виде тепла, чтобы выдавать  в дом или другие здания.

Кроме того существует огромное количество тепловой энергии в сухих скальных образованиях очень глубоко под поверхностью (4 – 10 км).

Использование новой технологии может  расширить геотермальные системы, где люди смогут использовать это тепло для производства электроэнергии в гораздо большем масштабе, чем обычные технологии. Первые демонстрационные проекты этого принципа  получения  электричества показаны  в Соединенных Штатах и Австралии еще в 2013 году.

Если полный экономический потенциал геотермальных ресурсов может  быть реализован, то это будет представлять огромный источник электроэнергии для  производственных мощностей. Ученые предполагают, что обычные геотермальные источники имеют потенциал 38 000 МВт, который может производить 380 млн МВт электроэнергии в год.

Горячие сухие породы залегают на глубинах от 5 до 8 км везде под землей и на меньшей глубине в определенных местах. Доступ к этим ресурсам предполагает введение холодной воды, циркулирующей через горячие скальные породы и отвода нагретой воды. В настоящее время нет коммерческого применения этой технологии. Существующие технологии пока не позволяют восстанавливать тепловую энергию непосредственно из магмы, очень глубоко, но это самый мощный ресурс геотермальной энергии.

С комбинацией энергоресурсов и ее последовательности, геотермальная энергия может играть незаменимую роль как более чистая, более устойчивая энергетическая система.

Конструкции геотермальных электростанций

Геотермальная энергия – это чистое и устойчивое тепло от Земли. Большие ресурсы находятся в диапазоне в нескольких километрах под поверхностью земли, и еще глубже, до высокой температуры расплавленной породы, называемой магмой. Но как описано выше люди пока не добрались к магме.

Практически везде, в неглубоких местах ниже 3 метров от поверхности земля имеет практически постоянную температуру от 10° до 16°C. Геотермальные тепловые насосы могут использовать этот ресурс для отопления или охлаждения зданий.

Геотермальная теплонасосная система состоит из теплового насоса, воздушной системы доставки (воздуховодов), а теплообменник – это система труб находящихся в неглубоких местах возле здания. В зимнее время тепловой насос извлекает тепло из теплообменника и подает его в крытую систему подачи воздуха. Летом происходит обратный процесс, и тепловой насос переносит тепло от внутреннего воздуха в теплообменник. Тепло, удаляемое из воздуха в помещениях в течение лета также может быть использовано, чтобы обеспечить бесплатный источник горячей воды.

Некоторые геотермальные электростанции используют пар из резервуара для вращения турбины генератора, в то время как другие используют горячую воду для кипения рабочей жидкости, которая испаряется и затем вращает турбину. Горячая вода у поверхности Земли может быть использована непосредственно для тепла. Прямое использование включает отопление зданий, выращивание растений в теплицах, сушки культур, подогрева воды в рыбоводных хозяйствах, а также ряд промышленных процессов, таких как пастеризация молока.

Структура геотермальных электростанций

Традиционная геотермальная энергия – это зрелая технология, которая может обеспечить базовую мощность или круглогодичного теплоснабжения. Ресурс может быть использован только в благоприятных регионах. Соответствие спроса на тепловую энергию от доступных ресурсов может быть сложен, учитывая стоимость и сложность транспортировки тепла на большие расстояния.

В настоящее время наиболее распространенным способом использования энергии из геотермальных источников является метод естественной «гидротермальной конвекции» где воды просачиваются через земную кору, нагреваются, а затем поднимаются к поверхности. После этого нагретая вода используется для привода электрических генераторов.

Существуют три основные конструкции для геотермальных электростанций:

• В простейшей конструкции сухой пар проходит непосредственно через турбины, а затем конденсатор, где пар конденсируется в воду.
• Во втором подходе очень горячая вода превращается в пар, который затем может использоваться для привода турбины.
• В третьем подходе, называемый бинарная система, горячая вода проходит через теплообменник, где нагревает вторую жидкость — например, изобутан — в замкнутом цикле. Изобутан кипит при низкой температуре, чем вода, поэтому он более легко превращается в пар для запуска турбины.

