Найти в Дзене
Строительный мир

Геотермальные электростанции в России: плюсы, минусы, перспективы

При словах «альтернативная энергетика» воображение рисует нам ветряки и солнечные батареи, о подземном тепле вспоминают значительно реже. Между тем уже в 83 странах налажено получение электроэнергии за счет работы термальных вод, общая мощность геотермальных электростанций (ГеоЭС, или ГеоТЭС) мира превышает 13 ГВт. Источник этой мощи — реки и моря нагретой воды, таящиеся глубоко в недрах и местами проявляющие себя на поверхности в виде гейзеров. Изобретены три способа превратить жар планеты в электричество. Первый — напрямую пускать сухой пар из геотермальных источников на турбину, питающую генератор электричества. Второй — закачивать горячие воды в испаритель, где происходит испарение водяного пара, приводящего в действие турбину. Третий способ — смешанный, отчего такая электростанция носит название бинарной (то есть двойной). Это направление «зеленой энергетики» многим видится многообещающим. Запасы геотермальных ресурсов практически неисчерпаемы, потому что недра Земли начнут остыва

При словах «альтернативная энергетика» воображение рисует нам ветряки и солнечные батареи, о подземном тепле вспоминают значительно реже. Между тем уже в 83 странах налажено получение электроэнергии за счет работы термальных вод, общая мощность геотермальных электростанций (ГеоЭС, или ГеоТЭС) мира превышает 13 ГВт. Источник этой мощи — реки и моря нагретой воды, таящиеся глубоко в недрах и местами проявляющие себя на поверхности в виде гейзеров.

© Stepheng3 / Wikimedia Commons / public domain (ГеоТЭС Sonoma Calpine 3, Северная Калифорния, США)
© Stepheng3 / Wikimedia Commons / public domain (ГеоТЭС Sonoma Calpine 3, Северная Калифорния, США)

Изобретены три способа превратить жар планеты в электричество. Первый — напрямую пускать сухой пар из геотермальных источников на турбину, питающую генератор электричества. Второй — закачивать горячие воды в испаритель, где происходит испарение водяного пара, приводящего в действие турбину. Третий способ — смешанный, отчего такая электростанция носит название бинарной (то есть двойной).

Это направление «зеленой энергетики» многим видится многообещающим. Запасы геотермальных ресурсов практически неисчерпаемы, потому что недра Земли начнут остывать еще очень нескоро. В запасе у человечества есть еще парочка миллиардов лет. А значит, геотермальные электростанции могут работать на вечном источнике тепла без поставок внешнего топлива. Не потребуется сжигать уголь, торф или мазут, загрязняя атмосферу углекислым газом и другими выбросами.

© Wikimedia Commons / public domain (Схема геотермальной станции: 1. Полости с горячей водой; 2. Горячая вода (пар); 3. Электростанция (турбогенератор); 4. Электросеть; 5. Остаточная вода; 6. Пункт теплоснабжения с градирней; 7. Возврат холодной воды)
© Wikimedia Commons / public domain (Схема геотермальной станции: 1. Полости с горячей водой; 2. Горячая вода (пар); 3. Электростанция (турбогенератор); 4. Электросеть; 5. Остаточная вода; 6. Пункт теплоснабжения с градирней; 7. Возврат холодной воды)

Внешний источник потребуется лишь единожды — для первого запуска насоса, в дальнейшем ГеоЭС вступит в режим автономной работы, затрачивая на собственное оборудование часть производимой энергии.

Уровень современных технологий достаточно высок, чтобы терять только 10% подземного тепла, тогда как остальные 90% пойдут на станцию. К сожалению, КПД самого генератора значительно ниже, не более 25%, что, конечно, повышает себестоимость электричества, произведенного таким образом. Однако эти недостатки можно скомпенсировать экономическими выгодами от правильного управления развитием геотермальной энергетики.

Прежде всего вспомним про экономический эффект от сбережения ископаемых углеводородов. Уже в сегодняшней России объем замещения природного газа за счет использования подземного тепла оценивается в 136,5 млн. кубометров в год, что одновременно снижает затраты на транспортировку «голубого топлива». По прогнозам экспертов, успешное развитие проектов геотермальной энергетики в обозримом будущем позволит замещать не менее 10 млрд. кубометров газа ежегодно.

© International Geothermal Association
© International Geothermal Association

Больше выгод обещает комплексное использование геотермальных вод. Они могут не только снабжать паром турбины ГеоЭС, но и обеспечивать теплоснабжение населенных пунктов. Даровое подземное тепло в состоянии обеспечить бесперебойную работу энергобиологических комплексов — фабрик по выращиванию в товарных масштабах ранних овощей, микроводорослей, осетровых рыб, птицы.

Проекты подобных комплексов разрабатываются у нас в Республике Дагестан. Многие термальные воды представляют собой высокоминерализованные растворы, богатые ценными элементами. Из таких растворов технически нетрудно получать йод, бром, бор, калий, натрий, кальций и магний.

Прогнозы в отношении развития геотермальной энергетики для нашей страны благоприятные. Установленная мощность российских геотермальных станций равна 74 МВт. За десять лет (с 2010 по 2020) доля геотермальной энергии в общем объеме выработки электроэнергии страны выросла в шесть раз — с 0,05 до 0,3%. Это пока небольшие цифры, но нужно видеть перспективы.

