На каком полуострове построена геотермальная электростанция: Что такое Геотермальная электростанция (ГеоЭС или ГеоТЭС)?

Геотермальные электростанции могут успешно дополнить ГЭС — Avesta

10 мая 2007, 20:53

Тема обеспечения энергетической независимости Таджикистана присутствует практически во всех программных заявлениях таджикского президента. Мы ждем – не дождемся начала эксплуатации Сангтудинской ГЭС-1, начала строительства Рогунской ГЭС  других крупных энергообъектов.
Между тем, по-прежнему игнорируется возможность параллельного освоения альтернативных энергоисточников, в большом количестве присутствующих в стране. К их числу также относится геотермальная энергетика, активно осваиваемая в мире и странах СНГ. Об этом в статье нашего московского эксперта…
Одним из перспективных направлений альтернативной энергетики считается использование геотермальных источников. Это довольно большой класс источников энергии, который основан на том, что температура земной коры возрастает на 1 градус Цельсия на каждые 30-40 метров глубины.
Потому в числе геотермальных источников используются: геотермальная вода и пар, сухие горячие горные породы. В перспективе ожидается использование теплоты магмы.
Геотермальные источники используются как для производства энергии, так и для водяного отопления. В 2004 году в мире использовалось 27,8 млн. кВт геотермальных источников (учтено производство тепловой и электрической энергии), в том числе 8,9 млн. кВт установленной мощности электростанций.
Лидерами в использовании геотермальных источников в энергетике являются Филиппины (20% всей выработки энергии), США, Индонезия и Мексика.
Таджикистан сидит на геотермальных источниках
К числу стран, которые обладают собственными геотермальными источниками, относится и Таджикистан. Они были открыты в 1947-1949 годах в окрестностях Ура-Тюбе (нынешний Истаравшан), при геологической разведке на нефть, проводимой Геологическим институтом Таджикского филиала Академии Наук СССР.
С тех пор геотермальные источники были открыты практически во всех районах страны. К настоящему времени в Таджикистане изучено 5 гидрогеологических массивов, в которых насчитывается 35 геотермальных источников. Есть перспективы дальнейшего геологического изучения гидрогеологических массивов.
Все ныне известные геотермальные источники в Таджикистане относятся к категории низкотемпературных, так как даже самый горячие геотермальные воды (например, на площади Теболай в окрестностях г. Куляб), не поднимаются выше 115 град. С.
Но большинство из них имеет большое избыточное давление, достигающее иногда 40 атмосфер и большие дебиты вод (излияние или выкачивание воды в единицу времени), достигающие 30 литров в секунду. Подобный дебит позволяет получать энергию без насосов, что отражается на ее себестоимости.
Лечебницы вместо энергии
К сожалению, геотермальные источники в Таджикистане никогда не рассматривались в качестве источника энергии. Некоторые источники (например, Обигарм и другие) использовались и используются только в лечебных целях.
В советское время считалось, что таджикские геотермальные воды могут использоваться только для горячего водоснабжения и теплофикации. Наиболее перспективными для такой цели назывались площади Шаамбары, Калайзанку, Обигарм, Явроз, Орджоникидзеабадская, Комсомольская, Гумбулак, Дангара и Теболай.
Эти месторождения находились поблизости от населенных пунктов, что и давало возможность провести теплофикацию части этих городов. К примеру, делались расчеты, согласно которым ресурсов Комсомольской гидрогеологической площади достаточно для отопления 10 домов с одновременным горячим водоснабжением 30 домов по 32 квартиры каждый.
Остальные источники и гидрогеологические площади вообще остаются без внимания. В рамках советской экономики, когда зимнее энергопотребление республики обеспечивалось привозным мазутом, углем и газом, геотермальным источникам не было места, несмотря на то, что многие из них могли быть использованы для теплофикации населенных пунктов.
Современное состояние энергетики Таджикистана заставляет по-иному отнестись к перспективам использования геотермальной энергии. Основная причина нынешних регулярных зимних энергетических кризисов в стране заключается в сезонных колебаниях уровня водохранилищ и, как следствие, колебаний выработки электроэнергии.
Для преодоления зимних кризисов необходим ввод электростанций, которые не зависят от сезонных колебаний водохранилищ. Это в первую очередь тепловые ГРЭС, тем более что в республике есть достаточные залежи угля и в этом плане она независима.
Одна ГРЭС мощностью в 500 тысяч кВт смогла бы практически ликвидировать периодические энергетические кризисы.
Энергетическая система Таджикистана станет более устойчивой от внешних факторов, если понизить долю гидроэнергии с современных 99% до 70-75%. Оставшиеся 25-30% могут быть восполнены энергией тепловых или солнечных электростанций.
Ранее, мной рассматривались перспективы развития в Таджикистане тепловой энергетики, базирующейся на таджикских угольных месторождениях. С учетом того, что Таджикистан обладает геотермальными источниками, часть электроэнергии может вырабатываться на геотермальных электростанциях (ГеоЭС).
Перспективы использования геотермальной энергии, с учетом накопленного мирового опыта, в том числе и в России (геотермальная энергия используется на Камчатке, в Ставропольском крае, Дагестане), не кажутся фантастическими. Имеющиеся в мире технологии позволяют использовать геотермальные источники даже при небольших ресурсах Таджикистана.
Геотермальное богатство Таджикистана
Каким геотермальным потенциалом обладает Таджикистан? Сведения о наиболее изученных площадях можно изложить в такой таблице:

Площадь

Область или регион

Дебит (л/сек)

Температура (градусов С)

Соленость (гр/л)