Три конструкции геотермальных электростанций

Технология применения  определяется ресурсом. Если вода поступает из скважины как пар, она может использоваться непосредственно. Если горячая вода достаточно высокой температуры она должна пройти через теплообменник.

Первая скважина для производства энергии была пробурена до 1924 года. Более глубокие скважины были пробурены в 1950-х, но реальное развитие происходит в 1970-х и 1980-х годов.

Прямое использование геотермального тепла

Геотермальные источники также могут использоваться непосредственно для целей отопления. Горячая вода используется для обогрева зданий, выращивания растений в теплицах, сушки рыбы и сельскохозяйственных культур, улучшение добычи нефти, помощи в промышленных процессах как пастеризаторы молока и обогрев воды на рыбных фермах. В США Кламат-Фолс, штат Орегон и Бойсе, Айдахо геотермальная вода используется для обогрева домов и зданий более века. На восточном побережье, город Уорм-Спрингс, Вирджиния получает тепло непосредственно из родниковой воды, используя источники тепла на  одном из местных курортов.

В Исландии практически каждое здание в стране нагревается  горячей родниковой водой. В самом деле Исландия получает более 50 процентов первичной энергии из геотермальных источников. В Рейкьявике, например, (население 118 тыс. чел), горячая вода передается по конвейеру на 25 километров, и жители используют её для отопления и естественных нужд.

Новая Зеландия, получает 10% своей электроэнергии дополнительно. Геотермальная энергетика в России находится в недостаточном развитии, несмотря на наличие термальных вод.

Геотермальная энергия основана на производство тепловой и электрической энергии

Данная энергия относится к альтернативным источникам. В наши дни всё чаще упоминают о возможностях получения ресурсов, которые дарит нам планета. Можно сказать, что мы живем в эпоху моды на возобновляемую энергетику. Создается множество технических решений, планов, теорий в данной области.

Он находится глубоко в земляных недрах и имеет свойства возобновления, другими словами он бесконечный. Классические ресурсы, по данным учёных начинают заканчиваться, иссякнет нефть, уголь, газ.

Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия

Поэтому можно постепенно готовиться принимать на вооружение новые альтернативные методы добычи энергии. Под земной корой находится мощное ядро. Его температура составляет от 3000 до 6000 градусов. Перемещение литосферных плит демонстрирует его огромнейшую силу. Она проявляется в виде вулканического выплескивания магмы. В недрах происходит радиоактивный распад, побуждающий иногда к таким природным катаклизмам.

Обычно магма нагревает поверхность не выходя за её пределы. Так получаются гейзеры или теплые бассейны воды. Таким образом, можно использовать физические процессы в нужных целях для человечества.

Виды источников геотермальной энергии

Её принято разделять на два вида: гидротермальную и петротермальную энергию. Первый образуется за счет теплых источников, а второй тип – это разница температур на поверхности и в глубине земли. Объясняя своими словами, гидротермальный источник состоит из пара и горячей воды, а петротермальный спрятан глубоко под грунтом.

Карта потенциала развития геотермальной энергетики в мире

Для петротермальной энергии необходимо пробурить две скважины, одну наполнить водой, после чего произойдет процесс парения, который выйдет на поверхность. Существует три класса геотермальных районов:

• Геотермальный – расположен вблизи континентальных плит. Градиент температуры более 80С/км. В качестве примера, итальянская коммуна Лардерелло. Там размещена электростанция
• Полутермальный – температура 40 – 80 С/км. Это естественные водоносные пласты, состоящие из раздробленных пород. В некоторых местах Франции обогреваются таким способом здания
• Нормальный – градиент менее 40 С/км. Представительство таких районов наиболее распространено

Они являются отличным источником для потребления. Они находятся в горной породе, на определенной глубине. Более подробно рассмотрим классификацию:

• Эпитермальные – температура от 50 до 90 с
• Мезотермальные – 100 – 120 с
• Гипотермальные – более 200 с

Данные виды состоят из разного химического состава. В зависимости от него, можно использовать воды для различных целей. Например, в производстве электроэнергии, теплообеспечении (тепловые трассы), сырьевой базе.

