Геотермальная энергетика. Перспективы развития

Человек научился пользоваться энергией подземных бассейнов и горячей воды в земных недрах, проявляющейся в виде сернистых грязевых озер, гейзеров и фумарол в районах сейсмической и вулканической активности.

Основным источником геотермальной энергии является радиоактивный распад – остаточное тепло при формировании планеты. Геотермальные энергетические ресурсы подразделяются на сухой горячий пар, горячую воду и влажный горячий пар.

1. Поверхностную геотермальную энергию получают на глубине до 400 м. В связи с тем, что температура земной коры более стабильна, чем температура воздуха, это оптимальный источник охлаждения и отопления зданий. На глубине примерно 15 м в зависимости от геологических условий, температура верхних слоев земной коры подвержена сезонным колебаниям и влиянию солнечного излучения. Для использования поверхностной геотермальной энергии применяются геотермальные зонды, геотермальные коллекторы, энергетические сваи и другие контактирующие с грунтом бетонные блоки. Тепло, извлекаемое, с небольших глубин дополняется тепловыми насосами для снабжения домов теплом или горячей водой.
2. Источники влажного пара, горячей и тепловой воды у поверхности земли, используемые в настоящее время для выработки электрической энергии, при их использовании встает проблема коррозии металла оборудования и удаления конденсата из-за высокой степени его засоленности.
3. Теплота, сосредоточенная в глубинных нагретых полостях с небольшим или полным отсутствием воды называют энергетикой на основе сухой нагретой породы. Для размещения резервуара используют кристаллические или плотные осадочные породы на глубинах от 3 до 6 км с высокими температурами.
4. Магма, представляющая собой нагретые до 1300^оС расплавленные горные породы и теплота, накапливаемая под вулканами.

Всего 1% энергии земной коры, находящейся на глубине до 10 км может дать энергию, в 500 раз превышающую все мировые нефтегазовые запасы.

В связи, с экономическими причинами и с недостаточно большим опытом в разработке геотермальных ресурсов, а также в зависимости от геологических параметров расположения ресурсов: глубины залегания, параметров и состава рабочего тела, в настоящее время эти ресурсы используются достаточно мало.

В перспективе разработка использования магматического тепла, использование разогретых кристаллических пород, подразумевает бурение скважин на глубину нескольких километров с последующей закачкой холодной воды для ее нагрева.

Тепло в виде горячих источников и гейзеров может быть использовано для производства электроэнергии по различным схемам на геотермальных электростанциях (ГеоЭС).

Выработка электричества производится тремя способами:

1. Используя сухой пар для вращения турбины;
2. Использование перегретой воды, которая под давлением, выходит на поверхность, с последующим превращением в пар, который сепарируется в воду, направленную на вращение турбины, является наиболее легко выполнимой схемой.
3. Применение бинарного цикла, вращение турбины паром, полученным при нагреве рабочей жидкости (изобутана или фреона).

Из-за агрессивности воды ее невозможно использовать напрямую для вращения турбины поэтому используется пар, получаемый при парообразовании из водяного теплообменника. Природный пар служит для испарения воды, он не содержит кислот, и его можно безопасно использовать в турбине. Естественный же подземный пар конденсируется в испарителе, а из конденсата извлекают борную кислоту, или литий.

Главным достоинством геотермальной энергии является ее неиссякаемость и независимость от окружающей среды.

Существует возможность одновременного использования этого вида энергии как для выработки электроэнергии, так и для теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Использование геотермальной энергии имеет серьезные экологические последствия это тепловое, газовое, солевое загрязнение окружающей среды. Наличие в термальной воде солей токсичных металлов и различных химических соединений делает невозможным сброс воды в природные источники. При использовании термальных вод необходимым становиться обратная закачка отработанной воды в подземный водоносный горизонт.