© Burger81 / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0 (Вид на Мутновскую ГеоЭС)
© Burger81 / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0 (Вид на Мутновскую ГеоЭС)

Мы занимаем первое место в мире по энергетическому потенциалу недр, который оценивается в 115 млн. тонн условного топлива. При этом Россия является одной из пяти стран мира, располагающих технологиями производства геотермальных турбин. В отечественную научную школу по изучению геотермальных ресурсов входили более 60 институтов, масштабы проведенных ею изысканий — свыше трех тысяч геотермальных скважин, глубочайшие из которых пронзили недра на 5,5 км.

В следующем году исполнится 85 лет от начала исследований в области геотермальной энергетики (1937), у истоков которых стоял геолог Борис Иванович Пийп (1906–1966). Наиболее активно она стала развиваться в послевоенные годы. В 1949 году энергетик Александр Александрович Гавронский (1903–1971) обратился лично к Сталину с проектом получения электроэнергии за счет вулканического тепла Камчатки.

Проект рассматривался недолго, уже в 1954 году Академия наук отправила экспедицию под руководством Б. И. Пийпа для поисков места под будущую геотермальную электростанцию. Ученые остановили свой выбор на местности на берегах реки Паужетки, где в 1957 году стартовало строительство Паужетской электростанции, запущенной девять лет спустя.

© Vera.vvo / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0 (Выведенная из эксплуатации Океанская ГеоТЭС на острове Итуруп)
© Vera.vvo / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0 (Выведенная из эксплуатации Океанская ГеоТЭС на острове Итуруп)

Именно в нашей стране была изобретена и построена первая в мире бинарная электростанция — Паратунская, в 70 км от Петропавловска-Камчатского, которая работала 2000 часов в экспериментальном режиме (с 1967 по 1969 год).

На рубеже веков были запущены несколько новых ГеоЭС, в том числе на Курилах: в 1999 году — Верхне-Мутновская (Камчатка), в 2002 году — Менделеевская (остров Кунашир, сейчас на реконструкции), в 2003 году — Мутновская (Камчатка), крупнейшая ГеоЭС России, в 2006 году — Океанская (остров Итуруп, законсервирована после аварии 2015 года).

Помимо Дальнего Востока, высоким потенциалом с точки зрения развития геотермальной энергетики обладают Ставропольский и Краснодарский край, республики Ингушетия и Дагестан, Тюменская, Томская, Омская и Новосибирская области.

© Надежда Хаустова / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0 (Вид на Верхне-Мутновскую ГеоЭС, расположенную в Елизовском районе Камчатского края)
© Надежда Хаустова / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0 (Вид на Верхне-Мутновскую ГеоЭС, расположенную в Елизовском районе Камчатского края)

Республика Дагестан является самым изученным из всех регионов России в геотермальном отношении: исследования здесь проводятся с 1950 г., разведаны 13 месторождений термальных вод, на которых пробурена 141 скважина. Четыре важнейших месторождения Дагестана в настоящее дают 3,8 млн. кубометров горячей воды ежегодно. Пока что планы освоения геотермальных ресурсов республики ограничиваются использованием геотермальной энергии для теплоснабжения населенных пунктов, строительство электростанции не предусмотрено. Возможно, в будущем ситуация изменится.

Первый проект станции на дагестанских термальных водах (Тарумовская ГеоЭС) был разработан еще в 1970-х годах под руководством академика Самада Агаевича Джамалова (1903–1980). В настоящее время рассматриваются перспективы сооружения геотермально-парогазовой энергетической системы на Тернаирском месторождении под Махачкалой.

© Mike Gonzalez / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0 (ГеоЭС Palinpinon на Филиппинах)
© Mike Gonzalez / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0 (ГеоЭС Palinpinon на Филиппинах)

Развитие геотермальной энергетики в России, как и в остальном мире, сильно сдерживается рядом проблем. Во-первых, разработка, проектирование и строительство таких станций требует немалых капиталовложений.

Во-вторых, часто возникают трудности с размещением ГеоЭС, которые приходится строить в областях со сложным рельефом, а нередко — сейсмически и вулканически активных. Причем обычно такие местности слабо заселены и не обладают развитой инфраструктурой, как, например, Камчатка и Курилы.

В-третьих, «зеленые» ГеоЭС не столь уж безопасны с точки зрения экологии. Горячий пар выносит из земных недр токсичные вещества, среди которых есть сероводород, мышьяк, ртуть и др. Вдобавок высокое содержание минералов в термальных водах способно привести к засолению почвы.

Кроме того, ГеоЭС являются источником шумового загрязнения окружающей среды, так как вырывающийся из скважин водяной пар издает оглушительный рёв.

И наконец, строительство электростанции может привести к уничтожению уникальных природных объектов — гейзеров, вулканических ландшафтов, других геологических памятников, составляющих часть природного наследия.

© Gretar Ívarsson / Wikimedia Commons / public domain (ГеоТЭС Несьявеллир, Исландия)
© Gretar Ívarsson / Wikimedia Commons / public domain (ГеоТЭС Несьявеллир, Исландия)

Перечисленные факторы заставляют проявлять осторожность. Поэтому, например, Исландия эксплуатирует доступные источники подземного тепла лишь на 30% от возможного, хотя энергетический потенциал своих рек использует на 90%. Вклад геотермальных электростанций в энергетику Японии составляет всего-то 0,2%, хотя японцы могли бы вырабатывать до 23,5 ГВт электроэнергии.

Вопрос о том, покорит ли человек подземное тепло в текущем столетии, остается открытым.

статью специально для канала "Строительный мир" подготовил Бердышев Сергей Николаевич — специалист в области геобрендинга, автор открытого онлайн-курса «Горно-геологическое наследие как ресурс муниципального брендинга», создатель электронного журнала «Геонаследие», краевед Горнозаводского краеведческого клуба «Родник»