Видео: Геотермальная энергия

Процесс теплоснабжения

Температура воды 50 -60 градусов, является оптимальной для отопления и горячего снабжения жилого массива. Нужда в отопительных системах зависит от географического расположения и климатических условий. А в потребностях ГВС люди нуждаются постоянно. Для этого процесса сооружаются ГТС (геотермальные тепловые станции).

Если для классического производства тепловой энергии используется котельная, потребляющая твёрдое или газовое топливо, то при данном производстве используется гейзерный источник. Технический процесс очень простой, те же коммуникации, тепловые трассы и оборудование. Достаточно пробурить скважину, очистить её от газов, далее насосами направить в котельную, где будет поддерживаться температурный график, а после она попадёт в теплотрассу.

Главное отличие в том, что нет необходимости использовать топливный котлоагрегат. Это существенно снижает себестоимость тепловой энергии. Зимой абоненты получают тепло и горячее водоснабжение, а летом только ГВС.

Производство электроэнергии

Горячие источники, гейзеры служат основным компонентами в производстве электричества. Для этого применяется несколько схем, сооружаются специальные электростанции. Устройство ГТС:

• Бак ГВС
• Насос
• Газоотделитель
• Паросепаратор
• Генерирующая турбина
• Конденсатор
• Повысительный насос
• Бак – охладитель

Как видим основным элементом схемы, является паровой преобразователь. Это позволяет получать очищенный пар, так как в нем содержатся кислоты, разрушающие оборудование турбин. Существует возможность применение смешанной схемы в технологическом цикле, то есть вода и пар участвуют в процессе. Жидкость проходит всю стадию очистки от газов, так же как и пар.

Схема с бинарным источником

Рабочим компонентом является жидкость с низкой температурой кипения. Термальная вода также участвует в производстве электроэнергии и служит второстепенным сырьем.

С её помощью образуется пар низкокипящего источника. ГТС с таким циклом работы могут быть полностью автоматизированы и не требовать наличия обслуживающего персонала. Более мощные станции используют двухконтурную схему. Такой вид электростанций позволяет выходить на мощность 10 МВт. Двухконтурная структура:

• Паровой генератор
• Турбина
• Конденсатор
• Эжектор
• Питательный насос
• Экономайзер
• Испаритель

Практическое применение

Огромные запасы источников во много раз превосходят ежегодное потребление энергии. Но лишь малая доля используется человечеством. Строительство станций датировано 1916 годом. В Италии была создана первая ГеоТЭС мощностью 7,5 МВт. Отрасль активно развивается в таких странах как: США, Исландия, Япония, Филиппины, Италия.

Ведутся активные изучение потенциальных мест и более удобные методы добывания. Из года в год растёт производственная мощность. Если брать в расчёт экономический показатель, то себестоимость такой отрасли равна угольным ТЭС. Исландия практически полностью покрывает коммунально-жилой фонд ГТ-источником. 80 % домов для отопления используют горячую воду из скважин. Эксперты из США утверждают, что при должном развитии ГеоТЭС могут произвести в 30 раз больше ежегодного потребления. Если говорить о потенциале, то 39 стран мира смогут полностью себя обеспечить электроэнергией, если на 100 процентов используют недра земли.

Находится на глубине 4 км:

Япония расположена в уникальной географической местности, связанной с движением магмы. Постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Обладая такими природными процессами, правительство внедряет различные разработки. Создано 21 объект с общей производительностью 540 Мвт. Проводятся эксперименты по извлечению тепла из вулканов.

