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.
Стремительный рост энергопотребления, ограниченность невозобновляемых природных богатств, вынуждают задуматься об использовании альтернативных источников энергии. В этом отношении особого внимания заслуживает применение геотермальных ресурсов.
Геотермальные электростанции (ГеоЭС) – сооружения для получения электрической энергии за счет природного тепла Земли.Геотермальная энергетика имеет более чем столетнюю историю. В июле 1904 года в итальянском городке Лардерелло был проведен первый эксперимент, позволивший получить электроэнергию из геотермального пара. А через несколько лет здесь же была запущена первая геотермальная электростанция, работающая до сих пор.
Для построения геотермальных электростанций идеальными считаются районы с геологической активностью, где естественное тепло находится на сравнительно небольшой глубине.
Сюда относятся области, изобилующие гейзерами, открытыми термальными источниками с водой, разогретой вулканами. Именно здесь геотермальная энергетика развивается наиболее активно.
Однако и в сейсмически неактивных районах имеются пласты земной коры, температура которых составляет более 100 °С.
На каждых 36 метрах глубины температурный показатель возрастает на 1 °С. В этом случае бурят скважину и закачивают туда воду.
На выходе получают кипяток и пар, которые можно использовать как для обогрева помещений, так и для производства электрической энергии.
Территорий, где можно таким образом получать энергию, много, поэтому геотермальные электростанции функционируют повсеместно.
Добыча естественного тепла может осуществляться из следующих источников.
Сегодня применяется три способа производства электричества с использованием геотермальных средств, зависящих от состояния среды (вода или пар) и температуры породы.
Непрямой способ на сегодняшний день считается самым распространенным. Здесь используются подземные воды температурой около 182 °С, которые закачиваются в генераторы, расположенные на поверхности.
В США и на Филиппинах построены самые крупные ГеоЭС. Они представляют собой целые геотермальные комплексы, состоящие из десятков отдельных геотермальных станций.
Самым мощным считается комплекс «Гейзеры», расположенный в Калифорнии. Он состоит из 22 двух станций с суммарной мощностью 725 МВт, достаточной для обеспечения многомиллионного города.Российская геотермальная энергетика начала свое развитие с 1954 года, когда было принято
решение о создании лаборатории по исследованию естественных тепловых ресурсов на Камчатке.
Большие уровни добычи углеводородного сырья в 1970-е годы, критическая экономическая ситуация в 90-е годы остановили развитие геотермальной энергетики в России. Однако сейчас интерес к ней вновь появился по ряду причин:
Вам нравятся большие, мощные машины? Прочитайте интересную статью про .
Если вам нужно оборудование для дробления материалов – прочтите эту .
Наиболее перспективными областями Российской Федерации в части использования тепловой энергии для выработки электричества являются
Курильские острова и Камчатка.
На Камчатке имеются такие потенциальные геотермальные ресурсы с вулканическими запасами парогидротерм и энергетических термальных вод, которые способны обеспечить потребность края на 100 лет. Многообещающим считается Мутновское месторождение, известные запасы которого могут предоставить до 300 МВт электричества. История освоения этой области началась с георазведки, оценки ресурсов, проектирования и строительства первых камчатских ГеоЭС (Паужетской и Паратунской), а также Верхне-Мутновской геотермальной станции мощностью 12 МВт и Мутновской, имеющей мощность 50 МВт.
На Курильских островах функционируют две электростанции, использующие геотермальную энергию – на острове Кунашир (2,6 МВт) и на острове Итуруп (6МВт).
В сравнении с энергетическими ресурсами отдельных филиппинских и американских ГеоЭС отечественные объекты производства альтернативной энергии проигрывают значительно: их суммарная мощность не превышает и 90 МВт. Но камчатские электростанции, к примеру, обеспечивают потребности региона в электричестве на 25 %, что в случае непредвиденных прекращений поставки топлива не позволит жителям полуострова остаться без электроэнергии.
В России имеются все возможности для разработки геотермальных ресурсов – как петротермальных, так и гидрогеотермальных. Однако используются они крайне мало, а перспективных областей более чем достаточно. Кроме Курил и Камчатки возможно практическое применение на Северном Кавказе, Западной Сибири, Приморье, Прибайкалье, Охотско-Чукотском вулканическом поясе.
