Геотермальные электростанции: преимущества и недостатки. Геотермальные электростанции в России

Преимущества и недостатки геотермальных электростанций

Преимущества геотермальных электростанций

• Запасы геотермальной энергии велики, хотя и не бесконечны. Ее можно считать возобновляемым источником энергии — во всяком случае, при условии, что в нагнетательную скважину не закачивается слишком много воды за слишком короткое время.
• Геотермальная электростанция для работы не требует поставок топлива из внешних источников.
• Работа геотермальных электростанций не сопровождается вредными или токсичными выбросами (см., однако, третий недостаток геотермальных электростанций ниже).
• Помимо необходимого для первого старта насоса (или насосов) внешнего источника энергии, геотермальным электростанциям для дальнейшей работы внешняя энергия (топливо) не нужна. С началом работы геотермальной электростанции ее насосы можно запитывать электричеством, которое вырабатывается на самой станции.
• Эксплуатация геотермальной электростанции не требует дополнительных расходов, кроме расходов на профилактическое техобслуживание или ремонт.
• Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не требуют значительного землеотвода.
• Обычная геотермальная электростанция, расположенная на берегу моря или океана, может применяться и для опреснения воды, которую затем можно использовать для питья или ирригации. Опреснение происходит естественным путем в результате дистилляции — разогрева воды и охлаждения водяного пара в процессе работы электростанции.

Недостатки геотермальных электростанций

• Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и согласие жителей на ее возведение может быть проблематичным.
• Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре. Кроме того, причиной ее остановки может стать плохой выбор места или чрезмерная закачка воды в породу через нагнетательную скважину.
• Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах земной коры. Избавиться от них достаточно сложно. Правда, в некоторых случаях их можно сифонировать (собрать) и переработать в горючее (нефть-сырец или природный газ, например).

Можно ли построить небольшую геотермальную электростанцию, способную обеспечить электричеством дом или небольшой поселок?
Это можно осуществить в районах, где не нужно бурить глубокие дорогие скважины. Наиболее показательным примером является, пожалуй, Исландия, которая, по сути, находится на вершине гигантского вулкана. На территории США среди таких районов можно назвать территории вокруг Йеллоустоуна, Термополиса и Саратоги в штате Вайоминг и вокруг города Хот Спрингс в Южной Дакоте (В России наиболее известным регионом с высоким потенциалом для геотермальной энергетики считается Камчатка.).

Недостатки геотермальных электростанций

• Разработка, проектирование и строительство подобных станций требуют значительных вложений на начальном этапе.
• Часто возникают затруднения с выбором подходящего места для строительства электростанции и получением разрешения у местных властей.
• Работа станций сопровождается значительным уровнем шума, вследствие чего их не рекомендуется возводить вблизи населенных пунктов.
• Горючие и токсичные газы, содержащиеся в земной коре, способны попадать на поверхность через рабочую скважину. Некоторые современные установки собирают эти выбросы и перерабатывают их в топливо, такое, как нефть-сырец или природный газ.
• Иногда возможна остановка работающей станции. Обычно это вызвано естественными процессами в породе или же чрезмерным закачиванием воды в скважину.
• Как правило, такие электростанции возводят в местах выхода геотермальных источников на поверхность. Эти источники непосредственно связаны с тектоническими разломами планеты. Принимая во внимание трудность прогнозирования сейсмической активности, легко сделать вывод, что подобные районы — далеко не самое благоприятное место для строительства и последующей эксплуатации энергоустановки.

Плюсы и минусы геотермальной энергии

Сила геотермальных вод Земли — альтернативный источник энергии. Такой метод получения энергии задействуется в регионах, где геотермальные источники выходят на поверхность или располагаются в местах легкой досягаемости. Перед возведением станции на месте источников периметр оценивают с точки зрения инженерной и экономической целесообразности, а главное — безопасности. Турбины геотермальных станций приводит в движение пар, который выпускают гейзеры и вулканы

Отсюда следует, что геотермальные источники обычно располагаются в неустойчивых сейсмических зонах, а значит, безопасность — вопрос первостепенной важности

Перспективы и преимущества геотермальной энергии

Схема строительства будущей ГеоТЭС, преобразующей энергию геотермальных вод Земли в электричество, зависит от источника, на котором станция будет возведена. Иногда инженерная задумка сводится к простому бурению скважины, а иногда требуется дополнительное оборудование и технологии для очищения пара от вредных выхлопов или твердых частиц. Принцип добычи электричества из источников прост: пар поднимается вверх по скважине, приводя турбины в движение, а после возвращается обратно в обсадную.

Геотермальные станции активно используются в промышленных масштабах, сельскохозяйственной деятельности, ЖКХ. С их помощью обогреваются и поливаются оранжереи, теплицы, различные аква-установки. Подземные источники служат для полива полей или поддержания необходимого уровня влажности для выращивания сельскохозяйственных культур. ГеоТЭС успешно задействуются в ЖКХ, заменяя собой традиционные электростанции. Крупнейшая ГеоТЭС построена в Кении. Она подает достаточно электричества, чтобы содержать город.

Геотермальные источники энергии: плюсы и минусы

Главный минус геотермальной энергетики кроется в самом происхождении энергии: станции строятся в сейсмически активных зонах. Проблема в том, что спрогнозировать пробуждение вулкана, землетрясение или движение почв — задача непростая. Возведение станции в таких местах — это всегда риски. А с учетом того, что строительство ГеоТЭС — дело затратное, возникает вопрос о целесообразности использования силы геотермальных вод Земли. Чтобы обойти риски, для возведения ГеоТЭС выбираются «спокойные» регионы, где последняя сейсмическая активность была замечена лишь в далеком прошлом. Разведка потенциальных месторождений ведется в более чем семидесяти странах. Например, в России это Ставропольский край, Камчатка, Сахалин. В Украине — Закарпатье, Одесская область, Херсон.

