Геотермальная энергия Земли и перспективы ее использования

Последние десятилетия в истории человечества характеризуются настоящим бумом в использовании возобновляемых источников энергии. Масштабы их применения выросли в разы. Причин этому несколько. Во-первых, эпоха, в которой главенствующую роль играли дешевые традиционные энергоносители, закончилась. Единственная тенденция, развивающаяся сегодня в данной области – рост цен на все виды ископаемого топлива. Во-вторых, страны, которые являются энергетически зависимыми, всячески стараются использовать возможности альтернативных источников энергии. И, наконец, в-третьих, большая роль в этом вопросе отводится экологическим соображениям – выбросу вредных газов и парниковому эффекту.

Именно такие причины поставили развитие ВИЭ в число приоритетных задач в области энергетики во многих странах. Ряд государств реализуют ее через принятие соответствующей законодательной и нормативной базы, где устанавливается правовая, экономическая и организационная основа использования возобновляемых источников энергии.

В России, несмотря на то, что она является ведущей мировой державой по запасам ископаемых энергетических ресурсов, в последнее время тоже произошло принципиальное изменение отношения к вопросам использования ВИЭ. Толчком к этому послужил рост стоимости органического топлива, которое вдобавок еще и дорого обходится в транспортировке в отдаленные районы страны, и, как следствие этого, – рост цен на тепло- и электроэнергию. В вопросах совершенствования и развития систем теплоснабжения на первое место вышли аспекты по расширению использования местных нетрадиционных источников энергии, в том числе и геотермальной энергетики.

Геотермальная энергия – это физическое тепло глубинных слоев земли, которые характеризуются гораздо большей температурой, чем температура воздуха на поверхности. Носителями подобной энергии могут быть жидкие флюиды в виде воды или пароводяной смеси, а также сухая горная порода, расположенная в соответствующих глубинах. Горячие недра Земли постоянно выпускают на поверхность тепловой поток, и под его воздействием образуется градиент температуры – геотермальная ступень. Сегодня целесообразно и экономически выгодно в получении энергии использование только тепло термальных вод и парогидротермов. При производстве электроэнергии с учетом адекватных технико-экономических затрат температура должна составлять не меньше 100 градусов по цельсию. Мест на Земле с подобными температурами относительно немного.

Идеальных источников энергии человечество пока еще не выявило, поэтому, как и любые другие, геотермальная энергетика имеет ряд своих плюсов и минусов.

Наиболее явное ее преимущество в фактической неисчерпаемости и стабильности действия. Можно предположить, что влияние человека может снизить температуру верхних слоев планеты, но представить подобную интенсивную деятельность на практике совершенно невозможно. В отличие от солнечной или ветряной энергии, которые создают перебои в выработке во время безветренной или пасмурной погоды, тепло Земли можно использовать постоянно.

Но недостатки в данной области тоже имеются. Получение больших объемов геотермальной энергии доступно далеко не всем странам мира. Эту возможность имеют только те, которые располагаются в вулканических районах планеты. Помимо этого есть определенные риски для окружающей среды, связанные с выбросами отработанной воды. Подземные воды представляют опасность для здоровья человека в связи с возможным содержанием в них токсичных соединений.

Сравнительно невысокий уровень эксплуатации данного вида энергии обусловлен и другими не менее значительными причинами, к которым можно отнести высокую стоимость скважин; сложные транспортабельные характеристики термальной воды; необходимая обратная закачка отработанной воды; агрессивные коррозийные свойства; одноразовость в использовании системами теплоснабжения.

Область применения и процент эффективности использования геотермальных вод зависят от многих факторов, таких как энергетический потенциал, общий дебит, запас скважин, химический состав, минерализация, наличие потребителей и т.д.

Наиболее распространенными и эффективными сферами применения геотермальной энергии являются отопление, горячее и техническое водоснабжение объектов в различных отраслях деятельности: электроэнергетике, промышленности, сельском хозяйстве. А оптимальный энергетический эффект может быть достигнут за счет создания определенных систем отопления и повышения перепада температур.

Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия

Сегодня человечество использует более 4% потенциала геотермальных источников для получения электроэнергии, и только мене 1% приходится на получение тепла. Коэффициент мощности современных ГеоЭС составляет около 90%, что в разы превышает показатель технологий, использующих другие возобновляемые источники энергии, такие как солнце, ветер или приливы.

Гео- электростанции работают почти в 30 странах мира, а их суммарная мощность — более 10 тысяч МВт. Лидерами в этой сфере являются США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая Зеландия, Исландия. Что касается Исландии, то статус развитой страны с высокими показателями жизни она получила именно по причине перевода своей экономики на геотермальный ресурс. Более 90% теплоснабжения здесь основано на геотермальном тепле. Показательным в развитии области является созданный исландцами проект системы геотермального теплообеспечения Рейкьявика, который покрывает 99% потребностей города в тепле.

Большой популярностью в последнее время пользуются геотермальные системы теплоснабжения, в основе которых лежит работа тепловых насосов. Почти 58% общих мощностей геотермальных тепловых установок составляют теплонасосные агрегаты. Данная технология успешно развивается в Германии, США и Канаде.