Данная энергия относится к альтернативным источникам. В наши дни всё чаще упоминают о возможностях получения ресурсов, которые дарит нам планета. Можно сказать, что мы живем в эпоху моды на возобновляемую энергетику. Создается множество технических решений, планов, теорий в данной области.
Он находится глубоко в земляных недрах и имеет свойства возобновления, другими словами он бесконечный. Классические ресурсы, по данным учёных начинают заканчиваться, иссякнет нефть, уголь, газ.
Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия
Поэтому можно постепенно готовиться принимать на вооружение новые альтернативные методы добычи энергии. Под земной корой находится мощное ядро. Его температура составляет от 3000 до 6000 градусов. Перемещение литосферных плит демонстрирует его огромнейшую силу. Она проявляется в виде вулканического выплескивания магмы. В недрах происходит радиоактивный распад, побуждающий иногда к таким природным катаклизмам.
Обычно магма нагревает поверхность не выходя за её пределы. Так получаются гейзеры или теплые бассейны воды. Таким образом, можно использовать физические процессы в нужных целях для человечества.
Её принято разделять на два вида: гидротермальную и петротермальную энергию. Первый образуется за счет теплых источников, а второй тип – это разница температур на поверхности и в глубине земли. Объясняя своими словами, гидротермальный источник состоит из пара и горячей воды, а петротермальный спрятан глубоко под грунтом.
Карта потенциала развития геотермальной энергетики в мире
Для петротермальной энергии необходимо пробурить две скважины, одну наполнить водой, после чего произойдет процесс парения, который выйдет на поверхность. Существует три класса геотермальных районов:
Они являются отличным источником для потребления. Они находятся в горной породе, на определенной глубине. Более подробно рассмотрим классификацию:
Данные виды состоят из разного химического состава. В зависимости от него, можно использовать воды для различных целей. Например, в производстве электроэнергии, теплообеспечении (тепловые трассы), сырьевой базе.
Температура воды 50 -60 градусов, является оптимальной для отопления и горячего снабжения жилого массива. Нужда в отопительных системах зависит от географического расположения и климатических условий. А в потребностях ГВС люди нуждаются постоянно. Для этого процесса сооружаются ГТС (геотермальные тепловые станции).
Если для классического производства тепловой энергии используется котельная, потребляющая твёрдое или газовое топливо, то при данном производстве используется гейзерный источник. Технический процесс очень простой, те же коммуникации, тепловые трассы и оборудование. Достаточно пробурить скважину, очистить её от газов, далее насосами направить в котельную, где будет поддерживаться температурный график, а после она попадёт в теплотрассу.
Главное отличие в том, что нет необходимости использовать топливный котлоагрегат. Это существенно снижает себестоимость тепловой энергии. Зимой абоненты получают тепло и горячее водоснабжение, а летом только ГВС.
Горячие источники, гейзеры служат основным компонентами в производстве электричества. Для этого применяется несколько схем, сооружаются специальные электростанции. Устройство ГТС:
Как видим основным элементом схемы, является паровой преобразователь. Это позволяет получать очищенный пар, так как в нем содержатся кислоты, разрушающие оборудование турбин. Существует возможность применение смешанной схемы в технологическом цикле, то есть вода и пар участвуют в процессе. Жидкость проходит всю стадию очистки от газов, так же как и пар.
Рабочим компонентом является жидкость с низкой температурой кипения. Термальная вода также участвует в производстве электроэнергии и служит второстепенным сырьем.
С её помощью образуется пар низкокипящего источника. ГТС с таким циклом работы могут быть полностью автоматизированы и не требовать наличия обслуживающего персонала. Более мощные станции используют двухконтурную схему. Такой вид электростанций позволяет выходить на мощность 10 МВт. Двухконтурная структура:
Огромные запасы источников во много раз превосходят ежегодное потребление энергии. Но лишь малая доля используется человечеством. Строительство станций датировано 1916 годом. В Италии была создана первая ГеоТЭС мощностью 7,5 МВт. Отрасль активно развивается в таких странах как: США, Исландия, Япония, Филиппины, Италия.