Хаватаг

Истаравшан

28-47

55

4,2

Калайзанку

Джиргиталь

–

35

1,4

Каратаг

Душанбе

0,2

23

29,1

Шаамбары

11-15

–

–

Зап. Лучоб

1,4-3

45

23,4-29,1

Комсомольская

1,4-13,6

39-64

18,6-29,7

Андыген

Вахдат

07,-13,9

32-52

22,2-46,7

Орджоникидзе-абадская

44

45,5

2,8

Гумбулак

0,4-14

38-42

2,2-10,2

Ренган

Рудаки

14

42

4

Карасырт

22,5

40

15,3

Дангара

Хатлонская

20

35

14,2-31,5

Юж. Дегимахмуд

–

66,4

10,4

Теболай

–

115

–

Джиланды

Бадахшан

30

60

–

Токузбулак
Большая часть из этих месторождений геотермальных вод представляет собой гидрогеологические площади, на которых воды залегают на глубине свыше 1000 метров.
Эта таблица, в некотором роде, краткий справочник сведений, накопленных советскими геологами о гидрогеологических площадях в Таджикистане. При более детальной и тщательной разведке этих площадей, а также перспективных районов, могут быть выявлено большее количество гидрогеологических площадей. Уже в советское время было открыто 35 месторождений и источников, и, по всей видимости, это не предел.
Часть геотермальных месторождений обладает низкой соленостью, в пределах 10 грамм/литр, что делает возможным прямое использование воды в энергетических и отопительных установках. Для всех остальных месторождений с высокой соленостью, которая приближается к солености морской воды, требуется энергетические установки бинарного цикла.
В мире на этом делают электроэнергию
Между тем, современные технологии использования энергии геотермальных вод, которые активно развивались в мире, ориентированы в первую очередь на производство электроэнергии.
Первая ГеоЭС, введенная в строй в Италии в 1904 году, имела мощность в 250 кВт. Однако долгое время инженеры не могли сконструировать турбину, пригодную для использования влажного, низкотемпературного пара низкого давления, который обычно получается с геотермальных источников.
Эта проблема была решена вместе с разработкой турбин для водоводяных энергетических реакторов (ВВЭР) и турбин для атомных подводных лодок.
Первая в СССР ГеоЭС – Паужетская, введенная в строй в 1966 году, использовала пар с температурой 110 град. С и давлением в 2 атм. Использование такого пара стало возможно с помощью строительства особой турбины, в которой первые ступени турбины имели длинные лопатки (тогда как в турбинах высокого давления – наоборот, большие лопатки имеют последние ступени).
В 1967 году на Паратунской ГеоЭС впервые в мире был испытан бинарный цикл, когда геотермальная вода нагревала рабочее тело – фреон, переходивший в газовую фазу при температуре 78 град С.
Энергетическая установка бинарного цикла принципиально схожа с атомным реактором типа ВВЭР. Соленая нагретая вода обращается внутри первого контура установки. Первый контур нагревает жидкость с низкой температурой кипения, обращающийся во втором контуре, соединенном с турбиной и генератором.
Сколько это стоит?
Первая очередь Мутновской ГеоЭС на Камчатке, мощностью в 40 тыс. кВт, имеет стоимость 150 млн. долларов. Таким образом, стоимость установленного киловатта российского оборудования для ГеоЭС, составляет 3,7 тысяч долларов.
Израильская компания «Ормат» (www.ormat.com) разработала и запатентовала в 1993 году технологию использования геотермальной воды высокого давления, основанную на разделении геотермальной воды на пар высокого давления и рассол высокого давления, расширении пара высокого давления для получения сухого пара, который подается на турбину.
Электростанция мощностью в 35 тыс. кВт, поставленная фирмой «Ормат» в Никарагуа, обошлась в 35 млн. долларов. Стоимость киловатта установленной мощности израильского оборудования составляет 1 тыс. долларов.
Также оборудование ГеоЭС бинарного цикла на низкокипящих телах производится компаниями «Митсубиси» (Япония), «Бен Холт» (США) и «Барбер Николс» (США). Но лидером рынка является компания «Ормат», которая поставила оборудования для ГеоЭС, суммарной мощностью в 600 тысяч кВт.
Варианты для Таджикистана
По имеющимся данным экспертов, для того, чтобы отказаться от импорта электроэнергии, Таджикистану нужно дополнительно производить около 3 млрд. кВт/ч электроэнергии в осенне-зимний период.
Тепловая ГРЭС на угле мощностью в 500 тысяч кВт способна произвести до 2 млрд. кВт/ч в сезон (октябрь-март). Производство еще 200 млн. кВт/ч электроэнергии вполне можно возложить на ГеоЭС.
Для этого достаточно суммарной мощности станций в 30 тысяч кВт, которые обеспечат при работе в течение 7400 часов выработку 220 млн. кВт/ч.
Стоимость такой ГеоЭС при использовании израильского оборудования составит около 30 млн. долларов, при использования российского оборудования – 111 млн. долларов.
Стоит отметить, что нужно создавать целый комплекс вокруг геотермальных источников, в которых энергия и тепло подземной воды будет главным связующих звеном. То есть горячая вода в холодное время также должна идти на обогрев жилища и на тепличные хозяйства.
Кстати принимая во внимание инициативу президента Эмомали Рахмон по повышению производительности овощей и фруктов в стране для экспорта, развитие системы тепличного хозяйства при ГеоЭС стало бы хорошим вкладом в экономику страны.
Источники с высоким избыточным давлением, низким содержанием солей и температурой воды в 60-70 град. С могут отрабатывать высокое давление и температуру на станциях бинарного цикла, а в дальнейшем горячая вода может направляться в системы отопления населенных пунктов.
Опыт показывает, что геотермальные источники могут обеспечивать довольно мощную систему отопления. В Турции, по данным Министерства энергетики Турции, в 2000 году 20% потребления тепла приходилось на геотермальные источники, которым было обеспечено 11 городов и 500 тысяч кв. метров теплиц.
При использовании геотермальных вод с высоким содержанием солей, чащей всего применяется технология обратной закачки отработанной воды в пласт, для предотвращения падения давления и исчерпания запасов воды в гидрогеологической площади.
Этот способ утилизации отработанной воды, в сочетании с замкнутым циклом первого контура установки бинарного цикла: пласт – установка – пласт, считается наиболее экологически безопасным при эксплуатации геотермальных источников.
ГеоЭС – выгодная перспектива
Конечно, геотермальные энергетика, как и другие альтернативные источники – солнечная и ветровая энергия, не будет приоритетом в таджикской энергетики. Бог надели страны огромными гидроэнергоресурсами, которые надо реализовывать в первую очередь.
Однако, с точки зрения национальной энергобезопасности (а ГЭС не гарантируют бесперебойное энергоснабжение), с точки зрения экологии и возобновляемости ресурсов, игнорировать эти виды энергоресурсов нельзя.
Для энергетики Таджикистана должна использоваться вода не только холодная и пресная, но и горячая соленая также. Это все – комплекс природных богатств страны.
Использование энергии геотермальных источников может стать для Таджикистана еще одним доступным способом борьбы с периодическими энергетическими кризисами и уничтожением зависимости от импорта электроэнергии.
В разработке геотермальных источников нет ничего невозможного, поскольку технология уже давно отработана, разработаны разные типы геотермальных электростанций. Оборудование для ГеоЭС производится серийно и поставляется многими компаниями. При привлечении планируемых сотен миллионов долларов инвестиций в строительство крупных ГЭС, можно предусмотреть выделение 30-50 млн. долларов на строительство геотермальных электростанций в разных районах страны.
Для их строительства не требуется никаких согласований с соседними странами, только согласие Аллаха и желание людей…
ВРЕЗКА
ПЛАНЫ И РЕАЛЬНОСТЬ ГЕОЭС В СНГ
КАМЧАТКА. В 2001-2002 годах введена в эксплуатацию Мутновская ГеоЭС-1. Мощность  станции 50 МВт, построена «Технопромэкспортом». Сегодня она полностью снабжает электричеством главный город полуострова – Петропавловск-Камчатский.
ЕРЕВАН. Завершено ТЭО строительства ГеоЭС “Джермахпюр” в Сюникской области Армении. Завершение строительства намечено на 2008-2009 годы. Согласно ТЭО, станция основанная на шести скважинах глубиной до 2,5 км, будет иметь мощность до 25 МВт и вырабатывать до 195 млн. кВт/ч электроэнергии в год.
МИНСК. Геологи приступили к бурению Вычулковской скважины на Брестчине для исследования горячих источников.
Разведывательные работы показали, что естественные геотермальные воды находятся на двухкилометровой глубине. В некоторых местах их температура достигает точки кипения – 100 градусов по Цельсию. Планируемая станция будет снабжать энергией и теплом 200 тысяч жителей.
ШЫМКЕНТ. Аким Южно-Казахстанской области Умирзак Шукеев поручил ученым проработать возможность установки в регионе геотермальных станций. “Геотермия – очень интересное направление. Вся Европа сейчас на геотермальных станциях, почему это нельзя применить у нас?” – заявил он.
Дмитрий Верхотуров, Москва, специально для ФК

