Продовження теми 7. Інновації в житлово-комунальному господарстві: геотермальна енергія

Лекція 12.

План лекції:

1. Особливість геотермальної енергії

2. Проблеми та перспективи використання геотермальної енергії

Сучасна затребуваність|зажадати| геотермальної енергії як одного з видів поновлюваної енергії обумовлена, насамперед|передусім|, виснаженням запасів органічного палива, |пального| залежністю країни від його імпорту (в основному, газу), а також |із| істотним|суттєвим| негативним|заперечним| впливом паливної і ядерної енергетики на людину та природу. Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах земної кори, за експертними оцінками, досягає 137 трлн т у. п., що в 10 разів перевищує геологічні ресурси усіх видів палива разом взятих. Одним із проявів|виявів| цієї енергії є|з'являється| зростання|зріст| температури земної кори і мантії у міру наближення до ядра Землі|грунту|. Ця температура з|із| глибиною підвищується в середньому на 20 град. С| на 1 км., досягаючи на рівні 2 – 3 км. від поверхні більше 100 град. С, на рівні 100 км. – 1500 град. С|із|, що викликає|спричиняє| нагрів води, циркулюючої на великих глибинах, до високих температур. Геотермальні ресурси, перш за все, представляють собою термальні води і теплоту нагрітих сухих гірських порід. До перспективних для використання в промислових масштабах відносять також ресурси нагрітих підземних вод, які виводяться з нафтою та газом діючими свердловинами нафтогазових родовищ.

З усіх видів геотермальної енергії найкращі економічні показники мають термальні підземні води, пароводяні суміші і природна пара. Рідка вода існує тільки до глибин 10-15 кілометрів, нижче вода перебуває виключно в газоподібному стані. Якщо температура води (пари) перевищує| 120-150 град. С|, рентабельним| є використання| її для виробництва електричної енергії|. За інших температур доцільно| використання| геотермальної| енергії | для опалення|, гарячого водопостачання, кондиціювання| повітря| в будівлях, а також| з рекреаційною| та лікувальною| метою| (в аквапарках, санаторіях|). В технологічних процесах можна досягти найбільш повної реалізації теплового потенціалу води, в тому числі залишкового, а також отримати|одержувати| для промислового використання коштовні|цінні| компоненти (йод, бром, літій, цезій, кухонна сіль|соль|, глауберова сіль|соль|, борна кислота і ін), що містяться|утримуються| в термальній воді. Ефективність вживання|застосування| термальних вод значно підвищується при їх комплексному використанні. Досвід показав, що перспективними в цьому відношенні варто вважати райони, в яких зростання температури з глибиною відбувається досить інтенсивно, колекторські властивості гірських порід дозволяють одержувати з тріщин значні кількості нагрітої води чи пари, а склад мінеральної частини термальних вод не створює додаткових труднощів по боротьбі із солевідкладеннями і кородуванням устаткування. Геотермальні води використовують фонтанним способом (теплоносій викидається в навколишнє середовище) або циркуляційним (теплоносій закачується назад в продуктивну товщу). Дешевший – перший спосіб, але екологічно більш небезпечний – другий. Гідрогеотермальні ресурси, які використовуються на сьогодні практично, складають лише 1% від загального теплового запасу надр.

Специфіка геотермальних ресурсів включає ряд недоліків|нестач|: відносно низький температурний потенціал теплоносія, нетранспортабельність, розосередженість джерел. Недоліком|нестача| геотермальної енергії є також висока мінералізація термальних вод більшості родовищ, наявність у воді токсичних з’єднань|сполук| і металів, що в більшості випадків унеможливлює скидання|скиду| цих вод в розташовані|схильні| на поверхні природні водні системи. Крім того, висока мінералізація геотермальних теплоносіїв приводить|наводить| до необхідності використання корозійностійких матеріалів, а наявність розчинених газів (СО2 і ін.) - |наводить| до необхідності використання додаткових очисних|очищувальних| систем, що викликає |із| збільшення витрат|затрат| на власні потреби|нужду|. Проте є очевидні переваги геотермальної енергії: реальна можливість|спроможність| її використання (у вигляді води, пари, або їх суміші) для виробництва теплової і електричної енергії, її практична невичерпність, повна|цілковита| незалежність від умов навколишнього середовища, часу доби і року, практична безлюдність здобичі|видобутку|, економічна конкурентоспроможність, можливість|спроможність| будівництва малопотужних установок. Перевагою геотермальної енергетики є|з'являється| її відносна безпека для навколишнього середовища. Так, кількість СО2, що виділяється при виробництві 1 кВт| електроенергії з|із| високотемпературних геотермальних джерел, складає від 13 до 380 г (в середньому, 65 г/кВт*год.). В той же час, при спалюванні природного газу емісія СО2 складає 453 г/кВт*год., вугілля – 1042 г/кВт*год. Хімічні сполуки геотермального потоку (в основному – азот і сірководень, а також в невеликих пропорціях ртуть, радон і бор|бір|) не викидаються в атмосферу (при циркуляційному способі), а за допомогою свердловин|щілин| повертаються в глиб надр.

