Рейкьявик, столица Исландии, по праву гордится тем, что здесь полностью отказались от использования дымящих труб. Благодаря этому воздух в городе невероятно чистый. Несмотря на холодный климат, в Рейкьявике почти нет гололёда: дороги и тротуары подогреваются горячей водой. И всё это благодаря использованию геотермальной энергии — энергии тепла земных недр.
В Исландии геотермальная энергия обеспечивает 30% энергетического баланса страны (710 МВт) и 90% тепла. На втором месте в мире по использованию этого вида энергии находятся Филиппины с 27% (1904 МВт). В абсолютном выражении лидером по использованию геотермальной энергии являются США — 3086 МВт, что составляет 0,3% от их энергетического баланса. Сделать ставку на геотермальную энергию, по словам канцлера Олафа Шольца, планируют и в Германии.
Геотермальные ресурсы можно разделить на гидротермальные и петротермальные. Принцип работы геотермальных электростанций довольно прост.
Гидротермальная энергетика основана на использовании тепла подземных вод естественного происхождения. Для этого бурят скважину, через которую на поверхность поднимаются горячие подземные воды и пар. Пар можно сразу же использовать в турбинах электростанции для производства электричества.
Петротермальная энергетика, также известная как Hot Dry Rock-технология, использует тепло сухих горных пород, температура которых повышается с увеличением глубины. В этом случае требуется пробурить не одну, а две скважины: нагнетательную, через которую под давлением под землю поступает вода, разрывая горные породы (коллектор), и добывающую, по которой поднимаются вода или горячий пар, чтобы доставить на поверхность тепло или энергию.
Петроэнергетика может работать даже при относительно невысокой температуре недр, около 80 градусов. В таких случаях применяется бинарный цикл. Тепло из скважины передаётся через теплообменник фреону или жидким углеводородам — легкокипящей жидкости. Сформировавшийся пар подаётся на турбину, которая генерирует электричество. Сегодня лидером в развитии геотермальной энергетики является Австралия. В этой стране на относительно небольшой глубине, примерно 3,5–4,5 километра, залегают аномально горячие сухие породы с температурой до 240–300 градусов Цельсия.
Гидротермальную энргетику можно использовать только там, где термальные воды подходят к поверхности. Зато это наиболее рентабельный ресурс. Петротермальные источники есть почти везде, но энергии дают меньше при больших затратах. Однако наиболее удобным и рентабельным вариантом является сухой пар, который, к сожалению, встречается реже всего.
Казалось бы, перед нами идеальный источник возобновляемой энергии. Тепло, которое хранится в недрах земли, практически неисчерпаемо и доступно в любой точке планеты. При использовании геотермальной энергии не происходит выбросов парниковых газов. Когда мы используем солнечные батареи и ветряные электростанции, то зависим от освещённости и силы ветра, которые непостоянны по времени. Получать же геотермальную энергию можно независимо от погодных условий и времени суток.
В России на глубине от 4 до 6 километров находятся горные породы, температура которых составляет от 100 до 150 °С. Таких температур достаточно для отопления и горячего водоснабжения в различных регионах. Например, в Дагестане, Чечне, Ставропольском и Краснодарском краях, Забайкалье и Омской области уже используют геотермальную энергию для этих целей.
При этом российские геотермальные электростанции производят всего 82 мегаватта энергии. Не сравнимо даже с крошечной Исландией.
А ведь впервые идею использования энергии недр предложил русский учёный Константин Циолковский. Геолог Владимир Обручев подробно описал геотермальную электростанцию в своей повести «Тепловая шахта» ещё в 1920 году. Эту идею поддержали также Вернадский В. И. и Губкин И. М. В России существует сильная научная школа геотермальной энергетики. У нас хорошо отработаны технологии бурения скважин. К тому же, в нашей стране есть огромные территории и много отдалённых поселений, куда дорого возить топливо и дешёвый источник энергии пришёлся бы к месту.
Так почему же мы не используем геотермальную энергию более активно?
Энергия недр доступна повсеместно, однако скорость роста температуры с глубиной в разных местах Земли может различаться в 25 раз. Это зависит от геологической структуры и других факторов, характерных для конкретного региона или местности.
Существуют районы, где горячие подземные воды находятся на сравнительно небольшой глубине и доступны для добычи. Например, на Камчатке и в некоторых районах Дагестана. В таких местах бурить скважину может потребоваться на глубину от 4 до 6 километров. Однако есть и районы, где до тёплых пород нужно пройти через 10 километров крепких пород. В таких случаях бурение экономически нецелесообразно.