Геотермальные электростанции: принцип работы, плюсы, минусы

Среди альтернативных источников электроэнергии существуют довольно специфические и экзотические способы ее получения. Кроме солнца и ветра в определенных условиях используется внутренние тепловые запасы планеты, для чего созданы геотермальные электростанции (ГеоЭС или ГеоТЭС). Их работа основывается на энергии пара, поступающего из поземных емкостей, содержащих горячую воду естественного происхождения. Он обеспечивает вращение турбоустановки, соединенной с электрическим генератором. В результате на выходе получается электрический ток, распределяемый среди потребителей.

Содержание

История развития

О практическом использовании геотермальных источников известно очень давно. Кроме обычного купания, эти природные ресурсы применялись в публичных банях в качестве источника тепла и горячей воды еще в 1-м веке нашей эры.

Позднее, уже в 14-м веке, французы изобрели первую систему общего теплоснабжения, использующую геотермальный потенциал. В промышленности она начала внедряться в 1827 году в Италии, когда под действием пара из вулканических веществ извлекалась борная кислота.

Первая система отопления, основанная только на подземной энергии, разработана в Америке в 1892 году. Затем в 1926 году Исландия стала использовать гейзеры для отопления сначала тепличных сооружений, а впоследствии – и жилых домов.

В 1852 году был изобретен насос для перемещения тепла, а в 1912 году получен патент на его применение в области добычи и извлечения на поверхность подземного пара. На практике эта идея стала реально возможной лишь в 40-х годах 20 века.

Постепенно дошла очередь и до первой электростанции на подземном тепле, сооруженной в 1960 году в американском штате Калифорния. Ее мощность составила 11 мегаватт, и она стабильно проработала в течение длительного времени. Однако, несмотря на некоторую популярность, широкого распространения эти установки сразу не получили. Лишь когда в 1979 году были изобретены полибутиленовые трубы, геотермальная энергия стала значительно эффективнее в области ее практического использования.

В дальнейшем технологии постоянно развивались и в 1967 году в СССР была построена первая станция с двойным рабочим циклом, использующая для получения электричества более низкие температуры, чем обычно. Такая же установка, сооруженная в 2006 году на Аляске, вырабатывает потенциал с использованием воды, нагретой лишь до 57 градусов.

От подземного тепла до электричества

Для добычи геотермальной энергии задействуется естественное тепло, производимое в глубине земных недр. Подобраться к таким источникам на нужное расстояние возможно по специальным шахтам или скважинам. По мере бурения наблюдается возрастание геотермического градиента на 1^{С при прохождении точного расстояния в 36 метров. Тепло, извлеченное наверх, представляет собой воду, нагретую почти до кипения или пар.}

Полученная этим способом тепловая энергия применяется напрямую в отоплении зданий или при помощи специального оборудования превращается в электроэнергию. Районы, пригодные для получения термальной энергии, есть во многих местах земного шара.

Проведенные исследования показали, что в центральной точке планеты температура ядра составляет примерно 6650^{С и выше. Постепенно происходит остывание в среднем темпе в 300-350С каждый миллиард лет. В мантии и ядре содержится примерно 98% тепловой энергии, и лишь 2% приходится на слой земной коры. Однако даже эта незначительная доля способна обеспечивать потребности людей в течение длительного времени. Идеальными местами под геотермальные станции считаются места в районе стыков между континентальными плитами, поскольку толщина коры здесь значительно меньше.}

Известно, что с повышением глубины скважины пропорционально возрастает и температура. Однако, существует немало мест, где она поднимается значительно быстрее. Это участки с высокой сейсмической активностью, проявляющейся при столкновениях или разрывах тектонических плит. Именно здесь намного проще добывать тепловые ресурсы, отличающиеся повышенным геотермическим градиентом. Такая энергия получается более дешевой из-за сокращения затрат на бурильные и насосные работы.