На використанні енергії, що міститься|утримується| в надрах землі,|грунту| заснована геотермальна енергетика - виробництво електричною і теплової енергії за рахунок геотермальних ресурсів. Геотермальна енергетика нині швидко розвивається в усьому світі. На сьогодні геотермальні ресурси розвідані в 80 країнах, в 58 з|із| яких активно використовуються. Найбільшим виробником геотермальної електроенергії є|з'являються| США, де геотермальна електроенергетика має урядову підтримку. В Ісландії діють п’ять геотермальних станцій спільною електричною потужністю 420 Мвт, які виробляють 27% всієї електроенергії в країні, а також забезпечують 90% потреби в опаленні і ГВП. Геотермальна електроенергетика активно розвивається в Росії, на Філіппінах, в Італії, Ісландії, Кенії. В США, на Філіппінах, в Мексиці, Італії, Японії, деяких інших країнах протягом останніх 20 років витрати|затрати| тільки|лише| на створення|створіння| нових геотермальних технологій перевищили 2 млрд дол. В Фінляндії, Швеції і Норвегії відсоток|процент| використання геотермальних систем складає близько 30%. Світова практика свідчить, що більша частка|частина| (73%) низькотемпературних геотермальних ресурсів використовується на обігрів приміщень|помешкань|, спортивних споруд, купалень, об’єктів сільського господарства і рибництва. У Франції квартири більше 20 міст опалюються в холодну пору року гарячою водою, піднятою з кілометрової глибини. Світове енерговиробництво для цілей теплопостачання складає близько 310 тис. т і дорівнює 7% від світового енергокористування в цій сфері.

Узагальнення і аналіз світового досвіду|досліду| використання геотермальної енергії показує, що по масштабах використання теплової енергії надр України істотно|суттєвий| відстає від багатьох зарубіжних країн. Вирішення практичних завдань|задач| використання термальних вод в теплоенергетичних цілях ускладнюється з багатьох причин, основні з|із| яких пов’язані з необхідністю розробки безпечної, з точки зору|з погляду| екології, утилізації відпрацьованих|відробляти| вод (головним чином, на основі зворотного закачування), а також високим ризиком створення|створіння| свердловин|щілин| з|із| недостатньою продуктивністю при високій вартості робіт. Одній з основних причин є|з'являється| відсутність достатнього економічних і ефективних технологій витягання|видобування| і використання низькотемпературних теплоносіїв. Через «розсіяність» теплової енергії землі, в більшості районів економічно доцільним може бути використання |лише| незначної частки|частина| величезних запасів енергії. Проте, збільшення обсягів геотермальної енергії для використання в будівлях можливо вже сьогодні. Потенційні геотермальні ресурси становлять 27,3 млн куб. м на добу теплоенергетичних вод, а їх теплоенергетичний потенціал, з урахуванням особливостей термальних вод як теплоносія, – 84 млн Гкал на рік. Технічно-досяжний енергетичний потенціал геотермальної енергії в Україні є еквівалентним 12 млн т у. п. на рік, використання якого дозволило б заощадити близько 10 млрд куб. м природного газу.

