ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

GEOTHERMAL ENERGY

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются типы геотермальных электростанций, развитие и перспектива геотермальной энергетики в мире, а так же их перспектива развития в мировой электроэнергетики.

ABSTRACT

The article discusses the types of geothermal power plants, the development and prospects of geothermal energy in the world, as well as their prospects for development in the world of electricity.

Ключевые слова: Геотермальная станция, энергетика, электроэнергетика.

Keywords: Geothermal plant, power engineering, electric power industry.

В  настоящее время основными источниками электроэнергии служат электростанции, работающие на невозобновляемых  источниках энергии, так  в России на 1 января 2019 года порядка 67,66% [1]электроэнергии производят на тепловых электростанциях, где в качестве топлива используют уголь, природный газ, нефть, торф и так далее. Оставшуюся часть в основном занимают  гидроэлектростанции и атомные электростанции, вырабатывающие 19,94%  и 11,98 % [1]электроэнергии , на оставшийся пол процента приходятся нетрадиционные источники энергии , одним из которых являются геотремальные электростанции.

Геотермальная энергетика берет свою основу в использовании тепловой энергии недр земли , так при бурении земли ,  в среднем температура возрастает на 3 градуса с каждым сотым метром, но это величина может изменяться, что означает , что нельзя построить Геотермальную станцию где угодно, для этого наиболее приятны районы с высокой геологической активностью.

Геотермальную энергию можно разделить на два вида, первое- когда источником энергии служат слои земли с высокой температурой, а второе – когда источник энергии- подземные воды , в зависимости от этого выбирают тип электростанции.

Первый тип –петротермальная станция, её суть заключается в том, что если в горячих горных породах нет воды, то её необходимо туда закачать. Для извлечения петротермальной энергии используются геотермальные циркуляционные системы. Данная система включает в себя подземный коллектор, нагнетательную скважину, добычную скважину и поверхностный комплекс, содержащий оборудование, обеспечивающие эксплуатацию системы (Рисунок 1). Коллектор может быть как природными(пористые пласты), так и искусственными (гидравлический разрыв масива). В качестве теплоносителя в основном служит вода, которая подается коллектор , после чего превращается в пар, который поступает на лопасти турбины. В среднем одна скважина дает достаточный пароводяной поток смеси, для генерации 3-5 МВт энергии [2].  Данная система дает широкое распространение петротермальным станциям.

Рисунок 1. Схема петротермальной станции

Второй вид- гидротермальные электростанции, который делится на несколько методов. Прямой метод заключается в том что пар из недр земли по трубам направляется прямиком в турбину, которая соединена с генератором. Не прямой метод имеет большую схожесть с прямым, но перед поступления пара на турбину и в трубы, он очищается от газов, вызывающих разрушение труб. Бинарный метод , это метод в котором в качестве рабочего тела используется жидкость с низкой температурой кипения (фрион), термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемой для вращения турбины. (Рисунок 2)

Рисунок 2. Методы гидротермальной электростанции

Хоть и строительство геотермальных станций является не самой дешевой из альтернативных станций , большие расходы идут на геологоразведку и анализ , в результате чего себестоимость в получается около $2800/кВт установленной мощности, но у них есть ряд неоспоримых плюсов:

1) Возобновляемый источник энергии: Ежегодно тепловой поток Земли составляет 42ТВт тепла, что уже во много раз  больше , чем мировая выработка электроэнергии и при это скорость остывания Земли составляет 300-350  в миллиард лет.

2) По сравнению с солнечной или ветровой электростанцией, геотермальная энергетика обладает стабильностью, при соблюдении всех тех процессов станция может работать 24 часа в сутки.

3) Помимо всего выше сказанного станции обладают повышенной компактностью, так как теплоноситель находится под землей а на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места, что представляет удобство обеспечения энергии сложных районов с изолированной инфраструктурой.

4) Работу электростанции можно назвать безвредной, ведь при выработки 1 кВт·ч в атмосферу выбрасывается 45 кг СO₂, что в сравнении с нефтяными электростанциями (480 кг) невелико.

Стоит отметить и недостатки данных электростанций, хоть выброс CO₂ является небольшим, но подземные воды и пар не всегда являются чистыми субстанциями, пароводяная смесь может быть насыщена газами и тяжелыми металлами (свинец, цинк, мышьяк и тд), что при утечке или аварии может привести к локальным экологическим проблемам, но при соблюдении мер безопасности токсичные вещества фильтруются закачиваются обратно в скважину.

Так как наиболее подходящее место для строительства станций являются места с большим геотермическим градиентом, которые располагаются в районах сейсмической активности, то при строительстве петротермальной станции используется гидравлическое стимулирование пород, для увеличения теплообмена теплоносителя с породой, что в ходе эксплуатации может спровоцировать землетрясение , примером является пхоханское землетрясение 15 ноября 2017 года.

Так же недостатком является невозможность строительства геотремальных электростанций большой мощности , на данный момент самой мощный геотермальный энергокомплекс The Geysers построенные в Калифорнии, США с установленной мощностью 1517 МВт[2], что покрывает 60% энергопотребления штата. Большинство же станций в мире не превышают сотен и десятков МВт мощности.

Несмотря на все недостатки на 2018 год в мире вырабатывается более 14,3 ГВт энергии, что превосходит цифру 9,7 для  2007 года. Данная технология развивается в Японии, США , Исландии, Филипинах и во многих других странах, что свидетельствует о перспективности данного направления.

Список литературы:

1. Системный оператор единой энергетической системы. Информационный обзор «Единая энергетическая система России: промежуточные итоги» (оперативные данные) Декабрь 2018 года  //[Электронный ресурс]. – Режим доступа http://so-ups.ru/fileadmin/files/company/reports/ups-review/2018/ups_review_1218.pdf (Дата доступа 13.12.2019)
2. Хабр. Геотермальная энергетика: как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс//[Электронный ресурс]. – Режим доступа https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/442632/ (Дата доступа 13.12.2019)
3. Wikipedia. Геотермальная энергетика//[Электронный ресурс]. – Режим доступа.https://ru.wikipedia.org/wiki/Геотермальная_энергетика#Геотермальная_электроэнергетика_в_мир(Дата доступа 13.12.2019)