Иногда вода выходит прямо на поверхность, сразу оказывается нагретой до требуемых параметров, как это случается с гейзерами. Именно в этих точках прежде всего возводятся электроустановки, функционирующие на бесплатной тепловой энергии.

Использование подземного потенциала в реальных условиях

Во многих случаях подземная энергия применяется в двух видах.

1. Первый вариант – это непосредственная подача тепла в отопительные системы и устройства подогрева горячей воды. Этот способ хорошо зарекомендовал себя в районах высоких широт, в точках, где тектонические плиты смыкаются друг с другом. Вода закачивается в трубы напрямую из глубинных скважин и служит для обогрева объектов.
2. Второй вариант схематично практически не отличается от первого, только для производства электроэнергии требуется повышенная температура – от 150^{С. Это основные преимущества геотермальных электростанций.}

В качестве живых примеров можно привести американские штаты Калифорнию и Неваду, где за счет подземного тепла снабжаются энергией большие электростанции. В Калифорнии на долю подобных установок в общей массе приходится 5%. В Сальвадоре геотермальными источниками производится свыше 30% электричества. В частных домах этих регионов широко используется экологически чистая и дешевая тепловая энергия.

Способы получения подземной тепловой энергии:

• Из сухой породы в разогретом состоянии. В естественные резервуары, состоящие из сухих твердых материалов, под высоким давлением закачивается вода. Она увлажняет поры и трещины, увеличивает имеющиеся разломы, после чего нагревается и становится паром или горячей водой.
• Магма. Находится под землей в виде расплавленной массы, нагретой до температуры 1200^{С. Довольно редко она в небольших объемах подходит совсем близко к поверхности и располагается на доступных глубинах. В данный момент возможные методы использования магмы как источника бесплатного тепла разрабатываются лишь в теории и на уровне отдельных экспериментов.}
• Горячие воды. Испытывают постоянное давление, располагаются возле поверхности и содержат в своем составе метан в растворенном виде. В данном варианте электроэнергия производится при помощи не только тепла, но и газа.

Как действуют геотермальные установки

В получении электроэнергии при помощи подземного тепла используются три наиболее распространенных варианта.

1. Прямая схема, где работает пар в сухом виде;
2. Непрямая, в которой задействованы свойства водяного пара;
3. Бинарная (смешанная).

Конкретный вариант зависит от того, в каком состоянии находится геотермальная среда – водяном или паровом. Учитываются и температурные показатели. В своем первоначальном виде электростанции работали по первой схеме, когда добытый пар подается напрямую внутрь турбины. Однако, чаще всего стал использоваться второй вариант непрямого действия, когда закачка жидкости производится под повышенным давлением в резервуары генераторных агрегатов, установленных на поверхности. В данной схеме отсутствует непосредственный контакт пара, воды и турбин с генераторами. Каждый способ следует рассмотреть подробнее.

Многие установки пользуются в своей работе гидротермальным сухим паром (рис. 1). Его движение осуществляется напрямую внутрь турбины, соединенной с электрическим генератором. Горячий пар используется вместо обычных видов твердого и жидкого топлива, поэтому данная технология используется до сих пор, хотя она и несколько устарела.

Более прогрессивным считается вариант на парогидротермах (рис. 2) с непрямым действием. Нагрев гидротермального раствора производится до температуры от 182 градусов и выше. Он нагнетается в специальный испаритель и под образовавшимся давлением выполняется его быстрое выпаривание. Под влиянием образовавшегося пара турбинный вал приводится в действие. Жидкость, оставшаяся в емкости, может быть выпарена в другом испарительном устройстве, что дает возможность повысить мощность установки.

В большинстве районов с горячими источниками тепла температура воды довольно умеренная и не превышает 200^{С, а зачастую она значительно ниже. Такая вода применяется в оборудовании с бинарным циклом и оказывается вполне пригодной для выработки электроэнергии. В данной ситуации принцип работы геотермальной электростанции следующий: помимо воды в системе применяется еще одна, специальная жидкость, с более низкой точкой кипения. Они обе проходят внутри теплообменника, где нагретая подземная вода превращает в пар другую жидкость. Полученный за счет этого пар, попадает в турбину и начинает вращать лопатки.}

Данная система функционирует полностью в замкнутом цикле, поэтому каких-либо ядовитых выбросов в окружающую среду практически нет. Так как вода с умеренной температурой обычно встречается в горячих источниках, то в перспективе большинство электроустановок будет переведено на этот рабочий режим.

В дальнейшем планируется использовать и другие геотермальные ресурсы. Горячая вода и пар составляют лишь незначительную часть от общих резервов. Практически неиссякаемые энергетические источники будут обеспечены за счет сухих твердых пород и магмы. В данное время ведутся практические разработки, нацеленные на снижение стоимости получения геотермального электричества.

Геотермальные установки в России

На территории Российской Федерации располагается немало районов с активной вулканической деятельностью. В основном, это Дальний Восток, Камчатка, Сахалин и Курильские острова. Именно в этих местах в разное время были построены геотермальные электростанции. Рассмотрим наиболее известные станции.

Паужетская ГеоТЭС

Первая в России электростанция такого типа была построена в 1966 году. Основной целью установки стало обеспечение электричеством населенных пунктов и рыбоперерабатывающих предприятий. Местом расположения был определен западный берег Камчатского полуострова, рядом с селом Паужетка и вулканом Камбальным.

При запуске станция выдавала установленную мощность в 5 мегаватт, а к 2011 году этот показатель был увеличен до 12 МВт. В последнее время ведутся работы по реализации проекта с бинарным энергоблоком, созданным российскими инженерами. Это позволит увеличить мощность станции до 17 МВт и улучшить экологическую обстановку за счет сокращения выбросов отработанных материалов.

Верхне-Мутновская ГТЭС (опытно-промышленная)

Располагается в юго-восточной части Камчатки непосредственно на вулкане Мутновский. Высота над уровнем моря составляет 780 м. Окончание строительства и ввод в эксплуатацию – 1999 год. Оборудована тремя энергоблоками по 4 мегаватта, общая мощность станции – 12 МВт.