Преимущества:

• Внушительные запасы геотермальной энергии. Один из главных плюсов геотермальной энергии заключается в том, что при грамотной эксплуатации этот источник можно назвать возобновляемым.
• Экономия на топливе. ГеоТЭС не нуждается в дополнительных поставках топлива для своего функционирования.
• Экологичность. Геотермальные источники и станции, их эксплуатирующие, не выбрасывают вредные вещества. А те вредные вещества, которые могут возникать во время добычи энергии, собираются и перерабатываются (например, нефть или природный газ).
• Самообеспечение. Дополнительное топливо из сторонних источников требуется только для первого запуска станции. В дальнейшем ГеоТЭС может обеспечивать электричеством сама себя. Его вырабатывается достаточно и для поставок, и для самообеспечения.
• Экономичность эксплуатации. Станция не требует больших трат на свою эксплуатацию — только на плановое техническое обслуживание, ремонт и профилактику.
• Дополнительная польза. Если электростанция стоит на берегу моря, ее можно задействовать для опреснения воды. Вода дистиллируется за счет нагревания и охлаждения пара в ходе работы ГеоТЭС. В дальнейшем эту воду можно использовать для питься или искусственного орошения земель.
• Эстетический вид. ГеоТЭС не портят пейзаж, не нуждаются в большом землеотводе, а современные проекты даже добавляют виду эстетической завершенности.

Недостатки:

• Сложности при утверждении проекта. Проблемы возникают на всех этапах проектирования: поиска подходящего места, тестирования, получения разрешения от властей и местного населения.
• Остановка работы в любой момент. Сложно предугадать извержение вулкана или землетрясение. Работа станции может остановиться даже из-за естественных изменений в земной коре. Неудачный выбор места для возведения ГеоТЭС тоже не способствует долгой стабильной работе. Еще одна причина остановки — превышение нормы закачки воды в породу.
• Если не использовать фильтры для выбросов из источника, в окружающую среду могут попасть вредные вещества.

Перспективы и преимущества геотермальной энергии

Сложность постройки ГеоТЭС, которая выполняет преобразование воды в электроэнергию, во многом зависит от территории, на которой будет возведено это сооружение. В некоторых случаях достаточно только бурение скважины, а в некоторых приходится устанавливать вспомогательные оборудования и применять технологию очищения пара от вредных веществ.

Достоинством геотермальной электростанции является то, что они применяются в качестве нового источника питания. Всего существует 3 способа применения этого природного ресурса:

1. Прямой способ. Его принцип работы заключается в применение сухого пара, который приводит в действие турбины и генератор, вырабатывающие электроэнергию.
2. Непрямой способ. Он предполагает использование водяного пара, а также испарителя, в котором используется гидротерминальная смесь. Испарение способствует уменьшению давления, а из-за этого турбины электрической станции начинают работать.
3. Смешанный способ. Он заключается в применении воды и дополнительной жидкости. При взаимодействии гидротермальной воды с жидкостью происходит большая выработка пара, заставляя работать турбины. После этого происходит процесс перехода пара в конденсацию для дальнейших нагревов. Такой принцип работы позволяет не ухудшать экологическую обстановку, так как эта система не выбрасывает вредные вещества в природу.

ГеоЭС часто применяется в промышленности, в сельском хозяйстве, в жилищно-коммунальном хозяйстве и т.д. Эти сооружения отапливают и поливают парники, теплицы, аква-конструкции. Кроме того, геотермальная энергия поддерживает необходимый уровень влажности, что особенно важно для выращивания различных культур в больших объемах. В жилищно-коммунальном хозяйстве такой источник добычи энергии заменил устаревший тип обычной электрической станции.

Самая большая электрическая станция такого типа расположена в Кении. Она позволяет вырабатывать достаточное количество электричества для всего города.

Далее мы подробно разберем, какие плюсы и минусы имеют геотермальные источники энергии.

Расчеты

Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:

• температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
• значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
• влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.

Интересное Строительный мусор
Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м, а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год. Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине. Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.

Преимущества геотермальных электростанций

• Запасы геотермальной энергии велики, хотя и не бесконечны. Ее можно считать возобновляемым источником энергии — во всяком случае, при условии, что в нагнетательную скважину не закачивается слишком много воды за слишком короткое время.
• Геотермальная электростанция для работы не требует поставок топлива из внешних источников.
• Работа геотермальных электростанций не сопровождается вредными или токсичными выбросами (см., однако, третий недостаток геотермальных электростанций ниже).
• Помимо необходимого для первого старта насоса (или насосов) внешнего источника энергии, геотермальным электростанциям для дальнейшей работы внешняя энергия (топливо) не нужна. С началом работы геотермальной электростанции ее насосы можно запитывать электричеством, которое вырабатывается на самой станции.
• Эксплуатация геотермальной электростанции не требует дополнительных расходов, кроме расходов на профилактическое техобслуживание или ремонт.
• Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не требуют значительного землеотвода.
• Обычная геотермальная электростанция, расположенная на берегу моря или океана, может применяться и для опреснения воды, которую затем можно использовать для питья или ирригации. Опреснение происходит естественным путем в результате дистилляции — разогрева воды и охлаждения водяного пара в процессе работы электростанции.

Экологические и технические проблемы отрасли

Развитие геотермальной энергетики существенно тормозится целым рядом проблем, присущих данной отрасли. В числе самых серьёзных препятствий — необходимость сложного процесса обратной закачки в водоносные горизонты отработанного теплоносителя (воды), содержащего токсичные вещества — мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор. Это исключает возможность сброса такой воды в поверхностные слои. Кроме того, остро стоит проблема выброса сероводорода в атмосферу.