Плюсы и минусы ГЭ

Как говорилось ранее, ГЭ используется в различных сферах. Существуют определенные достоинства и недостатки. Поговорим о достоинствах:

• Бесконечность ресурсов
• Независимость от погоды, климата и времени
• Многогранность применения
• Экологически безопасна
• Низкая себестоимость
• Обеспечивает энергонезависимость государству
• Компактность оборудования станций

Первый фактор самый основной, побуждает изучать такую отрасль, поскольку альтернатива нефти достаточно актуальна. Отрицательные изменения на нефтяном рынке усугубляют глобальный экономический кризис. При работе установок не загрязняется внешняя среда, в отличие от других. Да и сам по себе цикл не требует зависимости от ресурсов и его транспортировки к ГТС. Комплекс сам себя обеспечивает и не зависит от других. Это огромный плюс для стран с низким уровнем полезных ископаемых. Безусловно, бывают негативные моменты, ознакомимся с ними:

• Дороговизна разработок и строительство станций
• Химический состав требует утилизации. Её нужно сливать обратно в недра или океан
• Выбросы сероводорода

Выбросы вредных газов очень незначительны и не сопоставимы с другими производствами. Оборудование позволяет эффективно удалять его. Отходы сбрасываются в землю, где оборудованы колодцы специальными цементными каркасами. Такая методика позволяет исключить возможность загрязнения грунтовых вод. Дорогие разработки имеют тенденцию к уменьшению, так как прогрессирует их усовершенствование. Все недостатки тщательно изучаются, ведется работа по их устранению.

Дальнейший потенциал

Наработанный базис знаний и практики становится фундаментом для будущих достижений. Пока рано говорить о полном замещении традиционных запасов, поскольку не до конца изучены термальные зоны и методы добычи энергоресурсов. Для более быстрого развития требуется больше внимания, финансовых инвестиций.

Пока общество знакомится с возможностями, медленно двигается вперед. По экспертным оценкам лишь 1 % мировой электроэнергии добывается данным фондом. Возможно, будут разработаны комплексные программы развития отрасли на глобальном уровне, проработаны механизмы и средства достижения целей. Энергия недр способна решить экологическую проблему, ведь с каждым годом вредных выбросов в атмосферу становится больше, загрязняются океаны, оказывается тоньше озоновый слой. Для быстрого и динамичного развития отрасли нужно убрать основные препятствия, тогда она во многих странах станет стратегическим плацдармом, способным диктовать условия на рынке и поднимет уровень конкурентоспособности.

Видео мастер класс “Тепло из-под земли”

Петротермальная энергетика — Википедия

Петротерма́льная энерге́тика — направление геотермальной энергетики, использующее теплоту сухих горных пород.

Геотермальные ресурсы делятся на гидротермальные и петротермальные. Гидротермальная энергетика нацелена на добычу тепла подземных вод естественного происхождения. Петротермальная — на добычу тепла непосредственно самих горных пород, температура которых тем выше, чем глубже они расположены. Степень роста температуры пород с увеличением глубины характеризуется геотермическим градиентом: в среднем, он составляет 0,02 °C/м^[1], при таком градиенте температура земной коры достигает 100 °C на глубине 5 км.

В настоящее время гидротермальная технология наиболее распространена, поскольку она значительно проще в реализации. Однако, создание гидротермальной системы возможно только там, где имеются подходящие геотермальные воды, например — в зонах вулканизма. Поэтому из всех пригодных для использования геотермальных ресурсов Земли гидротермальные составляют лишь около 1 %, тогда как остальные 99 % приходятся на петротермальные. Это позволяет создавать петротермальные системы практически в любом месте Земли.^[2][3]

Схема петротермальной ГЦС:
1 — резервуар
2 — насос
3 — теплообменник
4 — турбинное отделение
5 — добычные скважины
6 — нагнетательная скважина
7 — линия теплоснабжения
8 — осадочные породы
9 — наблюдательная скважина
10 — горные породы

Для извлечения петротермальной энергии используются геотермальные циркуляционные системы (ГЦС).^[4]

Данная система включает в себя подземный коллектор, нагнетательную скважину, добычную скважину и поверхностный комплекс, содержащий оборудование, обеспечивающие эксплуатацию системы.