Рядом расположена еще одна, более современная установка, введенная в строй в 2003 году. Показатель установленной мощности – 50 МВт, планируется довести до 80 МВт. Обслуживание объекта выполняется полностью в автоматическом режиме. За счет обеих станций на Камчатке значительно снизилась зависимость от привозного топлива. Две геотермальные электростанции производят примерно 30% всей электроэнергии полуострова.

Станция Океанская

Расположена на Курильском острове Итуруп, введена в строй в 2006 году. Производительность – 2,5 МВт.

Станция Менделеевская

Находится на Курильском острове – Кунашире, неподалеку от вулкана Менделеева. Производительность составляет 3,6 Мвт, после модернизации она возрастет до 7,4 МВт.

Несомненными положительными чертами геотермальных установок являются:

• Работают на возобновляемых источниках энергии на весь период существования планеты.
• В сравнении с солнцем и ветром подземная энергия отличается повышенной стабильностью.
• Экологические преимущества и чистота, минимальное негативное влияние на окружающую обстановку.
• Для функционирования геотермальные электростанции не требуют какого-либо другого топлива.
• Возможность применения в частном секторе, окупается сравнительно быстро.

Среди минусов наиболее существенными будут такие:

• Обязательная привязка к конкретной местности с подходящими условиями.
• При бурении скважин часть газов улетучивается в атмосферу.
• Вероятность спровоцировать землетрясение из-за нарушений структуры породы.
• Необходимость больших первоначальных вложений.

Геотермальная станция Исландии обеспечивает энергией всю экономику

Электростанция Svartsengi в Исландии работает уже несколько десятилетий и продолжает укреплять свое наследие, поскольку электростанция и горячее водоснабжение поддерживают новые предприятия и являются замечательным примером мощи Возобновляемая энергия.

Электростанции важны для местных сообществ и часто служат основой региональной экономики, где дома и предприятия зависят от электроэнергии, производимой объектом.

Геотермальные электростанции Исландии поддерживают национальную экономику, привнося инновации в производство электроэнергии и стимулируя развитие новых отраслей. Ярким примером является Свартсенги (рис. 1), геотермальная электростанция, которая впервые была введена в эксплуатацию более 40 лет назад и продолжает развиваться. Он обеспечивает электричеством и горячей водой, а также служит системой отопления для жителей полуострова Рейкьянес. В Ресурсный парк Свартсенги входят несколько компаний, использующих ресурсы электростанции, в том числе всемирно известный спа-центр «Голубая лагуна», а также производители косметики, биотехнологические компании и предприятия аквакультуры.

Парк также поддерживает производство зеленого метанола в процессе, при котором выбросы углерода электростанции улавливаются и превращаются в зеленый метанол, топливо с низким содержанием углерода, которое можно производить либо путем газификации биомассы, либо из возобновляемой электроэнергии и захваченный углекислый газ. Значение Свартсенги для всей страны, а не только для местного сообщества, и его статус дома для инновационного Ресурсного парка делают этот объект достойным получателем 9 баллов.0005 POWER Награда Top Plant за использование возобновляемых источников энергии.

«Геотермальная энергия оказала значительное влияние на Исландию как в экономическом плане, так и в плане повышения качества жизни», — сказала Дагни Йонсдоттир, менеджер Ресурсного парка. «В 20 веке Исландия превратилась из одной из беднейших стран Европы, зависящей от импортного угля в качестве источника энергии, в страну с высоким уровнем жизни, где практически вся стационарная энергия вырабатывается из внутренних возобновляемых источников. Это снижает экономическую зависимость от внешних энергетических рынков.

«В течение многих лет Свартсенги был образцом для обеих других исландских геотермальных станций, а также образцом для многократного использования потоков ресурсов от производства геотермальной энергии», — сказал Йонсдоттир. Она сказала POWER : «Основной целью Svartsengi всегда было обслуживать соседние общины, снабжая их жизненно важной инфраструктурой, такой как отопление, питьевая вода и стабильное электроснабжение».

Йонсдоттир отметил, что геотермальная энергия «в основном используется для отопления помещений и производства электроэнергии, причем девять из каждых 10 домашних хозяйств отапливаются геотермальной энергией [остальные в основном поступают от гидроэнергетики]. Это также позволяет использовать другие удобства, такие как бассейны с подогревом во всех круглый год и отапливаемые спортивные площадки, улицы и парковочные места в снежную зиму. Несколько отраслей также закрепились в Исландии благодаря геотермальной энергии, например, некоторые виды наземного рыбоводства и теплицы, отрасли, которые не существовали бы здесь без источника геотермальной энергии».

Завод построен в шесть этапов

Ингви Гудмундссон, главный инженер Свартсенги, сказал, что завод был построен в шесть этапов. Первая очередь, тепловая установка мощностью 50 МВт, была введена в эксплуатацию в 1977 году, но с тех пор была выведена из эксплуатации. Вторая очередь, тепловая установка мощностью 110 МВт, была введена в эксплуатацию в 1980 году вместе с третьей очередью мощностью 6 МВт.

Четвертая очередь, энергоблок мощностью 8 МВт, введена в эксплуатацию в 1989 году. Пятая очередь тепловой мощностью 80 МВт и электрической мощностью 30 МВт введена в эксплуатацию в 1999. Фаза VI была введена в эксплуатацию в 2008 году, обеспечивая 30 МВт мощности по выработке электроэнергии.

Гудмундссон сказал, что Svartsengi вырабатывает электроэнергию на блоках Фазы с III по Фазы VI. Фаза III представляет собой турбину с противодавлением (от 6 бар абс. до 1,2 бар абс.) производства Fuji Electric Japan. Фаза IV представляет собой турбину с 7-кратным органическим циклом Ренкина (ORC) от Ormat (пар под давлением на входе 1,2 бар абс. из блока противодавления).

