Геотермальные ресурсы: классификация, способы добычи и извлечения

Геотермальные ресурсы – это глубинное тепло Земли, представляющее экономический интерес вследствие возможности добычи его техническими средствами. По предварительным оценкам потенциал этого вида источника тепловой энергии оценивается в 15% от всего мирового топливно-энергетического баланса. По мере развития технологий эта цифра может вырасти до 50%.

Использование геотермальной энергии – практически неисчерпаемого источника возобновляемого тепла, представляется достаточно перспективным. Плюс ко всему, данный источник тепловой энергии достаточно безопасен в экологическом отношении. Сооружение геотермальных станций не требует больших площадей и не наносит вред окружающей атмосфере в таких объёмах, как это делают другие электростанции. В качестве наиболее актуальных преимуществ эксплуатации этого вида энергии можно отметить:

• повсеместную распространённость,
• локальность,
• беспрецедентную близость к потребителю,
• полную автоматизацию и безлюдность производства,
• высокий уровень безопасности,
• возможность создания мини-установок малой мощности,
• раскрытие потенциала использования подземных площадей Земли.

Классификация

В основу классификации геотермальных ресурсов положено наличие или отсутствие в них воды.

• Петрогеотермальные ресурсы – это тепловая энергия нагретых горных пород до температуры 350⁰Cи выше. Они отличаются сухостью и для своего освоения требуют создания подземных искусственных полостей с организацией циркуляции теплоносителя.
• Гидрогеотермальные ресурсы – это энергия горячих вод, расположенных в естественных коллекторах под землёй.

Более детально классифицирует источники подземного тепла Международное энергетическое агентство, в списках которого фигурирует пять видов геотермальных ресурсов:

• Сухой геотермальный пар. Достаточно редкое природное явление, но очень удобное в разработке.
• Влажный пар, состоящий из смеси пара и горячей воды. Чаще встречающийся природный ресурс, требующий принятия специальных мер в процессе своего освоения, вследствие насыщенности энергоносителя солями и минералами.
• Геотермальная горячая вода, подчас содержащая в своём составе некоторое количество пара. Нагретые в результате вулканической деятельности атмосферные осадки, располагающиеся внутри земной коры.
• Разогретые скальные породы, глубиной залегания свыше 2 км. Один из наиболее крупных подземных энергетических ресурсов.
• Расплавленная магма, температура которой превышает 1300⁰C.

Способы добычи

Фонтанный

Самый распространённый метод извлечения геотермальных вод, при котором через пробуренную скважину на земную поверхность извергаются потоки горячей воды, рассола или пароводяной смеси. Происходит это за счёт разницы гидростатического давления и давления внутри пласта. Затем теплоноситель проходит стадию использования и транспортируется обратно или сбрасывается в природные или искусственные водоёмы.

При всех своих явных достоинствах, технология не лишена существенных недостатков. Сказывается быстрое исчерпание дебита скважины и высокий уровень минерализации добытой воды. Что несколько снижает дальнейшие перспективы этого способа добычи, так как требует разработки дополнительных дорогостоящих технологий.

Насосный

Современные геотермальные насосные системы позволяют в полной мере использовать потенциал подземного водосодержащего ресурса. Именно благодаря им становится возможным поддерживать необходимый уровень давления, который очень быстро заканчивается при эксплуатации скважины фонтанным методам.

Наиболее перспективные разработки способны выдерживать высокие температуры (до 250⁰C) и обеспечивать высокую производительность (до 10 тыс. м³ за день), не расходуя при этом значительного количества электрической энергии. Плюс к этому разработчики научились использовать:

• термостойкие материалы,
• тандемную гидрозащиту,
• подшипники специальной конструкции,
• гладкие поверхности каналов внутренних полостей насосов,

что существенно улучшает эксплуатационные характеристики добывающего геотермальную энергию оборудования.

Циркуляционный

Циркуляционный способ добычи – это принципиальное новое решение в области геотермальной энергетики. С его помощью удаётся наиболее полно использовать энергетический потенциал подземного источника тепла. В отличие от фонтанного и насосного способов, данный метод позволяет:

• существенно интенсифицировать процесс,
• повысить степень извлечения тепловых ресурсов,
• отказаться от сброса отработанной жидкости в окружающую среду.

Производственно-технологический контур циркуляционной системы связывает между собой добычную и нагнетательную скважины; тепловой пласт, насос и потребителя. Такие системы отличаются автономностью, а их повсеместное внедрение позволит увеличить геотермальный потенциал российских ресурсов с 50,1 млн. т у. т/год (при фонтанной эксплуатации) до 114,9 млн. т у. т/год.

Извлечение геотермальной энергии

Извлечение геотермальной энергии является весьма перспективным направлением развития современной энергетики. Доказательством этого служит ряд очень убедительных аргументов:

• На 1 кВт затраченной удаётся получить 3-7 кВт энергии тепловой или 15-25 кВт мощности на выходе по охлаждению энергоносителя.
• Снижение счётов за потребляемую электроэнергию до 80% в сравнении с электроэнергией, выработанной за счёт сжигания углеводородов.
• Постепенное истощение традиционных источников топлива – газа, нефти, угля.
• Высокий уровень экологической безопасности использования данного ресурса.
• Возможность создания индивидуальных, локальных, независимых систем практически в любой точке земного шара.

Однако существует и целый ряд трудностей связанным с малым удельным тепловым потоком поверхности Земли, спецификой геологии мест извлечения и сложностью транспортировки энергоносителя к потребителям.

Но, несмотря на возникающие трудности, общемировые показатели таковы, что в 2019 году было пробурено 233 новые геотермальные скважины. А производство геотермальной энергии достигло цифры 16 ГВт. За прошедшее десятилетие инвестиции в эту отрасль составили 40 млрд. долларов.

Сфера применения

Энергетика

Использование подземного тепла в энергетических целях является традиционным основным направлением сфер применения геотермальных ресурсов, о чём свидетельствуют следующие цифры:

• Прирост мощностей геотермальных электростанций ГеоЭС в 2018 году составил 540 МВт.
• Суммарная генерация их достигла 13 329 МВт.
• В мире работают 22 петротермальныхГеоЭС, большинство из которых расположено в Европе.

Явными преимуществами этого вида энергии выступают: практическая неисчерпаемость, независимость от погодных и климатических условий, возможность прямого и косвенного использования пара и горячей воды.

Промышленность

Промышленное использование геотермальных ресурсов может иметь несколько направлений:

• Энергетическое. Предприятие потребляет тепло от котельной или электроэнергию от мини-ГеоЭС, использующей тепловую энергию Земли.
• Прямое использование горячей воды или пара для технологических нужд.
• Косвенное использование тепловой энергии подземных источников с помощью создания двухконтурных систем.

Сельское хозяйство

К 2015 году 38 стран мира активно использовали геотермальную энергию для нужд сельского хозяйства. Она применяется для стерилизации, пастеризации и сушки пищевых продуктов; осуществляет обогрев прудов и теплиц, повышает температуру воздуха, воды и почвы в агротехнических сооружениях.

Теплофикация

Применение геотермальных ресурсов для теплофикации населённых пунктов, зданий и сооружений достаточно практично и эффективно. Больших успехов в этом направлении добилась Исландия – страна, не имеющая иных энергетических ресурсов. Аналогичный опыт уже имеется в странах Тихоокеанского бассейна, на юге России.

Бальнеология

Возможно, самый древний способ использования тепла Земли для лечебных целей, известный жителям многих регионов мира, располагающих целебными горячими источниками. Но не только. В мире есть места, где из скальных пород выходит горячий пар или даже воздух, находящий применение для лечения ряда заболеваний.

Понятно, что с течением времени, это природное достояние стало поставлено на более профессиональную в техническом и медицинском отношении основу. Существует множество курортов и лечебниц, предоставляющих свои услуги в этом направлении. И количество этих учреждений, использующих подземное тепло для восстановления и укрепления здоровья, продолжает непрерывно расти.

Месторождения в России и мире

Наиболее целесообразно использование геотермальной энергии в местах тектонических разломов, вулканической активности, сейсмической подвижности. Именно там выходящие тепловые потоки достигают своего максимума.

На территории России это, прежде всего Камчатка, Курильские острова, Кавказ, менее богаты в этом отношении Ленинградская область, Крым, Западная Сибирь, Забайкалье, Сахалин. В мире богатством геотермальных ресурсов отличаются:

• Центральная Америка.
• Исландия.
• Восточная Африка.
• Юго-Восточная Азия.
• Новая Зеландия.

Страны, добывающие геотермальные ресурсы

На сегодня лидирующие позиции по добыче геотермальных ресурсов с 4 ГВт занимают США. Далее расположились: Индонезия, Филиппины, Турция, Италия. 90% рынка держат 10 ведущих стран-производителей геотермальной энергии. Активно наращивают свои позиции Великобритания, Германия, Бельгия, Венгрия, Хорватия.

Российская Федерация, имеющая в своём распоряжении значительный геотермальный потенциал, существенно отстаёт от ведущих мировых производителей. Показатели 2019 года – 74 МВт, что даже ниже 81 МВт в 2010 году, говорят о необходимости принятия мер по навёрстыванию упущенных энергетических возможностей.

Также новости добывающей промышленности читайте на Производства.рф и телеграм канале.