Техніко-економічний аналіз показує, що при сучасній технології вилучення теплової енергії гідротермальних| ресурсів економічно обгрунтованими є|з'являються| системи з|із| глибиною бурових свердловин|щілин| до 3 км, тепловий потенціал 90% термальних вод на цій глибині не перевищує 100 град. С. Ці дані свідчать про перспективність ||з'являється| гідротермального| теплопостачання, здатного забезпечити заміну органічного палива|пального| більш ефективно, ніж при виробництві електроенергії. Поліпшити ситуацію з|із| теплопостачанням населення дозволить і використання слаботермальных| вод з температурою до 40 град. С|, запаси яких в багатьох регіонах досить значні|. За перспективні вважаються геотермальні свердловини|щілини| Закарпаття завглибшки від 550 м до 1,5 км| з|із| температурою води в гирлі 40-60 град. С|із|. Значні ресурси низькопотенційної| геотермальної енергії має Крим, де глибини пробурених| свердловин| - до 2 км з температурою термальних| вод в гирлі| 50 -70 град|. С|із|. Серед перспективних районів для пошуків і розвідки геотермальних ресурсів знаходиться Донецький басейн.

Не дивлячись на|незважаючи на| всі переваги експлуатації геотермальних| ресурсів|, в Україні їх практичне використання не отримало|одержувало| достатнього розповсюдження, рівень їх освоєння ще незначний, теплова потужність геотермальних станцій складає всього 10,9 Мвт. Навіть в Закарпатті і в Криму, в найбільш сприятливих| умовах| для використання| геотермальних | вод, використовується| не більше| 2 % потенціалу|. Головна причина – відсутність достатніх коштів на використання геотермальних ресурсів. По розрахунках, вартість геотермальних станцій сумарною потужністю 2,0-2,5 тис. Мвт коливається|вагається| в межах 1,5-2,0 млрд дол. при очікуваній|сподіваній| окупності витрат|затрат| менше 5 років. В нинішній|теперішній| ситуації, коли можливості|спроможності| фінансування будівництва економічно вигідних геотермальних станцій обмежені, для розвитку і освоєння геотермальних родовищ доцільною може бути відповідна часткова переорієнтація існуючих геологорозвідувальних і нафтовидобувних свердловин|щілин| завглибшки 1-2 км., продуктивність яких падає унаслідок|внаслідок| виснаження запасів нафти і газу. Використання цих свердловин не вимагає значних капітальних вкладень, їх окупність оцінюється в 2-2,5 роки. Капітальні витрати|затрати| на будівництво нової установки можуть виявитися на 50-100% вищими за витрати|затрати| на створення|створіння| систем прямого обігріву електроенергією. Проте, |однак| експлуатаційні витрати|затрати| на виробництво теплової енергії на 60 % нижче, чим від традиційних джерел обігріву на електроенергії і на 25% нижче, ніж від повітряних теплових насосів. Термін окупності знижується в умовах різкого континентального клімату, де системи взимку використовуються для опалення, а влітку - для охолоджування будівель. В США вважають за прийнятний|допустимий| строк окупності протягом 4-8 років.

Оцінки, зроблені рядом організацій, показали, що розвиток систем геотермального теплопостачання дозволить не тільки економити органічне паливо, але і спрощувати вирішення екологічних проблем для створення сприятливих умов життєдіяльності людини. Новітні технології здатні звести негативний вплив, що виникає при експлуатації геотермальних джерел енергії, до мінімуму. Використанням геотермальної енергії може внести істотний|суттєвий| вклад|внесок| до вирішення і таких проблем як забезпечення стійкого енергозабезпечення (тепло- і електропостачання) теплоспоживачів| в тих зонах, де централізоване енергопостачання відсутнє або обходиться дуже|занадто| дорого, в зонах нестійкого централізованого енергопостачання із-за дефіциту електроенергії в енергосистемах, запобігання збитку|шкоді| від аварійних і обмежувальних відключень тощо.

Розробка і освоєння інтенсивних технологій витягання|видобування| теплоносія і створення|створіння| ефективних систем використання теплової енергії надр становиться все більш актуальною |чільною|науковою і інженерно-технічною проблемою. Подальша стратегія розвитку геотермальної енергетики в Україні полягає в першочерговому розвитку найбільш підготовлених до практичної реалізації технологій геотермального теплопостачання та в частковому переорієнтуванню науково-технічної бази існуючих геологорозвідувальних та нафтодобувних організацій. Пріоритетним напрямком розвитку геотермальної енергетики є створення комбінованих енерготехнологічних вузлів для отримання електроенергії, теплової енергії та цінних компонентів, що містяться в геотермальних теплоносіях.