В Москве, например, градиент роста температуры составляет 12 градусов на километр. Для получения геотермальной энергии здесь потребуется пробурить скважину глубиной не менее 20 километров.
О каких суммах идёт речь?
По оценкам экспертов, бурение одной скважины может обойтись в 350 миллионов рублей. Для создания петротермальной электростанции потребуется как минимум две такие скважины. В отличие от нефтяных скважин, в этом случае нужны постоянные затраты не только на выкачку, но и на закачку воды. Даже в местности с высокотемпературными геотермальными ресурсами (таких порядка 3% от всей поверхности земли) оборудование и скважина для добычи энергии обойдутся примерно в 4 тысячи долларов за 1 киловатт. Это соизмеримо с расходами на получение энергии от солнца и ветра и в 4 раза выше, чем энергия атомных электростанций. Однако отдельные ГеоТЭС не отличаются большой мощностью.
Постоянная циркуляция минерализованной воды по скважинам приводит к их быстрому зарастанию и износу оборудования. Кристаллические горные породы содержат много примесей, нередко токсичных, легкорастворимых солей. Всё это оказывается в теплоносителе, что создаёт проблему его утилизации и риск загрязнения окружающей среды.
Так ли экологически чисты геотермальные электростанции? Чем больше глубина пласта-коллектора, тем выше минерализация геотермальных вод. Это приводит к интенсивному отложению солей и коррозии в скважинах и трубопроводах. Гидротермальные электростанции, которые производят наиболее дешевую геоэнергию, извлекают из недр огромное количество горячей воды, содержащей неорганические соли, в том числе токсичные. После использования тепла, воду сбрасывают в ближайшую реку или в океан, зачастую, без предварительной очистки.
Не приведет ли использование геотермальных электростанций к охлаждению земли? Расчёты показывают, что активная работа геотермальной электростанции за 13 тысяч лет приведет к охлаждению своего района на 0,1°С, что ниже стандартного разброса температур наблюдаемого в недрах. К тому же за время практического использования энергии недр начиная с 1958 года (когда была запущена первая геотермальная электростанция в Вайракее в Новой Зеландии), не было замечено никаких существенных изменений температуры. Однако без регулярного обновления и обслуживания, эффективность пертермальной скважины может снизиться.
Безопасны ли геотермальные электростанции? Они не более безопасны, чем обычные нефтяные скважины. Сила гидроразрывов пластов и зона разрушения от них сравнимы с ядерным взрывом мощностью в несколько мегатонн. Гидроразрывы необходимы как для «обновления» нефтяных скважин, так и для успешного функционирования петротермальных электростанций. Однако они могут вызвать землетрясения. При этом если нефть и газ добывают далеко от городов, то расположение геотермальных электростанций вдали от потребителей не оправданно.
При строительстве геотермальной электростанции в Базеле (Швейцария), где глубина скважины составляла пять километров, при закачке воды город ощутил подземные толчки. Под давлением общественности, многомиллиардный проект был свёрнут.
Даже многообещающий Санкт-Петербургский геотермальный проект, который предполагал использование петротермальной системы теплоснабжения для северной столицы, был остановлен после бурения первой скважины. Возможно, к лучшему?
Есть ли перспективы геотермальной энергетики в России? Я считаю, что да, но не повсеместно, а только в районах с богатыми геотермальными ресурсами. Уже сейчас геотермальная энергетика активно используется в некоторых регионах для отопления. В будущем, по мере истощения нефти на небольших глубинах, будет перспективно использовать уже пробуренные нефтяные и газовые скважины для получения петротермальной энергии. Её можно будет применять, например, в водородной энергетике или для производства другого аккумуляторного топлива. Это предложение было озвучено компанией KOSMO GRUPP Ltd на выставке Renwex 2024.
Технологии не стоят на месте. К примеру, словацкая фирма GA Drilling предлагает технологию импульсно-плазменного бурения. Суть метода в том, что породу раскалывают и ослабляют с помощью ионизированного газа нагретого до 6000 °C. Затем каменную крошку удаляют механически, промывая её водой и отправляя по трубе на поверхность. Если метод получит широкое распространение, стоимость бурения снизится вдвое.
Сейчас многие этапы гидроэнергетики ещё не до конца проработаны, но по мере развития технологии это направление станет неотъемлемой частью нашей жизни.
Список использованных источников прилагается в закрепленном комментарии