Коллектор представляет собой проницаемую зону в горной породе, через которую протекает теплоноситель. Он должен иметь развитую теплообменную поверхность, чтобы обеспечить эффективный отбор теплоносителем тепла у породы. Он также должен иметь достаточную проницаемость, для циркуляции теплоносителя. Коллектор может быть как естественного, так и искусственного происхождения.

• К естественным относятся пористые пласты и зоны естественной трещиноватости.
• Искусственный коллектор создаётся в непроницаемых породах при помощи гидравлического разрыва массива. В нагнетательную скважину под высоким давлением подаётся рабочая жидкость. В результате в массиве возникают и расширяются трещины, по которым может циркулировать теплоноситель.

В качестве теплоносителя, как правило, используется вода.

Теплоноситель подаётся в коллектор через нагнетательную скважину. Протекая через коллектор, теплоноситель осуществляет отбор тепла и извлекается через добычную скважину. Полученное тепло может быть использовано для отопления или генерации электроэнергии. После этого отработанный теплоноситель снова подаётся в нагнетательную скважину.

Если коллектор изолирован, то потери теплоносителя будут незначительными, и будут снижаться в ходе эксплуатации^[5].

Основными достоинствами петротермальной энергетики являются практическая неисчерпаемость и повсеместная доступность петротермальных ресурсов.^[2][6]

Кроме того, к её преимуществам относятся безотходность, экологическая безопасность и сравнительно низкая трудоёмкость создания и эксплуатации.^[6]

К недостаткам относится низкий энергетический потенциал пород на глубинах до 3 км. Для создания теплоснабжающих станций достаточно температуры теплоносителя в пределах 150 °C. Однако, в большинстве мест, такая температура доступна лишь на глубине 6 км, и лишь в немногих — 3 км. Для создания теплоэлектростанции необходима температура 250—280 °C, что соответствует глубине 10 км. Бурение таких скважин обходится очень дорого и делает петротермальные станции неконкурентноспособными.^[7]

Среди других недостатков — стационарность коммуникаций и невозможность хранения энергетических ресурсов, в отличие от топливной энергетики.^[6]

Наведённая сейсмичность[править | править код]

Стимулирование коллекторов геотермальных систем может спровоцировать землетрясения. Максимальная сейсмическая активность может достигать 3,0—3,7 единицы по шкале Рихтера^[8].

Подобные землетрясения происходили в Швейцарии, Германии и других странах^[9]. В 2017 в Южной Корее произошло землетрясение (кор., англ.) магнитудой 5,4 единицы^[10].

Тем не менее, применение новых технологий позволяют существенно снизить сейсмическую активность при гидроразрыве^[8].

Термин «петротермальный» впервые применён в 1982 году В. Робертсом и П. Крюгером.^[11]

В англоязычной литературе имеет место путаница в терминологии, связанной с геотермальными системами.^[11]

Так, в 1970 было введено понятие «горячие сухие горные породы» (hot dry rock, HDR), обозначающие системы с искусственным коллектором, извлекающие тепло из горячих пород, в которых отсутствует вода естественного происхождения. Однако, некоторые породы содержат некоторое количество воды естественного происхождения, поэтому для них в 1998 году было введено понятие «горячие влажные горные породы» (hot wet rock, HWR). Также в 2003 году было введено понятие «горячие трещиноватые горные породы» (hot fractured rock) для обозначения проницаемых пород с естественной трещиноватостью. Все они относятся к петротермальным ресурсам.^[11]

Также с петротермальными системами связаны понятия: глубокая добыча тепла (deep heat mining, DHM), «стимулированные геотермальные системы» (stimulated geothermal systems, SGS), «улучшенные» или «искусственные геотермальные системы» (enhanced или engineered geothermal systems, EGS). Последние термины обозначают геотермальные циркуляционные системы, к которым было применено искусственное стимулирование коллектора^[12], и относятся не только к петротермальным, но и к гидротермальным системам.^[11]

