Геотермальная энергетика.Состояние отрасли и перспективы её развития в странах СНГ

Одно из наиболее разработанных  Мостовское геотермальное месторождение в 240 км от Краснодара в предгорьях Кавказа, на котором пробурено 14 скважин глубиной 1650÷1850м с дебитами 1500÷3300 м³/сут, температурой в устье 67÷78º С, общей минерализацией 0,9÷1,9г/л. По химическому составу геотермальная вода почти соответствует нормам на питьевую воду. Основной потребитель геотермальной воды данного месторождения тепличный комбинат с площадью теплиц до 30 га, на котором ранее работало 8 скважин. В настоящее время здесь отапливается 40% площади теплиц.

Для теплоснабжения жилых  и административных зданий пос. Мостовой в 80-е годы был построен геотермальный  центральный тепловой пункт (ЦТП) расчётной  тепловой мощностью 5МВт, схема которого приведена на рис.5. Геотермальная  вода в ЦТП поступает от двух скважин  с дебитом каждая 45÷70 м³/ч и  температурой 70÷74ºС в два бака-аккумулятора вместимостью по 300м³. Для утилизации теплоты сбросной геотермальной воды установлено два парокомпрессорных тепловых насоса расчётной тепловой мощностью 500кВт. Отработанная в системах отопления геотермальная вода с температурой 30÷35ºС перед теплонасосной установкой (ТНУ) разделяется на два потока, один из которых охлаждается до 10ºС и сливается в водоём, а второй догревается до 50ºС и возвращается в баки-аккумуляторы. Теплонасосные установки были изготовлены московским заводом «Компрессор» на базе холодильных машин А-220-2-0.

Регулирование тепловой мощности геотермального отопления при отсутствии пикового догрева осуществляется двумя способами: пропусками теплоносителя и циклически. При последнем способе системы периодически заполняются геотермальным теплоносителем с одновременным сливом охлажденного. При суточном периоде отопления Z время натопа Zн определяется по формуле

 

 Zн = 48j/(1 + j), где коэффициент отпускной теплоты; расчётная температура воздуха в помещении, °С; и фактическая и расчётная температура наружного воздуха, °С.

Вместимость баков-аккумуляторов  геотермальных систем определяется из условия обеспечения нормируемой амплитуды колебаний температуры воздуха в отапливаемых жилых помещениях (±3°С) по формуле.

 

 

 

где kF теплоотдача системы отопления, приходящаяся на 1°С температурного напора, Вт/°С; Z = Zн + Zппериод работы геотер-мального отопления; Zппродолжительность паузы, ч; Qp и Qpрасчётная и средняя за сезон тепловая мощность системы отопления здания, Вт; c·pобьёмная теплоёмкость геотермальной воды, Дж/(м³· ºС); nчисло включений геотермального отопления за сутки; k1коэффициент тепловых потерь в системе геотермального теплоснабжения; А1амплитуда колебаний температуры в отапливаемом здании, ºС; Рномсуммарный показатель теплопоглощения отапливаемых помещений; Vс и Vтс вместимость систем отопления и тепловых сетей, м³.

При работе тепловых насосов  соотношение расходов геотермальной  воды через испаритель Gи и конденсатор Gк определяется по формуле:

 

 

Где tk, to, tитемпература геотермальной воды после конденсатора, системы отопления здания и испарителей ТНУ, ºС.

Следует отметить низкую надежность применявшихся конструкций тепловых насосов, так как условия их работы существенно отличались от условий  работы холодильных машин. Отношение  давлений нагнетания и всасывания компрессоров при работе в режиме тепловых насосов  в 1,5÷2 раза превышает аналогичное  отношение в холодильных машинах. Отказы шатуннопоршневой группы, маслохозяйства, автоматики привели к преждевременному выходу этих машин из строя.

В результате отсутствия контроля гидрологического режима эксплуатация Мостовского геотермального месторождения  уже через 10 лет давление в устье  скважин уменьшилось в 2 раза. С  целью восстановления пластового давления месторождения в 1985г. было пробурено  три нагнетательных скважины, построена  насосная станция, однако их работа не дала положительного результата из-за низкой приёмистости пластов.

Для наиболее перспективного использования геотермальных ресурсов г. Усть-Лабинска с населением 50 тыс. человек, расположенного в 60 км от Краснодара, разработана система геотермального теплоснабжения расчётной тепловой мощностью 65 МВт. Из трёх водонасосных горизонтов выбраны эоцен-палеоценовые отложения глубиной залегания 2200÷2600м с пластовой температурой 97÷100ºС, минерализацией 17÷24г/л.

В результате анализа существующих и перспективных тепловых нагрузок в соответствии со схемой развития теплоснабжения города определена оптимальная, расчётная, тепловая мощность геотермальной  системы теплоснабжения. Технико-экономическое  сравнение четырёх вариантов (три  из них без пиковых котельных  с различным количеством скважин  и один с догревом в котельной) показало, что минимальный срок окупаемости имеет схема с пиковой котельной рис.6.

Система геотермального теплоснабжения предусматривает строительство  западного и центрального термоводозаборов с семью нагнетательными скважинами. Режим эксплуатации термоводозаборов с обратной закачкой охлажденного теплоносителя. Систе\ма теплоснабжения двухконтурная с пиковым догревом в котельной и зависимым присоединением существующих систем отопления зданий. Капитальные вложения в сооружение данной геотермальной системы составили 5,14млн. руб. (в ценах 1984г.), срок окупаемости4,5 года, расчётная экономия замещаемого топлива18,4 тыс. т. условного топлива в год.