У геотермальных станций, помимо всего прочего, в отличие от ТЭС и даже ГЭС, существует строгая привязка места строительства к определённым участкам в зависимости от геологии. Зачастую (разве что, кроме Исландии), такие места находятся в труднодоступных районах, гористой местности. Не следует сбрасывать со счетов и высокую минерализацию подземных вод, что со временем приводит к закупорке скважин.

Нужно принимать во внимание и главный фактор развития, свойственный любой отрасли — спрос на рынке. В OPEC подсчитали, что, несмотря на общий рост спроса на возобновляемые энергоресурсы, в том числе и геотермальные, на 7,6% в год, к 2040 году доля таких источников в производстве энергии будет составлять всего лишь 4,3%, уступая традиционным способам генерации

Сейчас доля альтернативной энергетики составляет всего 0,9% на мировом рынке.

Трудности и проблемы эксплуатации геотермальной электростанции:

– необходимость возобновляемого цикла поступления и обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт, на что требуется дополнительный расход энергии. Закачка отработанной воды необходима еще и для того, чтобы давление в водоносном пласте не упало, что приведет к уменьшению выработки геотермальной станции или её полной неработоспособности;

– в термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия), неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (например, аммиака, фенолов, сероводорода, метана), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности, с одной стороны, и которые негативно влияют на работу оборудования, с другой, а потому подлежат извлечению и утилизации.

Конструкции геотермальных электростанций

Геотермальная энергия – это чистое и устойчивое тепло от Земли. Большие ресурсы находятся в диапазоне в нескольких километрах под поверхностью земли, и еще глубже, до высокой температуры расплавленной породы, называемой магмой. Но как описано выше люди пока не добрались к магме.

Практически везде, в неглубоких местах ниже 3 метров от поверхности земля имеет практически постоянную температуру от 10° до 16°C. Геотермальные тепловые насосы могут использовать этот ресурс для отопления или охлаждения зданий.

Геотермальная теплонасосная система состоит из теплового насоса, воздушной системы доставки (воздуховодов), а теплообменник – это система труб находящихся в неглубоких местах возле здания. В зимнее время тепловой насос извлекает тепло из теплообменника и подает его в крытую систему подачи воздуха. Летом происходит обратный процесс, и тепловой насос переносит тепло от внутреннего воздуха в теплообменник. Тепло, удаляемое из воздуха в помещениях в течение лета также может быть использовано, чтобы обеспечить бесплатный источник горячей воды.

Некоторые геотермальные электростанции используют пар из резервуара для вращения турбины генератора, в то время как другие используют горячую воду для кипения рабочей жидкости, которая испаряется и затем вращает турбину. Горячая вода у поверхности Земли может быть использована непосредственно для тепла. Прямое использование включает отопление зданий, выращивание растений в теплицах, сушки культур, подогрева воды в рыбоводных хозяйствах, а также ряд промышленных процессов, таких как пастеризация молока.

Структура геотермальных электростанций

Традиционная геотермальная энергия – это зрелая технология, которая может обеспечить базовую мощность или круглогодичного теплоснабжения. Ресурс может быть использован только в благоприятных регионах. Соответствие спроса на тепловую энергию от доступных ресурсов может быть сложен, учитывая стоимость и сложность транспортировки тепла на большие расстояния.

В настоящее время наиболее распространенным способом использования энергии из геотермальных источников является метод естественной «гидротермальной конвекции» где воды просачиваются через земную кору, нагреваются, а затем поднимаются к поверхности. После этого нагретая вода используется для привода электрических генераторов.

Существуют три основные конструкции для геотермальных электростанций:

• В простейшей конструкции сухой пар проходит непосредственно через турбины, а затем конденсатор, где пар конденсируется в воду.
• Во втором подходе очень горячая вода превращается в пар, который затем может использоваться для привода турбины.
• В третьем подходе, называемый бинарная система, горячая вода проходит через теплообменник, где нагревает вторую жидкость — например, изобутан — в замкнутом цикле. Изобутан кипит при низкой температуре, чем вода, поэтому он более легко превращается в пар для запуска турбины.

Три конструкции геотермальных электростанций

Технология применения определяется ресурсом. Если вода поступает из скважины как пар, она может использоваться непосредственно. Если горячая вода достаточно высокой температуры она должна пройти через теплообменник.

Прямое использование геотермального тепла

Геотермальные источники также могут использоваться непосредственно для целей отопления. Горячая вода используется для обогрева зданий, выращивания растений в теплицах, сушки рыбы и сельскохозяйственных культур, улучшение добычи нефти, помощи в промышленных процессах как пастеризаторы молока и обогрев воды на рыбных фермах. В США Кламат-Фолс, штат Орегон и Бойсе, Айдахо геотермальная вода используется для обогрева домов и зданий более века. На восточном побережье, город Уорм-Спрингс, Вирджиния получает тепло непосредственно из родниковой воды, используя источники тепла на одном из местных курортов.

В Исландии практически каждое здание в стране нагревается горячей родниковой водой. В самом деле Исландия получает более 50 процентов первичной энергии из геотермальных источников. В Рейкьявике, например, (население 118 тыс. чел), горячая вода передается по конвейеру на 25 километров, и жители используют её для отопления и естественных нужд.

Новая Зеландия, получает 10% своей электроэнергии дополнительно. Геотермальная энергетика в России находится в недостаточном развитии, несмотря на наличие термальных вод.

Геотермальные электростанции (ГеоТЭС). Состояние и перспективы развития

Геотерма́льная электроста́нция (ГеоЭС или ГеоТЭС) – вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников. Содержимое геотермальных электростанций изображено на рис. 3, 4.

В настоящее время применяется прямая и бинарная схемы построения ГеоТЭС.

При использовании прямой схемы (рис. 5), непосредственно пар из скважины или пар, получаемый в сепараторе из горячих подземных вод, направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами.

Рис. 3. Структура ГеоТЭС: 1 – резервуар; 2 – насосная станция; 3 – теплообменник; 4 – турбинный зал; 5 – эксплуатационная скважина; 6 – нагнетательная скважина; 7 – горячая вода для отопления; 8 – пористая осадочная порода; 9 – наблюдательная скважина; 10 – кристаллическая коренная порода

Рис. 4. Общий вид и схема оборудования ГеоТЭС

Рис. 5. ГеоТЭС с прямой схемой построения

В бинарной схеме ТЭС в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения (рис. 6). Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости (углеводородизобутан), используемый для вращения турбины.

Рис. 6. Бинарная схема ТЭС

Как видно из рис. 7 оборудование бинарного блока ГеоТЭС включает различные емкости, трубопроводы, насосы, теплообменники и т. п.

Геотермальные ТЭС могут эффективно использоваться, как для отопления, так и для производства электроэнергии (рис. 8).

Как видно из рис. 9 наиболее широкое применение геотермальные электростанции получили в США, Филиппинах и Индонезии (например, в США установленная мощность ГеоТЭС составляет более 3,5 ГВт (рис. 9)).

Рис. 7. Общий вид оборудования бинарного блока ГеоТЭС

Рис. 8. Схема использования блочной бинарной ГеоТЭС для выработки тепловой и электрической энергии

Первая геотермальная станция создана в нашей стране в Бресте (парниковый комплекс «Берестье», 1520 м, 40 °C, 1,0 мВт) (рис. 10). Недостаток геотермальных вод в Беларуси – большое содержание солевых примесей, что требует их очистки перед применением, соответственно, приводит к увеличению стоимости.

Рис. 9. Мировые лидеры в использовании геотермальной энергии

Рис. 10. Общий вид ГеоТЭС (парниковый комплекс «Берестье»)

Достоинства и недостатки

Достоинства

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Интересное Утилизация отходов и мусора в москве и подмосковье, доступная стоимость утилизации бытового и строительного мусора, цена

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.

Недостатки

Для того, что бы преобразовать тепловую энергию в электрическую с помощью какой-нибудь тепловой машины (например, паровой турбины), необходимо, что бы температура геотермальных вод была достаточно велика, иначе КПД тепловой машины будет слишком низким (например, при температуре воды 40°C и температуре окружающей среды 20°C КПД идеальной тепловой машины составит всего 6%, а КПД реальных машин еще ниже, кроме того, часть энергии будет потрачена на собственные нужды станции — например, на работу насосов, которые качают теплоноситель из скважины и закачивают остывший теплоноситель обратно). Для генерации электроэнергии целесообразно использовать геотермальную воду температурой от 150°C и выше. Даже для отопления и горячего водоснабжения требуется температура не ниже 50°C. Однако, температура Земли растет с глубиной довольно медленно, обычно геотермический градиент составляет всего 30°C на 1 км, т.е. даже для горячего водоснабжения потребуется скважина глубиной более километра, а для генерации электроэнергии — несколько километров. Бурение таких глубоких скважин обходится дорого, кроме того, на перекачку теплоносителя по ним тоже требуется затратить энергию, поэтому использование геотермальной энергии далеко не везде целесообразно. Практически все крупные ГеоЭС расположены в местах повышенного вулканизма — Камчатка, Исландия, Филиппины, Кения, в Калифорнии (США) и т.д, где геотермический градиент гораздо выше, а геотермальные воды находятся близко к поверхности.

Одна из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт, на что требуется расход энергии. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия), неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Закачка отработанной воды необходима еще и для того, что бы давление в водоносном пласте не упало, что приведет к уменьшению выработки геотремальной станции, или ее полной неработоспособности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

В чем основные преимущества и недостатки геотермальной энергетики

Такой способ получения энергии обладает рядом очевидных достоинств.

1. ГеоЭС не нуждаются в топливе, запасы которого ограничены.
2. Все расходы на эксплуатацию сводятся к расходам на регламентированные работы по плановой замене комплектующих деталей.
3. Не требуют дополнительной энергии для технологических нужд. Дополнительное оборудование заитывается от добываемых ресурсов.
4. Возможно попутно производить опреснение морской воды (Если станция расположена на морском побережье)
5. Условно считаются экологически чистыми. Потому что основная я масса недостатков привязана к вопросам экологичности объектов.

Внимательно посмотрев на фотографии Мутновской гидротермальной станции, вы будете удивлены. Никакой грязи и копоти, аккуратные чистенькие корпуса с клубами белого пара. Но не все так чудесно. Есть у геотермальных электростанций свои недостатки.

1. При расположении вблизи населенных пунктов жителей беспокоит производимый предприятием шум.
2. Постройка самой станции обходится дорого. А это сказывается на стоимости конечного продукта.
3. Сложно заранее предугадать, что пойдет из скважины на глубоких слоях: минеральная вода (не обязательно целебная), нефть или токсичный газ. А это уже вопросы безопасности населения. Конечно, здорово, если геологи наткнутся при бурении на пласт полезных ископаемых. Но это открытие может полностью поменять образ жизни населения. Поэтому местные власти неохотно дают разрешения даже на проведение изыскательских работ.
4. Возникают трудности с выбором места для будущей ГеоЭС. Ведь если источник тепла потеряет со временем свой энергетический потенциал, деньги будут потрачены впустую. Кроме того в районе станции возможны провалы грунта.

Плюсы и минусы данного источника энергии

У геотермальной энергии есть два главных плюса: неиссякаемость, а также независимость от внешних факторов. Коэффициент установленной мощности способен доходить до 80 процентов. Однако нельзя не отметить следующие недостатки:

Экономическое значение скважин. Для преобразования теплоты необходимо, чтобы температурное значение воды было достаточным. Для этого бурят скважины глубже. Но так как температурный градиент чаще всего маленький, приходится бурить минимум километр в длину, что экономически не выгодно;

Экологичность. Эксплуатация подземных вод проблематична, так как в ней содержатся соединения токсиных элементов (металлов и неметаллов), поэтому сбрасывать её бездумно на поверхность нельзя, её нужно пернкачивать обратно

Это также важно для поддержания водоносящих пластов;

Провокация землетрясений. Деятельность по добычелектричества в сейсмически опасной зоне может привести к землетрясение

Например, как в Пхохане в 2021 году.

vote

Article Rating

Геотермальная энергия преимущества и недостатки

Среди всех альтернативных источников геотермальная энергетика занимает высокие позиции в этом списке. Эти электростанции размещают на поверхностях в близкой досягаемости.

При строительстве такого сооружения учитывают у геотермальной энергии преимущества и недостатки, а также ее безопасность. Кроме того при строительстве этой конструкции нужно выбирать те районы, в которых наблюдается сейсмическая активность. Эти территории должны обладать горячими источниками. Так как в них вода способна нагреваться до больших температур из-за активности вулканов или гейзеров.

Чтобы лучше узнать о таком источнике добычи электрической энергии, мы подробно рассмотрим преимущества и недостатки геотермальных электростанций, а также перспективу их применения.

История

В 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора пара из естественных геотермальных источников. В 20-м веке спрос на электроэнергию привёл к появлению проектов создания электростанций, использующих внутреннее тепло Земли. Человеком, который провёл испытания первого геотермального генератора, был Пьеро Джинори Конти. Это произошло 4 июля 1904 года в итальянском городе Лардерелло. Генератор смог успешно зажечь четыре электрических лампочки. Позже, в 1911 году, была построена первая в мире геотермальная электростанция в том же населённом пункте, она работает до сих пор. В 1920-х годах экспериментальные генераторы были построены в Беппу (Япония) и калифорнийских гейзерах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года.

Пять стран-лидеров по производству геотермальной энергии, 1980–2012 (US EIA)

Рост мощности ГеоЭС по годам

В 1958 году, когда была введена в эксплуатацию электростанция Вайракей, Новая Зеландия стала вторым крупным промышленным производителем геотермальной электроэнергии. Вайракей была первой станцией непрямого типа. В 1960 году «Pacific Gas and Electric» начала эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США на гейзерах в Калифорнии. Первая геотермальная электростанция бинарного типа была впервые продемонстрирована в 1967 году в Советском Союзе, а затем представлена в США в 1981 году, после энергетического кризиса 1970-х годов и значительных изменений в политике регулирования. Эта технология позволяет использовать гораздо более низкую температуру для производства электроэнергии, чем ранее. В 2006 году в Чина-Хот-Спрингс, штат Аляска, заработала станция бинарного цикла, производящая электричество с рекордно низкой температурой жидкости 57 °C. До недавнего времени геотермальные электростанции строились исключительно там, где вблизи поверхности имелись высокотемпературные геотермальные источники. Появление электростанций с бинарным циклом и совершенствование технологии бурения и добычи могут способствовать появлению геотермальных электростанций в значительно большем географическом диапазоне. Демонстрационные электростанции находятся в германском городе Ландау-ин-дер-Пфальц и французском городе Сульц-су-Форе, в то время как ранее работы в Базеле, Швейцария, были закрыты после того, как это вызвало землетрясения. Другие демонстрационные проекты находятся в стадии разработки в Австралии, Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах Америки.

Тепловой КПД геотермальных электростанций невысок — около 7–10%, поскольку геотермальные жидкости имеют более низкую температуру, чем пар из котлов. По законам термодинамики эта низкая температура ограничивает эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии при выработке электроэнергии. Отработанное тепло тратится впустую, если только его нельзя использовать непосредственно, например, в теплицах или централизованном отоплении. Эффективность системы не влияет на эксплуатационные расходы, как это было бы для угольной или другой станции ископаемого топлива, но это фактор жизнеспособности станции. Для производства большего количества энергии, чем потребляют насосы, для выработки электроэнергии требуются высокотемпературные геотермальные источники и специализированные тепловые циклы. Поскольку геотермальная энергия постоянна во времени, в отличие, например, от энергии ветра или Солнца, ее коэффициент мощности может быть довольно большим — до 96%.

Интересное Утилизация мобильных телефонов

Первая геотермальная электростанция

Все мы привыкли к тому, что много лет назад энергия добывалась из природных ископаемых. Так оно и было, вот только еще до этого одними их первых электростанций были именно геотермальные. В целом это очень логично, так как техника работала на паровой тяге, и использовать именно пар было более правильным решением. Да и собственно единственным для того времени, не считая сжигания дерева и угля.

Еще в 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора природного пара, которая очень пригодилась в двадцатом веке, когда спрос на геотермальные электростанции стал очень высоким.

Первая реально работающая станция была построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году. Правда, она была больше прототипом, так как могла питать только 4 лампочки, но она работала. Спустя шесть лет в 1910 году в этом же городе была построена реально работающая станция, которая могла добывать энергию, достаточную для промышленного использования.

Даже в таких живописных местах могут быть ГеоТЭС.

Экспериментальные генераторы строились во многих местах, но именно Италия до 1958 года удерживала лидерство и была единственным в мире производителем геотермальной энергии в промышленных масштабах.

Уступить лидерство пришлось после того, как в Новой Зеландии запустили в эксплуатацию электростанцию Вайракей. Она была первой геотермальной электростанцией непрямого типа. Через несколько лет подобные объекты открылись и в других странах, включая США с ее источниками в Калифорнии.

Первая геоТЭС непрямого типа была построена в СССР в 1967 году. В это время такой способ получения энергии начал активно развиваться по всему миру. Особенно в таких местах, как Аляска, Филиппины и Индонезия, которые до сих пор являются одними из лидеров по добываемой таким способом энергии.

Методы сбора энергетических ресурсов Земли

Сегодня есть три основных метода сбора геотермальной энергии: сухой пар, горячая вода и бинарный цикл. Процесс с сухим паром прямо вращает привода турбин генераторов электроэнергии. Горячая вода поступает снизу вверх, затем распыляется в бак, чтобы создать пар для привода турбин. Эти два метода являются наиболее распространенными, генерируя сотни мегаватт электроэнергии в США, Исландии, Европе, России и других странах. Но расположение ограничено, так как эти заводы работают только в тектонических регионах, где легче получить доступ к подогретой воде.

При технологии бинарного цикла извлекается на поверхность теплая (не обязательно горячая) вода и объединяют её с бутаном или пентаном, который имеет низкую температуру кипения. Эта жидкость перекачивается через теплообменник, где испаряется и направляется через турбину перед рециркуляцией обратно в систему. Технологии бинарного цикла дает десятки мегаватт электроэнергии в США: Калифорнии, Неваде и на Гавайских островах.

Принцип получения энергии

Недостатки получения геотермальной энергии

На уровне полезности, геотермальные электростанции являются дорогостоящими, чтобы построить и работать. Для поиска подходящего места требуется дорогостоящее обследование скважин без гарантии попадания в продуктивную подземную горячую точку. Тем не менее, аналитики ожидают увеличения этой мощности почти вдвое в течение следующих шести лет.

Кроме того районы с высокой температурой подземного источника находятся в районах с активными геологохимическими вулканами. Эти «горячие точки» образовались на границах тектонических плит в местах, где кора достаточно тонкая. Тихоокеанский регион, часто называют как кольцо огня для многих вулканов, где есть много горячих точек, в том числе на Аляске, Калифорнии и Орегоне. Невада имеет сотни горячих точек, охватывающих большую часть северной части США.

Есть и другие сейсмически активные районы. Землетрясения и движение магмы позволяют воде циркулировать. В некоторых местах вода поднимается к поверхности и природные горячие источники и гейзеры происходят, такие, как на Камчатке. Вода в гейзерах Камчатки достигает 95° C.

Одна из проблем открытой системы гейзеров является выделение некоторых загрязнителей воздуха. Сульфид водорода — токсичный газ с очень узнаваемым запахом «тухлого яйца» — небольшое количество мышьяка и минералов, выпущенных с паром. Соль также может представлять экологическую проблему.

На геотермальных электростанциях расположенных в море значительное количество мешающей соли накапливается в трубах. В замкнутых системах нет выбросов и возвращается вся жидкость доведенная до поверхности.

Экономический потенциал энергоресурса

Сейсмически активные точки не являются единственными местами, где можно найти геотермальную энергию. Существует постоянный запас полезного тепла для целей прямого нагрева на глубине везде от 4 метров до нескольких километров ниже поверхности практически в любом месте на земле. Даже земля на собственном заднем дворе или в местной школе имеет экономический потенциал в виде тепла, чтобы выдавать в дом или другие здания.

Кроме того существует огромное количество тепловой энергии в сухих скальных образованиях очень глубоко под поверхностью (4 – 10 км).

Использование новой технологии может расширить геотермальные системы, где люди смогут использовать это тепло для производства электроэнергии в гораздо большем масштабе, чем обычные технологии. Первые демонстрационные проекты этого принципа получения электричества показаны в Соединенных Штатах и Австралии еще в 2013 году.

Если полный экономический потенциал геотермальных ресурсов может быть реализован, то это будет представлять огромный источник электроэнергии для производственных мощностей. Ученые предполагают, что обычные геотермальные источники имеют потенциал 38 000 МВт, который может производить 380 млн МВт электроэнергии в год.

Горячие сухие породы залегают на глубинах от 5 до 8 км везде под землей и на меньшей глубине в определенных местах. Доступ к этим ресурсам предполагает введение холодной воды, циркулирующей через горячие скальные породы и отвода нагретой воды. В настоящее время нет коммерческого применения этой технологии. Существующие технологии пока не позволяют восстанавливать тепловую энергию непосредственно из магмы, очень глубоко, но это самый мощный ресурс геотермальной энергии.

С комбинацией энергоресурсов и ее последовательности, геотермальная энергия может играть незаменимую роль как более чистая, более устойчивая энергетическая система.

ГЕОТЕРМА́ЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТА́НЦИЯ

ГЕОТЕРМА́ЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТА́НЦИЯ (Гео­ТЭС), те­п­ло­вая элек­тро­стан­ция, пре­об­ра­зую­щая внут­рен­нее те­п­ло Зем­ли в элек­трич. энер­гию.

По­вы­шен­ный ин­те­рес к гео­тер­маль­ной энер­гии про­явил­ся по­сле энер­ге­тич. кри­зи­са 1970-х гг. Ус­та­нов­лен­ная со­во­куп­ная мощ­ность Г. э. воз­рос­ла от 678 МВт в 1970 до 8000 МВт в 2000. Стра­ны-ли­де­ры: США (2228 МВт), Фи­лип­пи­ны (1909 МВт), Мек­си­ка (755 МВт), Ита­лия (785 МВт), Ин­до­не­зия (589 МВт), Рос­сия (с учё­том про­ек­ти­руе­мых – 150 МВт, 2005). На Г. э. нет ко­тель­но­го це­ха, то­п­ли­во­по­да­чи, зо­ло­улав­ли­ва­те­лей и др. уст­ройств, не­об­хо­ди­мых для обыч­ной те­п­ло­вой элек­тро­стан­ции; прак­ти­че­ски стан­ция со­сто­ит из ма­шинно­го за­ла и по­ме­ще­ния для элек­трич. уст­ройств. Се­бе­стои­мость по­лу­че­ния элек­тро­энер­гии на Г. э. в неск. раз ни­же, чем на ТЭС, и осу­ще­ст­в­ля­ет­ся по од­ной из схем: пря­мой, не­пря­мой или сме­шан­ной.

При пря­мой схе­ме не­очи­щен­ная па­ро­во­дя­ная смесь по­сту­па­ет из под­зем­ных ис­точ­ни­ков пе­ре­гре­то­го па­ра (соф­фио­ни) по спе­ци­аль­но про­бу­рен­ным сква­жи­нам, пар от­де­ля­ет­ся от во­ды с по­мощью се­па­ра­то­ра и на­прав­ля­ет­ся в па­ро­вую тур­би­ну (на вхо­де темп-ра ок. 200 °С, на вы­хо­де – ок. 45 °С), вра­щаю­щую ге­не­ра­тор элек­трич. энер­гии. Во­да, вы­хо­дя­щая из се­па­ра­то­ра, ис­поль­зу­ет­ся для те­п­ло­снаб­же­ния на­се­лён­ных пунк­тов, в хи­мич. про­из-ве и для др. це­лей; мо­жет быть за­ка­ча­на об­рат­но сра­зу или, ес­ли это эко­но­ми­че­ски оп­рав­дан­но, с пред­ва­ри­тель­ным из­вле­че­ни­ем из неё ми­не­ра­лов (рис., а).

Схемы получения электроэнергии на геотермальной электростанции: а – прямая; б – непрямая; 1 – соффиони; 2 – турбина; 3 – генератор; 4 – смешивающий конденсатор; 5 &…

При не­пря­мой схе­ме при­ме­ня­ет­ся тех­но­ло­гия двух­кон­тур­но­го (би­нар­но­го) цик­ла. Па­ро­во­дя­ная смесь пред­ва­ри­тель­но очи­ща­ет­ся в де­га­за­то­ре от аг­рес­сив­ных (силь­но кор­ро­ди­рую­щих) га­зов, а за­тем на­гре­ва­ет­ся в те­п­ло­об­мен­ни­ке не­очи­щен­ным па­ром и с темп-рой ок. 120 °С по­да­ёт­ся в тур­би­ну. От­ра­бо­тав­ший пар кон­ден­си­ру­ет­ся и вновь про­пус­ка­ет­ся че­рез те­п­ло­об­мен­ник, соз­да­вая тем са­мым замк­ну­тый цикл (рис., б). При сме­шан­ной схе­ме не­очи­щен­ный пар по­сту­па­ет в тур­би­ны, а за­тем из скон­ден­си­ро­вав­шей­ся во­ды уда­ля­ют­ся не рас­тво­рив­шие­ся в ней га­зы. Наи­бо­лее час­то при­ме­ня­ют двух­кон­тур­ный цикл.

По­ми­мо по­лу­че­ния элек­тро­энер­гии, под­зем­ные тер­маль­ные во­ды мо­гут ис­поль­зо­вать­ся (в за­ви­си­мо­сти от темп-ры) для: кон­ди­цио­ни­ро­ва­ния воз­ду­ха, ры­бо­раз­ве­де­ния, про­из-ва фер­мен­тов (18–30 °С); обог­ре­ва грун­тов в с. х-ве и гор­но­до­бы­ваю­щей пром-сти (30–40 °С); го­ря­че­го во­до­снаб­же­ния (40–70 °С); ото­пле­ния, вы­ра­бот­ки ис­кусств. хо­ло­да, мой­ки и суш­ки разл. ма­те­риа­лов (70–100 °С); те­п­ло­фи­ка­ции про­из­вод­ств. про­цес­сов, по­лу­че­ния тя­жё­лой во­ды, вы­па­ри­ва­ния вы­со­ко­кон­цен­три­ро­ван­ных рас­со­лов (бо­лее 100 °С). В Рос­сии наи­бо­лее ши­ро­ко тер­маль­ные во­ды ис­поль­зу­ют­ся на Сев. Кав­ка­зе, осо­бен­но в Да­ге­ста­не (130 тыс. м3/сут).

Раз­ра­бо­тан про­ект соз­да­ния гео­тер­маль­но-те­п­ло­вых элек­тро­стан­ций, в со­став ко­то­рых вво­дят­ся уст­рой­ст­ва, сжи­гаю­щие го­рю­чий газ из гео­тер­маль­но­го рас­со­ла и до­пол­ни­тель­ный при­род­ный газ из ме­ст­ных ме­сто­ро­ж­де­ний. О мощ­но­ст­ных ха­рак­те­ри­сти­ках и эко­ло­гич. ас­пек­те ис­поль­зо­ва­ния Г. э. см. в ста­тьях Во­зоб­нов­ляе­мые ис­точ­ни­ки энер­гии, Гео­тер­маль­ные ре­сур­сы.

Популярность в Азии

В настоящее время геотермальная энергетика в буквальном смысле проходит стадию второго рождения в Китае. В этой стране отрасль была заброшена в течение сорока лет. Интерес к ней возобновился с приходом к власти лидера страны Си Цзиньпина. Усилиями генсека город Сяньянь уже по праву может считаться мировой столицей экологичной энергетики. В целом по стране за три года правления Цзиньпина объём выработки геотермальной энергии вырос с 28 до 100 МВт.

План развития отрасли внесён в программу 13-й пятилетки. В немалой степени динамичному развитию данной сферы способствуют инженеры из Исландии, приглашённые на работу в КНР. По предварительным расчётам, геотермальный потенциал в Китае сравним с энергией, которая может быть получена в результате сжигания 853 млрд тонн угля.

Именно с перерасходом последнего и связаны попытки поиска альтернативных ресурсов, поскольку 66% получаемой энергии в стране вырабатывается с помощью угля. Ожидается, что геотермальная стратегия будет реализована максимум за 10 лет. Уже сейчас на Китай приходится 15% мировой выработки энергии при помощи геотермов. В планах КНР — достижение выработки в объёме 2 ГВт.

Доля геотермальной энергетики в Японии достигает 21%. Впрочем, её развитие активно тормозится экологическими общественными движениями в силу того, что использование геотермальных источников приводит к росту угроз загрязнения окружающей среды. Впрочем, на вреде геотермальной энергетики остановимся ниже.

Зарубежные эксперты полагают, что большие перспективы отрасль имеет в Казахстане. В ряде регионов страны температура подземных вод достигает точки кипения, что наряду с ростом стоимости традиционной электроэнергии делает геотермы привлекательным объектом инвестиций. Посетивший республику профессор Мичиганского университета Грэм Норман считает, что потенциал Казахстана не хуже турецкого, где геотермальная энергетика развивается и за пределами районов с высокой интенсивностью горячих источников.

Геотермальная электростанция и геотермальная энергия:

Геотермальная электростанция (ГеоЭС или ГеоТЭС) – один из видов электростанций, которые преобразуют тепловую – геотермальную энергию подземных источников (например, гейзеров) в электрическую энергию.

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. По различным подсчетам температура в центре Земли составляет минимум 6650 °C. Тепло образуется за счет радиоактивного распада урана, тория, калия и других радиоактивных изотопов химических элементов. Температура в ] Земли[/anchor] постоянна. Конечно ж, Земля остывает, но скорость остывания равна 300-350 °C в один миллиард лет. Тепловой поток, текущий из недр Земли через ее поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла или 400 тыс. ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем выработка всей мировой энергетики и эквивалентно сжиганию 46 млрд тонн угля. Таким образом, получается, что Земля представляет собой неисчерпаемый источник тепловой – геотермальной энергии.

Геотермальная энергия относится к альтернативным и возобновляемым источникам энергии. Такая энергия в виде тепла может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии.

Однако тепловой КПД геотермальных электростанций невысок и составляет около 7-10 %.

Общие сведения о геотермальных электростанциях

Геотермальные электростанции предназначены для получения электрической энергии из природного тепла нашей планеты. О возможностях геотермальной энергетики было известно более ста лет назад. Еще в начале 20 века в итальянском городе Лардерелло провели первый эксперимент по получению электричества из пара. Спустя несколько лет в этом же городе начала работу первая электростанция такого рода, функционирующая и по сей день.

Принцип работы такой станции основан на закачивании воды под землю через специальную скважину, которая называется входной или нагнетающей. Нагретые магмой слои земли превращают воду в пар, который сквозь вторую скважину, называемую рабочей или эксплуатационной, попадает на лопасти турбины, соединенной с осью генератора.

Достоинства и недостатки ГЭ

В числе преимуществ этого вида энергии следующие:

• она возобновляемая и практически неиссякаемая;
• независима от времени суток, сезона, погоды;
• универсальна — с ее помощью можно обеспечить водо- и теплоснабжение, а также электричество;
• геотермальные источники энергии не загрязняют окружающую среду;
• не вызывают ;
• станции не занимают много места.

Однако имеются и недостатки:

• геотермальная энергия не считается полностью безвредной из-за выбросов пара, в составе которого могут быть сероводород, радон и другие вредные примеси;
• при использовании воды с глубоких горизонтов стоит вопрос ее утилизации после использования — из-за химического состава такую воду нужно сливать либо обратно в глубокие слои, либо в океан;
• постройка станции относительно дорога — это удорожает и стоимость энергии в итоге.

Достоинства геотермальных электростанций

• Запасы ресурсов для электростанций такого рода являются восстанавливаемыми. Они фактически неисчерпаемы при условии правильной работы станции. Это подразумевает закачивание небольшого количества воды в нагнетательную скважину за короткий промежуток времени.
• Функционирование станции не зависит от наличия внешних источников топлива.
• Во время работы установки не происходит вредных или токсичных выбросов.
• Геотермальные электростанции абсолютно безопасны для окружающей среды. При их использовании не возникают даже парниковые газы. Таким образом, они не влияют на увеличение парникового эффекта и глобального потепления.
• Потенциал геотермальных источников намного превосходит запасы органического топлива.
• Станция может функционировать в автономном режиме за счет электричества, получаемого от ее установок. Внешний источник энергии применяется лишь при первом запуске насоса.
• Станция отличается от других видов установок для получения энергии своими компактными размерами.
• Работа электростанции не зависит от времени суток, времени года и погодных условий.
• Использование природного теплоносителя для выработки электрической энергии позволяет снизить ее себестоимость практически до нуля.
• Геотермальная электростанция для нормального режима работы не нуждается в дополнительных вложениях. Незначительных расходов требуют только обслуживание техники и работы по ремонту.
• Электрические станции, работающие на геотермальной энергии, не нуждаются в обширных площадях для санитарных зон.
• Такие электростанции не испортят пейзаж и не потребуют значительного землеотвода.
• Если станцию расположить на берегу моря или океана, она также может опреснять воду естественным способом. Полученную воду затем можно применять для питья или в ирригационных целях. Этот процесс может осуществляться непосредственно при работе станции — во время разогрева воды и охлаждения водяного испарения.