Кроме этого, в некоторых работах используется понятие «ресурсы водоносного горизонта в комплексе горячих пород осадочного происхождения» (hot sedimentary aquifers, HSA). Оно относится к породам осадочного происхождения, содержащих некоторое количество вод естественного происхождения, но, при этом, в отличие от гидротермальных ресурсов, с преобладанием кондуктивной теплопередачи, что сближает их с петротермальными ресурсами. Однако, чётких общепринятых критериев для данной категории нет.^[11]

В 1898 году К. Э. Циолковский высказал идею о возможности долговременного извлечения тепловой энергии глубоких горячих пород за счёт теплообмена с холодной водой. Эта идея получила развитие в его работах, опубликованных в 1903 и 1914 годах.^[13][6][14]

В 1904 и 1919 годах Чарлз Парсонс выступал с предложением создать сверхглубокую шахту для добычи тепловой энергии^[14].

В 1920 году академик В. А. Обручев описал в повести «Тепловая шахта» ГЦС, извлекающую энергию из гранитного массива на глубине 3 км. Хотя предложенная им схема была неэффективной и вряд ли осуществимой, тем не менее, саму идею поддержали В. И. Вернадский и А. Е. Ферсман, а также И. М. Губкин, А. А. Скочинский, А. Н. Тихонов.^[13][6]

В СССР основы геотермальной теплофизики заложили профессор Ленинградского горного института им. Плеханова Ю. Д. Дядькин, академики АН УССР А. Н. Щербань и О. А. Кремнев. В рамках данной дисциплины исследовались процессы тепломассопереноса в различных средах и разрабатывались способы извлечения геотермальной, в том числе петротермальной, энергии.^[15][16]

Первая петротермальная ГЦС, использующая тепло пористых горных пород, была построена в Париже в 1963 году и предназначалась для отопления комплекса Brodkastin Chaos.^[17][18][15]

В 1970 году Лос-Аламосская национальная лаборатория США разработала и запатентовала технологию извлечения петротермальной энергии^[19]. В 1974 году она запустила проект Fenton Hill — первую ГЦС, извлекающую тепло из непроницаемых горных пород. Коллекторы были созданы при помощи гидроразрыва. Глубина скважин первого коллектора составляла около 2,7 км, температура пород 180 °C. Глубина скважин второго коллектора — 4,4 км с температурой 327 °C. Система эксплуатировалась в тестовом режиме до 2000 года.^[20] Энергия, полученная за всё время её эксплуатации, в 8 раз превосходит энергию, затраченную на обеспечение циркуляции теплоносителя^[14].

В 1983 году экспериментальная петротермальная ГЦС с применением гидроразрыва была создана в Корнуэлле, Великобритания.^[21]

В 1986 году был начат совместный проект Франции, Германии и Великобритании по созданию петротермальной ГЦС в Сульц-су-Форе. Первая попытка создать коллектор на глубине 2,2 км не увенчалась успехом. К 1995—1997 годам удалось создать коллектор на глубине 3,9 км, где температура пород составляла 168 °C, и провести удачные опыты по циркуляции теплоносителя. Тепловая мощность системы достигала 10 МВт, тогда как на работу насосного оборудования требовалось всего лишь 250 кВт; потерь теплоносителя не было.^[22] К 2005 году был создан коллектор на глубине 5,1 км, были проведены циркуляционные тесты, в ходе которых температура теплоносителя на выходе из коллектора составляла около 160 °C, потери теплоносителя были незначительными^[23].

В России в 1991 году создавалась система петротермального теплоснабжения в Тырныаузе. Был осуществлён гидроразрыв гранитного пласта на глубине 3,7 км, где температура достигала 200 °C. Однако, из-за аварии, а также в связи с начавшимся военным конфликтом, проект был закрыт.^[2] Работавшие над ним специалисты переключились на Санкт-Петербургский геотермальный проект, подразумевавший создание системы петротермального теплоснабжения. Однако, его реализация ограничилась бурением разведочно-исследовательской скважины и проведением исследовательских работ в районе Пулкова.^[14]