Фаза V представляет собой паровую турбину с однократной конденсацией мгновенного испарения производства Fuji Electric Japan (давление на входе 6,5 бар абс. ). Фаза VI, по словам Гудмундссона, представляет собой «единую турбину, состоящую из турбины с противодавлением мощностью 10 МВт (от 15,5 бар абс. до 6,5 бар абс.) и конденсационной турбины мощностью 20 МВт (давление на входе 6,5 бар абс.) на одном роторе турбины».

«У каждого этапа была своя цель, и в основном они были очень разными», — сказал Гудмундссон. «Первой целью первых двух этапов было обеспечение горячей водой соседних населенных пунктов, которые в то время полагались на уголь и нефть для отопления. Третьей фазой была паровая турбина с противодавлением, которая позволяла HS Orka [оператору станции] также вырабатывать электроэнергию. Четвертая фаза стала результатом усилий по оптимизации потоков ресурсов, когда для нагрева требовалось меньше прямого пара, который, в свою очередь, мог использоваться в установке ORC для дальнейшего производства электроэнергии.

«Пятый этап был прямым расширением геотермального резервуара новыми скважинами и способом удовлетворения будущих потребностей в горячей воде, поскольку окружающие сообщества быстро росли», — сказал Гудмундссон. «Турбина, установленная на пятой очереди, представляет собой комбинированный теплоэлектроцентраль, где охлаждение агрегата служит для предварительного нагрева воды для производства горячей воды. Шестой этап был этапом оптимизации, на котором многолетний опыт, полученный в результате использования геотермальных ресурсов, позволил осуществить дальнейшее расширение за счет нового энергоблока мощностью 30 МВт».

Гудмундссон сообщил POWER : «HS Orka в настоящее время планирует новую фазу восстановления и расширения, на которой старые агрегаты [из фаз III и IV] будут выведены из эксплуатации, а использование пара и рассола дополнительно оптимизировано в новой и более эффективной турбине. ».

Исследования, разработки и оптимизация

Йонсдоттир и Гудмундссон сказали, что Svartsengi была движущей силой сильного внимания исследований и разработок в HS Orka, что привело к постоянному совершенствованию завода и его операций.

«Это привело не только к лучшей оптимизации завода, но и к созданию Ресурсного парка, который является примером предпринимательского духа в HS Orka», — сказал Йонсдоттир. «Избыточные ресурсы возникают в результате производства электроэнергии, и у компаний был спрос на использование этих ресурсов, возможность находиться рядом с электростанцией и участвовать в их работе, поэтому наши «отходы» становятся ценностью для этих компаний. Это концепция, которая развивалась в течение многих лет и немного опередила свое время, как пример циркулярной экономики и промышленного симбиоза».

Йонсдоттир сказал, что геотермальные электростанции Свартсенги и Рейкьянес образуют единственный ресурсный парк Исландии, но «другие компании также используют ресурсы своих геотермальных электростанций. ON Power управляет геотермальным парком, который использует несколько потоков ресурсов электростанции Hellisheiði, а Landsvirkjun [исландская национальная энергетическая компания] в настоящее время использует геотермальные ресурсы своих электростанций в различных сферах бизнеса».

Ресурсный парк в Свартсенги поддерживает несколько предприятий, производящих электроэнергию и горячую воду, включая Голубую лагуну, спа-центр, известный в медицинском сообществе. Сайт предлагает лечение пациентов с псориазом уже почти 30 лет, и исследователи подтвердили эффективность геотермальной морской воды Голубой лагуны для лечения кожных заболеваний.

«За пределами Исландии есть большой интерес к тому, что мы делаем», — сказал Фаннар Йонссон, менеджер по качеству и охране окружающей среды в Blue Lagoon. «Геотермальная энергия намного экологичнее, и люди обращаются к нам за помощью в поиске решений для устойчивого развития. Речь идет о том, «Как мы можем использовать этот ресурс максимально эффективно?»

«Здорово быть частью Ресурсного парка и использовать преимущества электростанции для потребления электроэнергии и горячей воды», — сказал Йонссон. «Мы стремимся быть углеродно-нейтральными, когда речь идет о нашей деятельности. Мы можем компенсировать наш углерод за полеты, за автобусы для наших сотрудников и гостей, мы компенсируем [углерод] за доставку нашей продукции. Голубая лагуна — отличный пример экономики замкнутого цикла».

Blue Lagoon, помимо спа-процедур, также известна как оздоровительная компания, производящая средства по уходу за кожей. «Мы производим мыло и соли для ванн, и все, что мы производим, натуральное. Наши продукты сочетают в себе чистоту природы и силу науки», — сказал Йонссон, отметив, что продукты спа-центра основаны на основных биоактивных элементах геотермальной морской воды — кремнеземе, водорослях и минералах.

«Svartsengi является местным лидером в реализации подхода обращения с отходами как ценности с помощью своего Ресурсного парка», — сказала Камма Тордарсон, руководитель проекта в Green by Iceland, группе, поддерживающей инициативы Исландии в области возобновляемых источников энергии. «Это становится все более важным, поскольку необходимо перейти к более замкнутому способу использования всех ресурсов».

Jónsdóttir, отмечая важность Svartsengi для инноваций в энергетическом секторе Исландии как сейчас, так и в будущем, сказал POWER : «Исландия взяла на себя обязательство стать углеродно-нейтральным не позднее 2040 года и стать первой страной, которая не будет зависеть от ископаемого топлива. топлива к тому времени».

Тордарсон сказал: «Геотермальная энергия имеет важное значение для экономики Исландии и экологических целей. Сочетание геотермальной и гидроэнергии в нашей энергетической системе позволяет использовать 100% возобновляемую энергию как для отопления домов, так и для производства электроэнергии. Поскольку мы сосредоточены на достижении углеродной нейтральности Исландии к 2040 году, такой энергетический баланс дает нам определенное преимущество». Преимущество, как сказал Йонссон, «быть изученным остальным миром».

— Даррелл Проктор — старший заместитель редактора POWER ( @POWERmagazine ).

Самая экстремальная геотермальная электростанция в мире

Загрузка

Будущее сейчас | Возобновляемая энергия

Самая экстремальная геотермальная электростанция в мире

(Изображение предоставлено Крисом Баранюком)

Крис Бараниук, 21 декабря 2016 г.

Исландия известна своей геотермальной энергией, но чтобы максимально использовать этот природный ресурс, вам нужно идти глубоко. BBC Future Now посещает самую горячую геотермальную скважину из когда-либо созданных.

T

В последний раз, когда кто-либо в Исландии пытался пробурить так глубоко, у него возникли проблемы. В 2009 году Исландский проект глубокого бурения (IDDP) столкнулся с препятствием на глубине чуть более двух километров. Сверло постоянно застревало. Команда уже использовала взрывчатку, чтобы перерезать линию, соединяющую бур с поверхностью. В другой раз они вылили соляную кислоту, чтобы освободить его от породы, которая, по их мнению, должна была заманить его в ловушку. Но они мало продвигались вперед.

Когда в скважину посыпались мельчайшие осколки вулканического стекла, все стало ясно. Бур не просто застрял в прочном слое породы — они бурили очаг магмы. Вскоре он повредил буровое оборудование, и скважина рухнула.

Исландия усеяна геотермальными электростанциями, каждая из которых состоит из нескольких колодцев, но чтобы максимально использовать подземное тепло, нужно углубляться. Но это подтвердило, что бурение глубоко в вулканической коре Исландии было хорошей идеей. Жара у основания колодца была фантастической, более 900°С (1652°F). Когда они закачивали воду, она производила перегретый пар с огромным давлением — идеальные условия для производства энергии.

Исландия усеяна геотермальными электростанциями, каждая из которых состоит из нескольких колодцев, которые подключаются к подземному теплу страны. Но большинство из них относительно неглубокие. Чтобы максимально использовать богатые запасы природной энергии, вам нужно углубиться. Экстремальные температуры и давления вблизи магматического очага позволили бы произвести 36 мегаватт электроэнергии, что в 10 раз превышает количество, производимое большинством существующих скважин. Одна глубокая скважина может соответствовать производительности всего завода и обеспечивать энергией десятки тысяч домов.

Вот почему, семь лет спустя, IDDP пытается снова — и они близки к завершению того, что может стать самой горячей скважиной из когда-либо пробуренных. Геотермальная энергия является одним из крупнейших неиспользованных ресурсов экологически чистой энергии в мире. Но справиться с экстремальными условиями в глубоких скважинах — огромная проблема. Такие проекты, как IDDP — совместное предприятие нескольких исландских энергетических компаний — продвигают геотермальные технологии на новую территорию. И куда бы он ни пошел, остальной мир вполне может последовать за ним.

Геотермальная энергия — один из крупнейших неиспользованных источников чистой энергии в мире. Например, в Корнуолле, Великобритания, есть скважина глубиной 2,5 км, а в Калифорнии — скважина глубиной 3,5 км. Но новая скважина IDDP глубиной пять километров находится совсем в другой лиге.

IDDP-2 достигнет глубины, где ожидается температура до 500C (932F). При давлении около 200 атмосфер и температуре выше 400°C (752°F) вода принимает особую форму, становясь так называемой сверхкритической жидкостью. Технически он не является ни жидкостью, ни газом, но может течь как пар под давлением. Это масло экстремального геотермального бурения.

Гудмундур Фридлейфссон — главный геолог исландской компании по возобновляемым источникам энергии HS Orka. В прошлом месяце он отвез меня из Рейкьявика на новое место на полуострове Рейкьянес на юго-западе Исландии. Мы находимся в 200 км (124 милях) от площадки IDDP-1 в Крафле, на северо-востоке. Помимо бурения на большую глубину, IDDP стремится исследовать то, что находится под разными частями страны.

Внедорожник мчится по гладким извилистым дорогам, унося нас глубже в регион, где скалам на поверхности всего миллион лет. Сегодня этот район все еще формируется потоками лавы. Земля — темно-фиолетово-коричневая с желтыми прожилками — выглядит свежевыгоревшей.

Мы проезжаем геотермальные поля, из которых в воздух выбрасываются огромные столбы пара, и повсюду ощущается запах тухлых яиц серы (Фото: Крис Баранюк) яичный запах серы повсюду. Запах настолько знаком Фридлейфссону, что он почти не замечает его. «Мы называем это Исландским ароматом», — говорит он.

В Исландии вулканы являются частью жизни. Всего шесть лет назад мощное извержение вулкана Эйяфьятлайокудль на несколько дней приостановило воздушное сообщение по всей Европе. Поскольку по всей стране разбросано около 30 вулканических систем, следует ожидать случайных нарушений.

Впервые Фридлейфссон столкнулся с действующим вулканом в 1973 году во время извержения на островах Вестман, архипелаге недалеко от южного побережья Исландии. В Земле образовалась двухкилометровая извергающая магму трещина. Поток лавы разрушил многие дома и оставил без крова более 5000 человек.

Причиной всей этой активности в Исландии является ее особое положение в мире. Он расположен прямо на вершине Срединно-Атлантического хребта, в месте, где расходятся две гигантские тектонические плиты. На протяжении миллионов лет каждый из них приносит с собой частичку Исландии. Остров очень постепенно расширяется на восток и запад по мере расхождения плит.

Когда мы прибываем, звук машин, возвращающихся к жизни, эхом разносится по безмолвному пейзажу. Однажды в середине 90-х пара была на другой буровой площадке на том же участке земли в Рейкьянесе. Альбертссон смотрел в микроскоп на крошечные минералы странной формы, похожие на комочки шерсти. Фридлейфссон понял, что они должны были образоваться в экстремальных условиях, при температурах выше 300°С (572°F). Эти двое не спали до поздней ночи, говоря об энергии, которая лежала прямо у них под ногами.

Они знали о группе, которая попала в неожиданно горячую зону при бурении неглубокой скважины в 1985 году. В то время никто не знал, что с этим делать, поэтому скважину заблокировали и забыли. Но пара подумала, что кто-то должен попробовать еще раз.

Два десятилетия спустя IDDP-2 — их вторая попытка. Когда мы прибываем, звук машин, возвращающихся к жизни, эхом разносится по безмолвному ландшафту. Металлические конструкции блестят в розоватом зимнем свете. Высоко в аппарате рабочий маневрирует на месте следующей секции бурового вала и погружает ее в землю.

