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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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»
