Перспективы геотермальной энергетики

Ужесточение экологических нормативов привело к появлению новых способов выработки электроэнергии. Помимо ветряных генераторов и солнечных батарей, применяют тепло недр Земли. Станции геотермального типа, использующие природные источники горячей воды либо пара, чаще всего располагают в зонах повышенной сейсмической активности.

Принцип работы и распространение технологий

В зависимости от вида теплоносителя геотермальные электростанции разделяют на:

• гидротермальные;
• петротермальные.

Отработавший пар конденсируется и закачивается обратно в грунт (геоциркуляционный принцип действия). Температура рабочей смеси на входе в турбину доходит до +300°С. Подобные станции расположены в сейсмически активных регионах с зонами разлома земной коры (например, на Камчатке в России или на побережье США).

Если температура потока пароводяной смеси составляет +80…+120°С, то для выработки электроэнергии используют станции бинарного типа. Теплоноситель доводит до точки кипения смесь газов, воздействующих на турбину и циркулирующих по замкнутому контуру. Частично остывшую пароводяную смесь используют для работы систем отопления, а затем направляют в скважину для повторного нагрева в недрах Земли. Источники субтермальных вод (+40…+70°С) применяют для работы бытовых и промышленных отопительных систем с тепловыми насосами.

Петротермальная энергетика использует теплоту сухих горных пород. Температура внутри Земли поднимается в среднем на 2,5°С каждые 100 м и достигает +125°С при бурении скважины на 5 км. Увеличение параметра до 10 км позволяет добраться до слоев, прогретых до +250°С. Для работы электростанции необходимы пара скважин для подачи воды и отвода полученного пара к турбинам. Распространение петротермальной энергетики ограничивается высокими затратами на буровые работы и поддержание стволов и оборудования в исправном состоянии.

Преимущества и недостатки геотермальной энергетики

Преимущества геотермальной энергетики:

• большой запас тепловой энергии в недрах Земли;
• независимость работы станции от внешних погодных факторов или сезона;
• высокий КПД энергетического комплекса, достигающий 80%;
• снижение выбросов углекислого газа;
• универсальность станций (помимо получения электроэнергии, комплекс используют для отопления);
• возможность параллельной добычи редкоземельных элементов из растворенных в теплоносителе солей.

Недостатки технологий:

• необходимость бурения глубоких скважин для подачи жидкости и пара при температуре не менее +150°С;
• ограниченные территории с естественными источниками горячей воды, расположенными открыто либо на небольшой глубине от земной поверхности;
• необходимость утилизации отработавшей жидкости с повышенной минерализацией (сброс конденсата в водоемы невозможен);
• коррозия металлических паропроводов и турбин под воздействием растворенных в теплоносителе солей;
• вероятность провоцирования землетрясений при бурении глубинных скважин или работе геотермальных электростанций в сейсмически неспокойных регионах.

Перспективы развития

На конец 2020 г. доля геотермальных источников в мировой энергетике составляла всего 0,5%. Сосредоточенная на глубинах от 3 до 5 км тепловая энергия способна обеспечивать потребности людей на протяжении нескольких тысячелетий. При работе геотермальных электростанций в атмосферу не выбрасываются вредные вещества или углекислый газ. Но бурение скважин в сейсмически активных зонах вызывает подвижки земной коры.

Например, комиссия признала работу геотермальной станции одной из основных причин, спровоцировавших землетрясение в Пхохане (Южная Корея).

По распространенности геотермальная энергетика уступает солнечным и ветровым технологиям. В конце 2020 г. суммарная мощность существующих комплексов составляла 16 ГВт, запланированное увеличение до 24 ГВт к 2025 г. требует вложения не менее 25 млрд $. Для бурения скважин привлекают компании, задействованные на нефтегазовом рынке, что позволяет сохранить рабочие места и создать новые технологии. За 2019 г. в мире были просверлены 223 глубинные скважины для геотермальных станций, с 2025 г. предполагается ежегодно вводить в строй не менее 380 каналов.

Строительство электростанции не требует большой площади, что позволяет устанавливать оборудование в гористой местности. Например, для комплекса с годовой мощностью на уровне 1 ГВт*ч необходимо не более 400 м². Но первоначальные инвестиции на бурение скважин или прокладку дорог в труднодоступные районы приводят к росту себестоимости электроэнергии. Затраты достигают 3000 $ на 1 кВт установленной мощности, дороже обходятся только атомные электростанции.

На осень 2021 г. в пятерку лидеров рынка геотермальной энергетики входят США, Индонезия, Филиппины, Турция и Италия. Комплексы появляются на территории других стран Европы, постепенно создавая конкуренцию ветровым и солнечным электростанциям. Наращивание мощности и развитие технологий зависят от соблюдения графика инвестиций в геотермальную энергетику.