 

 

2. Развитие геотермальной энергетики за рубежом

 

 

Потенциальная суммарная  рабочая мощность геотермальных  электростанций в мире уступает большинству  станций на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных  электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х— около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт[1].

 

 

Установленная мощность по странам
Страна	Мощность,МВт  2007	Мощность,МВт  2010	Доля от общей выработки  электроэнергии, 2010
США	2687	3086	0.3%
Филиппины	1969.7	1904	27%
Индонезия	992	1197	3.7%
Мексика	953	958	3%
Италия	810.5	843
Новая Зеландия	471.6	628	10%
Исландия	421.2	575	30%
Япония	535.2	536	0.1%
Сальвадор	204.2	204	14%
Кения	128.8	167	11.2%
Коста-Рика	162.5	166	14%
Никарагуа	87.4	88	10%
Россия	79	82
Турция	38	82
Папуа-Новая Гвинея	56	56
Гватемала	53	52
Португалия	23	29
КНР	27.8	24
Франция	14.7	16
Эфиопия	7.3	7.3
Германия	8.4	6.6
Австрия	1.1	1.4
Австралия	0.2	1.1
Таиланд	0.3	0.3
Всего	9,731.9	10,709.7

 

 

США

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт[4]. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт.

Основные промышленные зоны: «гейзеры» — в 100 км к северу от Сан-Франциско (1360 МВт установленной мощности), и северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности), в Неваде установленная мощность станций достигает 235 МВт.

Геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в стране, имеет особую правительственную поддержку.

Филиппины

На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27% всей электроэнергии в стране.

Мексика

Страна на 2003 год находилась на третьем месте по выработке  геотермальной энергии в мире, с установленной мощностью электростанций в 953 МВт. На важнейшей геотермальной  зоне Серро Прието расположились станции общей мощностью в 750 МВт.

Италия

В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.

Исландия

В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.

Одна из таких станций  снабжает столицу Рейкьявик. Станция использует подземную воду, а излишки воды сливают в гигантский бассейн.

Кения

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт., существуют планы по росту мощностей до 576 МВт.

Израиль

Один из крупнейших производителей геотермальной энергии в мире. Сотрудничает по этому вопросу с  США. По некоторым данным геотермальная  энергия обеспечивает электричеством около 500 тыс. жителей страны.

За прошлое столетие люди научились использовать перегретый пар вулканических областей для  получения дешевой геотермальной  электроэнергии. Еще в 1970-е годы белорусский  академик Герасим Богомолов предлагал  использовать тепло подземных вод. Но тогда эту идею "списали", потому что стоимость нефтепродуктов была очень низкой. Стакан бензина  стоил дешевле стакана газировки. Теперь отечественные ученые советуют обратить внимание на энергию подземных  вод.

Интерес к этому виду энергии  резко возрос в последнее время, когда появилась угроза т.н. "энергетического  голода". Хотя в последние годы наметилась тенденция к сокращению использования геотермальной энергии. Мощности ГеоТЭС в мире к концу 1990-х гг. сократились более чем вдвое — всего до 3.6 млн. кВт. Причина снижения интереса к геотермальным источникам энергии — трудности в эксплуатации станций, их негативное воздействие на окружающую среду и возрастающая стоимость 1 кВт установленной мощности. К тому же геотермальная энергетика не мобильна, она территориально привязана к источникам, находящимся порой в труднодоступных, малоосвоенных, преимущественно горных районах (за исключением, пожалуй, Исландии). Еще одна сложность использования геотермальных вод – их высокая минерализация. В отдельных местах она достигает 400 граммов на литр. Из-за этого может наступить закупоривание скважин.

У Исландии очень большие  запасы гидроэнергии и геотермальные  резервы. В 1904 году электричество пришло в Исландию с открытием 9 Квт гидроэлектростанции на небольшом течении в рыбацком городе Хафнарфьёрдур. В последующие три десятилетия мощности энергоснабжения были установлены во многих других городах и больших деревнях, включая внушительную электростанцию на реке Эллидар в окрестностях столицы в 1922 году.

По законодательству, действующему с 1946 года государство получило право  сооружать и вводить в эксплуатацию электростанции мощьностью более 80 КВт, тем не менее электростанции и разные мощности, ранее введенные в эксплуатацию и находящие во владении местных властей продолжили свою работу. Национальная Энергетическая Компания (Ландсвиркьюн) была основана в 1965 году, находящаяся в совместном владении у государства, города Рейкьявика и города Акурейри. Снабжая Исландию 93,3% всего потребляемого страной электричества через свою энергосистему, НЭК построила по всей стране самые крупные гидроэлектростанции. И все города, деревни и фермы электрифицированы общественными энергомощностями.

Геотермические ресурсы  до сих пор использовались для  отопления помещений, оранжереи  и плавательные бассейны. Рейкьявик  и еще два десятка по всей стране используют этот экологически чистый и новый местный источник отопления, предоставляя около 86% населения геотермическим отоплением помещений. Горячей водой  Рейкьявик снабжается из колодцев в  самом городе и термальных территорий Рейкира, 18 км на северо-запад, и Несявеллир в районе Хенгил, 35 км на восток.

Большинство сельских школьных центров в стране расположены рядом с горячими источниками, где геотермические воды используются для обогрева домов и спортивных сооружений. Промышленная утилизация геотермической энергии - это достижение последних лет. В стране геотермальный пар также используется для сушки морских водорослей, идущих потом в пищу и выпаривания соли из морской воды.