Верхне-Мутновская ГеоЭС

Наряду с большим потенциалом органических видов топлива, Россия располагает и немалыми геотермальными ресурсами. Свое развитие геотермальная энергетика здесь начинает с середины 60-х годов. В это время в СССР была образована Северокавказская разведочная экспедиция для бурения и реконструкции нефтегазовых скважин на термальные воды. А первая ГеоТЭС на нашей территории построена в 1967 году на Камчатке. Ее первоначальная мощность — 5 мВт, а после — возросла до 11 мВт. В 1983 году эксперты составили атлас термальных вод СССР. Плодотворным в становлении отрасли стал период с 1970 по 1990 гг. — добыча данного ресурса за это время в стране увеличилась в 9 раз.

Новым толчком в развитии геотермальной энергетики на Камчатке в 90-е годы стало появление фирм, которые совместно с промышленными организациями разработали прогрессивные схемы, технологии и виды оборудования в сфере преобразования геотермальной энергии в электрическую. Итогом этой деятельности стало введение в работу Верхне-Мутновской ГеоЭС.

Сегодня в России разведано более 70 термальных месторождении, а количество пробуренных скважин превышает 4000. Самыми перспективными в развитии отрасли являются части Курильского, Западно-Сибирского и Северо-Кавказского регионов.

Ресурсы, которые обнаружены на Камчатке, дают возможность обеспечить ее население теплом и электричеством на 100 последующих лет. Здесь наряду с Мутоновским месторождением большими запасами располагают Кошелевское, Большое Банное и Киреунское. Весь объем тепла камчатских геотермальных вод составляет 5000МВт.

Менделеевская ГеоЭС, Кунашир, Курилы (Фото sdelano-u-nas.livejournal.com)

Количество ресурса тепла земли Курильских островов тоже немалое. На острове Итуруп сосредоточено столько двухфазного геотермального теплоносителя, мощности которого могут удовлетворить энергопотребности региона на ближайшие несколько сотен лет. Город Южно-Курильск на острове Кунашир уже частично обеспечивает население тепло- и электроэнергией с помощью геотермального тепла. Остров Парамушир менее изучен в этой области, но определено, что он располагает немалыми запасами геотермальной воды температурой от 70 до 95 градусов. Здесь уже идет постройка ГеоТС.

Самое большое распространение в нашей стране имеют геотермальные месторождения, температура воды которых от 100 до 200 градусов. Тут наиболее целесообразным становится использование низкокипящих рабочих тел в паротурбинном цикле. Двухконтурные ГеоТЭС у нас работают во многих регионах, но наиболее подходящие условия для их реализации на Северном Кавказе. Тут длительному и детальному изучению подверглись месторождения с температурой от 70 до 180 градусов с глубиной от 300 до 5000 метров. В данных регионах за счет геотермальной воды работает большой процент теплоснабжения и систем горячего водоснабжения. На территории Дагестана добыча геотермальной воды превысила 6 млн.м.

Районами, располагающими определенными геотермальными запасами, которые пригодны в широкомасштабном применении в отраслях промышленности и сельского хозяйства являются Приморье, Прибайкалье и Западная Сибирь.

Наряду с существующими источниками энергии геотермальная энергетика в России на сегодняшний день проигрывает по многим параметрам. Но ситуация в нашей стране складывается таким образом, что развитие данной отрасли является наиболее целесообразным и экономически выгодным в вышеуказанных регионах, где этот источник способен радикально решить проблему энергоснабжения в условиях использования дорогих привозных видов топлива.

·

Энергия солнца

Энергия солнца. Солнечные батареи и солнечные коллекторы

Солнечное излучение - один из наиболее перспективных источников энергии будущего. В ясную погоду на 1м² земной поверхности в среднем падает 1000 Ватт световой энергии солнца. Солнечная энергия поступает на Землю неравномерно: в одной местности солнце светит 320-350 дней в году, в другой солнечные дни - редкость. Исходя из этого, прежде чем ставить солнечные батареи с целью выработки электричества, необходимо рассчитать эффективность применения данного метода в конкретных климатических условиях.

Преобразование солнечной энергии осуществляется двумя способами:

• фотоэлектрическим (прямое преобразование световой энергии в электрическую);
• фототермическим (преобразование световой энергии в тепловую, а затем, при необходимости, в электрическую).

По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA) в 2011 г. в мире подключено около 28 ГВт новых солнечных станций, их суммарная установленная мощность составила 67,4 ГВт.
На сегодняшний день солнечный кВТ·ч дороже традиционного. Однако планируется, что уже в 2012 г. в некоторых районах мира будет достигнуто равенство стоимости «солнечного» и «традиционного» киловатта. Доля «солнечного» электричества в общей выработке электроэнергии в России к 2020 г. составит 4-7%, а в Европе - 12%.

Принцип действия солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) состоит в прямом преобразовании солнечного света в постоянный электрический ток. Энергия может использоваться как напрямую, так и запасаться в аккумуляторных батареях. Если требуется получить 220 В переменного тока, нужно использовать преобразователи - инверторы.

Преимущества СФЭУ:

• экологичность
• простота в обслуживании
• автономность работы
• бесшумность работы (достигается отсутствием движущихся частей)
• значительный срок службы

Солнечные батареи сохраняют работоспособность при: