Геотермальные электростанции (ГеоЭС) - разновидность альтернативной энергетики. ГеоЭС получают электрическую энергию за счёт геотермальных источников недр Земли - гейзеров, открытых и подземных горячих источников воды или метана, теплых сухих пород, магмы. Поскольку геологическая активность происходит на планете регулярно, геотермальные источники можно условно считать неисчерпаемыми (возобновляемыми). По подсчётам ученых тепловая энергия Земли составляет 42 триллиона Ватт, 2% из которых (840 миллиардов) содержится в земной коре и доступна для добычи, однако и этой цифры достаточно, чтобы обеспечить население Земли неиссякаемой энергией на долгие годы.

Регионы с геотермальной активностью имеются во многих частях планеты, и идеальными для построения станций считаются районы с высокой геологической активностью (вулканической, сейсмической). Наиболее активное развитие отрасли происходит в местах скопления горячих гейзеров, а также в областях вокруг краёв литосферных плит в силу наименьшей толщины земной коры.

Для получения тепла из закрытых подземных источников используется бурение скважин. При углублении скважины температура повышается примерно на 1 градус каждые 36 метров, но есть и более высокие показатели. Полученное тепло доставляется на поверхность станции в виде горячей воды или пара, они могут применяться как для прямой подачи на отопительные системы домов и помещений, так и для последующего преобразования в электроэнергию на станции.

В зависимости от состояния среды (вода, пар) используется три способа получения электроэнергии - прямой, непрямой и смешанный. При прямом используется сухой пар, воздействующий на турбину генератора напрямую. При непрямом используется (наиболее популярен в настоящее время) очищенный и нагретый водяной пар, получаемый испарением воды, закачиваемой из подземных источников температурой до 190 градусов. Как видно из представленного рисунка - перегретый пар по добывающим скважинам поднимается к теплообменнику. В нем происходит передача тепловой энергии в закрытый контур паровой турбины. Полученный от закипания жидкости пар вращает турбину, после чего снова конденсируется в теплообменнике, что образует замкнутую и практически безвредную для атмосферы систему. Паровая турбина соединена с электрогенератором, с которого и получают электроэнергию. При смешанном способе применяют промежуточные легко-вскипаемые жидкости (фреон и др.), на которые воздействуют кипящей водой из источников.

Преимущества геотермальных электростанций:

1) Станции не требуют внешнего топлива для работы;

2) Практически неисчерпаемые запасы энергии (если соблюдать необходимые условия);

3) Возможность автоматизированной и автономной работы за счёт использования собственно-выработанного электричества;

4) Относительная дешевизна обслуживания станций;

5) Станции можно использовать для опреснения воды при расположении их на побережье океана или моря.

Геотермальные электростанции - недостатки:

1) Выбор места установки станции зачастую затруднён политическими и социальными аспектами;

2) Проектирование и строительство ГеоЭС может потребовать очень больших вложений;

3) Загрязнение атмосферы периодическими выбросами через скважину вредных веществ, содержащихся в коре (современные технологии позволяют частично преобразовывать эти выбросы в топливо), однако оно значительно ниже, чем при производстве электроэнергии из ископаемых источников;

4) Нестабильность естественных геологических процессов и, как следствие, периодическая остановка работы станций.

Первая геотермальная электростанция

Первые эксперименты с добычей энергии из геотермальных источников относятся к началу 20 века (1904 год, Италия, где спустя небольшое время была также построена первая полноценная геотермальная электростанция). В настоящее время, с учётом быстрого роста потребления электричества и быстрого иссякания запасов традиционного энергетического сырья, это одна из наиболее перспективных отраслей энергетики.

Крупнейшие геотермальные электростанции

Лидерами получения геотермальной энергии сейчас являются США и Филиппины, где построены самые крупные ГеоЭС, производящие более 300 МВт энергии каждая, что достаточно для энергоснабжения крупных городов.

Геотермальные электростанции в России

В России отрасль развита меньше, но и здесь идёт активное развитие. Самыми перспективными регионами страны являются Курильские острова и Камчатка. Крупнейшая геотермальная электростанция страны - Мутновская ГеоЭС на юго-востоке Камчатки, производящая до 50 МВт энергии (в перспективе - до 80 МВт). Также следует отметить Паужетскую (первая, построенная в России), Океанскую и Менделеевскую ГеоЭС.

Среди альтернативных источников геотермальная энергия занимает значительное место - ее так или иначе используют примерно в 80 странах по всему миру. В большинстве случаев это происходит на уровне строительства теплиц, бассейнов, применения в качестве лечебного средства или отопления.

В нескольких странах - в том числе США, Исландии, Италии, Японии и других - построены и работают электростанции.

Геотермальная энергия в целом подразделяется на две разновидности - петротермальную и гидротермальную. Первый тип использует как источник горячие горные породы. Второй - подземные воды.

Если свести все данные по теме в одну диаграмму, обнаружится, что в 99% случаев используется тепло пород, и только в 1% геотермальная энергия извлекается из подземных вод.

Петротермальная энергетика

На настоящий момент в мире достаточно широко используется тепло земных недр, причем преимущественно это энергия неглубоких скважин - до 1 км. С целью обеспечения электричеством, теплом или ГВС устанавливаются скважинные теплообменники, работающие на жидкостях с низкой температурой кипения (например, на фреоне).

Сейчас использование скважинного теплообменника является наиболее рациональным способом добычи тепла. Выглядит это так: теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре. Нагретый поднимается по концентрично опущенной трубе, отдавая свое тепло, после чего, охлажденный, при помощи насоса подается в обсадную.

В основе использования энергии земных недр лежит природное явление - по мере приближения к ядру Земли растет температура земной коры и мантии. На уровне 2-3 км от поверхности планеты она достигает более 100 °С, в среднем увеличиваясь с каждым последующим километром на 20 °С. На глубине 100 км температура достигает уже 1300-1500 ºС.

Гидротермальная энергетика

Вода, циркулирующая на больших глубинах, нагревается до значительных величин. В сейсмически активных районах она поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, в спокойных же регионах ее можно вывести с помощью скважин.

Принцип действия тот же: нагретая вода поднимается по скважине вверх, отдает тепло, и возвращается по второй трубе вниз. Цикл практически бесконечен и возобновляем до тех пор, пока в земных недрах остается тепло.

В некоторых сейсмически активных регионах горячие воды лежат так близко к поверхности, что можно воочию наблюдать, как работает геотермальная энергия. Фото окрестностей вулкана Крафла (Исландия) демонстрирует гейзеры, которые передают пар для действующей там ГеоТЭС.

Основные черты геотермальной энергетики

Внимание к альтернативным источникам обусловлено тем, что запасы нефти и газа на планете не бесконечны, и постепенно исчерпываются. Кроме того, они есть не везде, и многие страны зависят от поставок из других регионов. Среди иных важных факторов - негативное влияние ядерной и топливной энергетики на среду обитания человека и дикую природу.

Большое достоинство ГЭ - возобновляемость и универсальность: возможность использовать для водо- и теплоснабжения, или для выработки электроэнергии, или для всех трех целей сразу.

Но главное - это геотермальная энергия, плюсы и минусы которой зависят не столько от местности, сколько от кошелька заказчика.

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 парникового эффекта ;
• 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.

Сферы применения

На сегодняшний день геотермальные ресурсы используются в сельском хозяйстве, садоводстве, аква- и термокультуре, промышленности, сфере жилищно-коммунальных хозяйств. В нескольких странах построены крупные комплексы, обеспечивающие население электроэнергией. Продолжается разработка новых систем.

Сельское хозяйство и садоводство

Чаще всего использование геотермальной энергии в сельском хозяйстве сводится к обогреву и поливу оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры. Подобный подход применяется в нескольких государствах - Кении, Израиле, Мексике, Греции, Гватемале и Теде.

Подземные источники применяются для полива полей, обогрева почвы, поддержания постоянной температуры и влажности в оранжерее или теплице.

Промышленность и ЖКХ

В ноябре 2014 года в Кении начала работать крупнейшая на то время геотермальная электростанция мира. Вторая по размерам находится в Исландии - это Хеллишейди, берущая тепло от источников возле вулкана Хенгидль.

Другие страны, использующие геотермальную энергию в промышленных масштабах: США, Филиппины, Россия, Япония, Коста-Рика, Турция, Новая Зеландия и т. д.

Известны четыре основные схемы добывания энергии на ГеоТЭС:

• прямая, когда пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами;
• непрямая, аналогичная предыдущей во всем, за исключением того, что перед попаданием в трубы пар очищается от газов;
• бинарная - в качестве рабочего тепла используется не вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения;
• смешанная - аналогична прямой, но после конденсации здесь удаляют из воды не растворившиеся газы.

В 2009 году группа исследователей, искавшая пригодные к использованию геотермальные ресурсы, достигла расплавленной магмы всего на глубине 2,1 км. Подобное попадание в магму - большая редкость, это всего второй известный случай (предыдущий произошел на Гавайях в 2007 году).

Хотя соединенная с магмой труба ни разу не подключалась к находящейся неподалеку ГеоТЭС Крафла, ученые получили весьма многообещающие результаты. До сих пор все работающие станции брали тепло опосредованно, из земных пород либо из подземных вод.

Частный сектор

Одна из наиболее перспективных сфер - частный сектор, для которого геотермальная энергия - это реальная альтернатива автономного газового отопления. Самая серьезная преграда здесь - при довольно дешевой эксплуатации высокая начальная стоимость оборудования, которая значительно выше, чем цена установки «традиционного» отопления.

Свои разработки для частного сектора предлагают компании MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe.

Страны, использующие тепло планеты

Безусловным лидером в использовании георесурсов является США - в 2012 году выработка энергии в этой стране достигла отметки 16.792 миллиона мегаватт-часов. В том же году, суммарная мощность всех геотермальных станций на территории Штатов достигала 3386 МВт.

ГеоТЭС на территории США расположены в штатах Калифорния, Невада, Юта, Гавайи, Орегон, Айдахо, Нью-Мехико, Аляска и Вайоминг. Самая крупная группа заводов носит название «Гейзеры» и расположена неподалеку от Сан-Франциско.

Кроме Соединенных Штатов, в первой десятке лидеров (по состоянию на 2013 год) также находятся Филиппины, Индонезия, Италия, Новая Зеландия, Мексика, Исландия, Япония, Кения и Турция. При этом в Исландии геотермальные источники энергии обеспечивают 30% от всей потребности страны, на Филиппинах - 27%, а в США - меньше 1%.

Потенциальные ресурсы

Работающие станции - только начало, отрасль лишь начинает развиваться. Исследования в этом направлении идут постоянно: более чем в 70 странах ведется разведка потенциальных месторождений, в 60 освоено промышленное использование ГЭ.

Перспективными выглядят сейсмически активные районы (как это видно на примере Исландии) - штат Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, страны Центральной Америки, Филиппины, Исландия, Коста-Рика, Турция, Кения. Эти страны имеют потенциально выгодные не исследованные месторождения.

В России это Ставропольский край и Дагестан, остров Сахалин и Курильские о-ва, Камчатка. В Беларуси определенный потенциал есть на юге страны, охватывая города Светлогорск, Гомель, Речица, Калинковичи и Октябрьский.

На Украине перспективными являются Закарпатская, Николаевская, Одесская и Херсонская области.

Достаточно перспективным является полуостров Крым, тем более что большая часть потребляемой им энергии импортируется извне.

Это комплексное сооружение, которое для выработки электроэнергии, использует глубинное тепло земли. В комплекс , как правило, входят: буровые скважины, которые выводят на поверхность земли пароводяную смесь либо перегретый пар, с системой трубопроводов и сепарационных устройств; генераторы; машинный зал, где размещаются паровые турбины, конденсационные и другие установки; система технического водоснабжения, охлаждающая конденсаторы турбин; высоковольтное электротехническое оборудование. Для геотермальных электростанций глубина скважин, как правило, не превышает 3 км. Поэтому их можно устанавливать не повсеместно, а только там где на относительно небольших глубинах уже имеется нужная температура. Это места стыковки тектонических плит, гейзеры, регионы с сейсмической активностью. Геотермальная энергия важнейший ресурс в вулканически активных местах, например, в Исландии и Новой Зеландии. Насколько это экономически выгодно, будет зависеть от того, до какой именно температуры разогрета будет вода. В свою очередь это будет зависеть от того, насколько горячи породы, и сколько мы качаем до них воды. В горячем районе вода закачивается в скважину, а когда поднимается под давлением выходит и на поверхность, то превращается в пар. Пар может использоваться для турбогенератора либо через теплообменник для обогрева домов. Пар, прежде чем подаваться для вращения турбины, должен быть обязательно очищен.

У геотермальной энергии есть свои преимущества и недостатки .

Преимущества :

— не происходит загрязнения окружающей среды;

— не возникает парниковый эффект;

— геотермальная электростанция занимает мало места;

— не расходуется топливо;

— после строительства геотермальной электростанции , получается почти бесплатная энергия.

Имеют место следующие недостатки :

— строительство геотермальных электростанций возможно не везде;

— необходим соответствующий тип горячих камней, их доступность; подходит только такой тип породы, который можно легко сверлить;

— возможен выход на поверхность земли опасных газов и минералов и может возникнуть проблема с их безопасной утилизацией. Новости

«Атомная энергетика» - Экономический рост и энергетика Инновационный сценарий МЭРТ. Атомная энергетика и экономический рост. Атомная энергетика и другие типы генерации. Источник: Всемирный банк (IFC). Источник: Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. Источник: Минэнерго. Источник: Исследование Томского политехнического университета.

«Атомная опасность» - Компоненты "анализа риска". Зарубежные подходы к проблеме "риска". Послание. Элементы "управления риском". Анализ риска. Общие закономерности. Компоненты управления риском. Распространение в различных областях науки. Кривая Фармера. Рекомендации. Вероятностный анализ. Анализ "стоимость-выгода".

«Атомная безопасность» - Создание системы стандартов. Выражение и отстаивание консолидированного мнения членов сообщества. Мощность российских АС. Обеспечение поддержания высокого уровня деловой репутации. Содействие оказанию квалифицированных консалтинговых и экспертных услуг. Члены союза. Союз Предприятий ПК и ЭБ. Профессиональное сообщество.

«Объекты атомной энергетики» - Атомные электростанции. Облако. Атомный ледокол. Генетические последствия радиации. Радиоактивные отходы. Ядерное оружие. Атомная энергетика. Наиболее мощные АЭС. Мирный атом. Атомная энергия. Плюсы АЭС. Плюсы и минусы АЭС. Радиоактивность. Слой алюминия. Последствия Чернобыльской катастрофы. Хиросима.

«Атомные электростанции в России» - Атомные электростанции (АЭС). Классификация АЭС по типу реакторов. Плавучая атомная электростанция (ПАТЭС). Билибинская атомная тепло-электроцентраль. Получение электроэнергии на АЭС. География планируемого размещения ПАТЭС в России. Классификация АЭС по виду отпускаемой энергии. Проектируемые атомные станции.

«Атомная энергия» - Запорожская АЭС. Перспективы атомной энергетики. Как известно работа атомных электростанций основывается на расщеплении урана на атомы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Преимущества атомной энергетики.