Как и в случае с первой скважиной IDDP, команда не ожидает попадания в магму. Но ведь и в этот раз никто не ожидал удара по магме. Несмотря на то, что геофизическая визуализация в Крафле показала, что наконечник сверла не приблизится к нему, в итоге они трижды пробурили магму, причем дважды, не осознавая этого. Никто на самом деле не знает, что там внизу, пока не пробурит скважину, говорит руководитель проекта Ари Стефанссон. «По мере того, как мы углубляемся, становится все интереснее».

Стефанссон сидит в отапливаемой кабине, просматривая последние показания. На экране отображаются разные цифры, но ключевая выделяется ближе к верху – глубина сверления. «Сейчас у нас 4,090 метров», — говорит он. Всего несколькими неделями ранее дыра официально стала самой глубокой в ​​Исландии, достигнув глубины 3640 метров. Но впереди еще один километр, который они надеются пройти к Рождеству.

Эти образцы керна — единственный способ, с помощью которого команда может быть уверена в том, через что они сверлят. Но на этот раз этого не происходит. По пути на поверхность шлам теряется где-то, возможно, в слое пористой или раздробленной породы. Поэтому команда планирует взять несколько образцов керна, прежде чем двигаться дальше. «Это единственная часть геологической информации, которую мы можем извлечь из шахты», — говорит Фридлейфссон.

Успех проекта IDDP-2 может привести к использованию сверхкритических флюидов в качестве источника возобновляемой энергии на объектах по всему миру. Уилфред Элдерс, геолог и заслуженный профессор Калифорнийского университета в Риверсайде, который работает с IDDP, указывает на карту на стене, на которой показано несколько других мест, где были обнаружены крупные геотермальные ресурсы. Он говорит, что это очень устарело — вероятно, их намного больше.

«Мы могли бы доказать важную концепцию здесь, а затем применить ее в других местах», — говорит Элдерс. Одно из возможных мест находится в Калифорнии, на вершине крупнейшего в мире геотермального резервуара.

Если экстремальная геотермальная энергия наберет обороты, мы можем ожидать большего, чем просто дешевое электричество. Например, завод на полуострове Рейкьянес подает горячую воду напрямую местным предприятиям. Асгейр Маргейрссон, генеральный директор HS Orka, перечисляет список.

Завод на полуострове Рейкьянес подает горячую воду напрямую местным предприятиям. Другая компания использует геотермальный пар для сушки рыбьих голов и костей. Они экспортируются в Нигерию, где их можно хранить без холодильника. По словам Фридлейфссона, из них получается вкусный суп.

Тротуары, автостоянки и дороги имеют подогрев под поверхностью для таяния снега и льда зимой. «Меньше людей падают и ломают себе кости, — говорит Маргейрссон. «Это снижает нагрузку на здравоохранение».

Но больше всего он гордится своей ролью в недавнем футбольном успехе Исландии. В этом году Исландия впервые вышла в четвертьфинал чемпионата Европы. Капитан национальной сборной частично объяснил это тем, что они были первым поколением исландцев, которые могли тренироваться зимой в помещении. По словам Маргейрссона, строительство новых спортивных сооружений стало возможным благодаря дешевой энергии. «Итак, мы берем часть славы», — говорит он, смеясь. — Скажи так.

Однако не все в Исландии приветствуют развитие геотермальной энергетики. Некоторые считают, что такие районы, как Рейкьянес, чрезмерно используются энергетическими компаниями, что может привести к слишком быстрому истощению ресурсов, что отрицает HS Orka.

Гудмундур Фридлейфссон, главный геолог энергетической компании HS Orka, уже 20 лет планирует бурение глубоких скважин. Риск достаточно реален, поскольку объекты энергетических компаний в Рейкьянесе построены таким образом, чтобы выдерживать толчки. А в 2005 году новая геотермальная скважина в Базеле, Швейцария, была заброшена после серии землетрясений, одно из которых силой 3,4 балла по шкале Рихтера, повредивших здания.

Маргейрссон признает, что закачка воды может вызвать небольшие землетрясения, но считает, что частые небольшие толчки — это хорошо. «Без инъекции время от времени происходили бы более сильные землетрясения», — говорит он.

Какими бы ни были недостатки, многие считают, что геотермальная энергия является важной частью решения надвигающегося энергетического кризиса. «Геотермальная энергия — это ближайшая к нам серебряная пуля с точки зрения устойчивой, возобновляемой энергии — без высокого уровня радиоактивных отходов, связанных с ядерным делением», — говорит Джон Глуяс из Даремского университета в Великобритании, наблюдающий за работой IDDP. прогресс с интересом.

«В Великобритании, например, половина всей энергии, которую мы используем, идет на обогрев наших домов и офисов, — говорит он. «Даже с нашим скромным геотермальным потенциалом мы могли бы отапливать все наши дома в течение как минимум 100 лет и сократить выбросы CO2 почти на 50%».

Поэтому неудивительно, что Фридлейссон и его коллеги уже планируют свой следующий проект. К 2020 году они хотят начать бурение на склонах вулкана Хенгилл на юго-западе Исландии.

Некоторые считают, что геотермальная энергия — это ближайшая к нам серебряная пуля с точки зрения устойчивой возобновляемой энергии (Фото: Крис Баранюк)

И что дальше? По словам Фридлейфссона, всегда есть чем заняться. Когда мы отъезжаем от участка Рейкьянес, он указывает, что вулканическая порода во многих геотермальных регионах может содержать залежи ценных полезных ископаемых, особенно золота. По его словам, в базальте здесь вдвое больше золота, чем в базальте континентальной Европы.

Долгая дорога обратно в Рейкьявик тянется через черный скалистый пейзаж под ярко-голубым небом. Далекие клубы пара поднимаются то тут, то там с нескольких пиков на горизонте — каждый шлейф напоминает о богатстве внизу.

Keep up to date with Future Now stories by joining our 700,000+ fans on Facebook , or follow us on Twitter , Google+ , LinkedIn and Instagram

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «Если вы прочитаете только 6 вещей на этой неделе». Подборка историй из BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel и Autos, доставляемая на ваш почтовый ящик каждую пятницу.