По данным на 2013 год, во Франции было реализовано более 60, в США — более 224 проектов петротермального теплоснабжения^[15]. Петротермальные теплоснабжающие станции или электростанции действуют или разрабатываются в США, Германии, Франции, Италии, Японии, Швейцарии, Китае и Австралии, однако, составляют крайне незначительную часть в общем энергетическом балансе.^[24]

1. ↑ Гнатусь, 2010, с. 32.
2. ↑ ^{1 2 3} Алхасов, 2016, с. 107—110.
3. ↑ Гнатусь, 2010, с. 31—33.
4. ↑ Гнатусь, 2010, с. 34—35.
5. ↑ Гнатусь, 2013, с. 20.
6. ↑ ^{1 2 3 4 5} Гнатусь, 2010, с. 33.
7. ↑ Гнатусь, 2010, с. 35.
8. ↑ ^{1 2} Пашкевич, 2015, с. 395.
9. ↑ Европейцы испугались жара земных недр. Экологи в панике.
10. ↑ Землетрясение 2017 года в Корее обусловлено работой геотермальной электростанции.
11. ↑ ^{1 2 3 4 5} Breede, 2015.
12. ↑ Пашкевич, 2015, с. 388.
13. ↑ ^{1 2} Гнатусь, 2013, с. 10.
14. ↑ ^{1 2 3 4} Дядькин, 2001.
15. ↑ ^{1 2 3} Гнатусь, 2013, с. 11.
16. ↑ Гнатусь, 2010, с. 34.
17. ↑ Н.А. Бабушкин. Перспективы использования геотермальной энергии России // Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации. — 2009. — С. 218.
18. ↑ D.T. N.A. Gnus. Die Wärmeenergie der Erde ist die Basis des zukünftigen Energiesystems (нем.). aycateknik.com. Дата обращения 3 сентября 2019.
19. ↑ Potter, R. M., Smith, M. C., and Robinson, E. S., 1974. «Method of extracting heat from dry geothermal reservoirs, » U. S. patent No. 3,786,858
20. ↑ Jefferson, 2006, p. 4.7—4.13.
21. ↑ Jefferson, 2006, p. 4.14—4.18.
22. ↑ Jefferson, 2006, p. 4.26—4.31.
23. ↑ Nicolas Cuenot, Louis Dorbath, Michel Frogneux, Nadège Langet. Microseismic Activity Induced Under Circulation Conditions at the EGS Project of Soultz-Sous-Forêts (France) (англ.) // Proceedings World Geothermal Conference. — 2010. — January.
24. ↑ Гнатусь, 2013, с. 12.

• Алхасов А.Б. Возобновляемые источники энергии. — М.: Издательский дом МЭИ, 2016. — ISBN 978-5-383-00960-4.
• Гнатусь Н.А., Хуторской М.Д. Перспективы извлечения и использования тепла «сухих горных пород» — петротермальная энергетика России // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов», 2010. — № 4. — С. 29—40.
• Гнатусь Н.А. Открытый семинар «Экономические проблемы энергетического комплекса» (семинар А.С.Некрасова). Петротермальная энергетика России. Перспективы освоения и развития. — М.: Издательство ИНП РАН, 2013.
• Дядькин Ю. Д. Извлечение и использование тепла земли // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2001.
• Пашкевич Р.И., Павлов К.А. Современное состояние использования циркуляционных геотермальных систем в целях тепло- и электроснабжения // Горный информационно-аналитический бюллетень : научно-технический журнал. — Горная книга, 2015. — С. 388—399. — ISSN 0236-1493.
• Breede K., Dzebisashvili K., Falcone G. Overcoming challenges in the classification of deep geothermal potential (англ.) // Geothermal energy science. — 2015. — No. 3. — P. 19—39. — DOI:10.5194/gtes-3-19-2015.
• The Future of Geothermal Energy. Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century. — Massachusetts Institute of Technology, 2006. — ISBN 0-615-13438-6. Архивировано 10 марта 2011 года.

Виды источников геотермальной энергии

Ядро Земли состоит из двух взаимодействующих частей. Твёрдая часть окружена жидкой — расплавленной смесью железа и никеля, температура которой достигает 6100 ˚С. В результате создаётся магнитное поле планеты и подогревается земная поверхность у нас под ногами. Научись мы использовать такое количество тепла хотя бы частично, можно было бы забыть о других видах энергии на миллионы лет.

Проблема заключается в том, что поверхность Земли велика, а её кора неоднородна и имеет разную толщину. Поэтому плотность энергетического потока на единицу площади незначительна, а его выход неравномерен. Получать и использовать эту энергию можно от разных несущих в себе тепло сред. В настоящее время геотермальные источники энергии по типу эксплуатируемых теплоносителей можно разделить на три группы:

• Магматические;
• Гидротермальные и паротермальные;
• Петротермальные.

Гидротермальные и паротермальные источники, их виды и особенности

Гидротермальные и паротермальные носители тепловой энергии – это горячие вода и пар, находящиеся близко к земной поверхности в тех местах, где кора имеет наименьшую толщину. Это самый используемый сегодня способ отбора тепловой энергии, происходящей из планетарных недр.

Первый опыт эксплуатации паротермального источника был произведён ещё в 1904 году в Италии. Там вырывающийся из трещин в земной коре горячий пар сначала был использован для вращения турбин. Затем остывший пар превращался в конденсированную воду и снова возвращался в скважину для нового цикла нагрева.

Минус описанной технологии заключается в том, что пар и горячая вода, поднимающиеся на поверхность, небезопасны. Они часто содержат в своём составе агрессивные и токсичные примеси и газы, которые быстро приводят в негодность лопасти турбогенераторов и опасны для персонала станции.

Более современным способом использования подземного тепла от гидротермальных и паротермальных источников является так называемая «бинарная» технология. Её отличие от более ранних разработок в том, что горячие пар и вода не крутят турбины напрямую, а поступают в теплообменники. Там они отдают тепло более удобному и химически нейтральному носителю, который выполняет дальнейшую работу без вреда для людей и энергоустановок.

Петротермальный вид источников геотермальной энергии

Петротермальные источники – это верхние слои земной коры, имеющие местами достаточно высокую температуру. Если к ним подвести воду через глубокие скважины, она будет нагреваться и превращаться во вторичные гидро – и паротермальные носители тепловой энергии.

Есть в истории геотермальной земной энергетики практический опыт использования этого вида источников. В швейцарском городе Базеле был реализован проект направления воды в скважину, пробуренную к разогретым скальным породам. Предполагалось использование полученной в результате этого горячей воды и пара для производства электроэнергии путём вращения лопастей турбогенератора. В 2007 году проект был остановлен из-за опасения, что это может вызвать землетрясения в той горной местности.

Магматические источники геотермальной энергии

Магма – раскалённая порода, в расплавленном виде извергающаяся на поверхность планеты в местах вулканической активности. Особенность магматических источников заключается в высокой температуре теплоносителя, что могло бы значительно увеличить КПД энергоустановки. Трудность – в отсутствии современных технологий безопасного и стабильного извлечения этой огромной тепловой энергии из такого нестабильного и непредсказуемого теплоносителя, как магма.

Геотермальные источники энергии в России

Несмотря на богатство российских недр углеводородами, которых хватает не только нашей стране, но и поставляется в большом количестве за рубеж, вопросам использования геотермальных источников энергии тоже уделено достойное внимание. Обилием на земной поверхности источников горячей воды и пара на Камчатке, Курилах и Сахалине обусловлена экономическая целесообразность строительства там энергоустановок.

В 1967 году подземное тепло было впервые в России использовано на практике в Елизовском районе Камчатского края. Сегодня в этом регионе доля источников получения геотермальной энергии достигает уже 40 % в суммарном объёме энергопроизводства. По информации РАН, в ближайшей перспективе только на Камчатке этот ресурс может использоваться для получения 5000 МВт. В Краснодарском крае уже используется 12 месторождений этого природного ресурса тепла.

В мире геотермальные источники энергии активно используются в США, России, Японии, Исландии, Новой Зеландии, Италии, Мексике, Индонезии, на Филиппинах.