Ведутся активные изучение потенциальных мест и более удобные методы добывания. Из года в год растёт производственная мощность. Если брать в расчёт экономический показатель, то себестоимость такой отрасли равна угольным ТЭС. Исландия практически полностью покрывает коммунально-жилой фонд ГТ-источником. 80 % домов для отопления используют горячую воду из скважин. Эксперты из США утверждают, что при должном развитии ГеоТЭС могут произвести в 30 раз больше ежегодного потребления. Если говорить о потенциале, то 39 стран мира смогут полностью себя обеспечить электроэнергией, если на 100 процентов используют недра земли.
Япония расположена в уникальной географической местности, связанной с движением магмы. Постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Обладая такими природными процессами, правительство внедряет различные разработки. Создано 21 объект с общей производительностью 540 Мвт. Проводятся эксперименты по извлечению тепла из вулканов. 
Как говорилось ранее, ГЭ используется в различных сферах. Существуют определенные достоинства и недостатки. Поговорим о достоинствах:
Первый фактор самый основной, побуждает изучать такую отрасль, поскольку альтернатива нефти достаточно актуальна. Отрицательные изменения на нефтяном рынке усугубляют глобальный экономический кризис. При работе установок не загрязняется внешняя среда, в отличие от других. Да и сам по себе цикл не требует зависимости от ресурсов и его транспортировки к ГТС. Комплекс сам себя обеспечивает и не зависит от других. Это огромный плюс для стран с низким уровнем полезных ископаемых. Безусловно, бывают негативные моменты, ознакомимся с ними:
Выбросы вредных газов очень незначительны и не сопоставимы с другими производствами. Оборудование позволяет эффективно удалять его. Отходы сбрасываются в землю, где оборудованы колодцы специальными цементными каркасами. Такая методика позволяет исключить возможность загрязнения грунтовых вод. Дорогие разработки имеют тенденцию к уменьшению, так как прогрессирует их усовершенствование. Все недостатки тщательно изучаются, ведется работа по их устранению.
Наработанный базис знаний и практики становится фундаментом для будущих достижений. Пока рано говорить о полном замещении традиционных запасов, поскольку не до конца изучены термальные зоны и методы добычи энергоресурсов. Для более быстрого развития требуется больше внимания, финансовых инвестиций.
Пока общество знакомится с возможностями, медленно двигается вперед. По экспертным оценкам лишь 1 % мировой электроэнергии добывается данным фондом. Возможно, будут разработаны комплексные программы развития отрасли на глобальном уровне, проработаны механизмы и средства достижения целей. Энергия недр способна решить экологическую проблему, ведь с каждым годом вредных выбросов в атмосферу становится больше, загрязняются океаны, оказывается тоньше озоновый слой. Для быстрого и динамичного развития отрасли нужно убрать основные препятствия, тогда она во многих странах станет стратегическим плацдармом, способным диктовать условия на рынке и поднимет уровень конкурентоспособности.
«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.
Геотермальная энергия всегда привлекала людей возможностями полезного применения. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Геотермальная энергия своим "проектированием" обязана раскаленному центральному ядру Земли, с громадным запасом тепловой энергии. Только в верхнем трехкилометровом слое Земли запасено количество тепловой энергии, эквивалентное энергии примерно 300 млрд. т угля. Тепло центрального ядра Земли имеет прямой выход на поверхность Земли через жерла вулканов и в виде горячей воды и пара.
Кроме того, магма передает свое тепло горным породам, причем с ростом глубины их температура повышается. По имеющимся данным, температура Горных пород повышается в среднем на 1 °С на каждые 33 м глубины (геотермическая ступень). Это означает, что на глубине 3-4 км вода закипает; а на глубине 10-15 км температура пород может достигать 1ОО0-1200°С. Но иногда геотермическая ступень имеет другое значение, например, в районе расположения вулканов температура пород повышается на 1°С на каждые 2-3 м. В районе Северного Кавказа геотермическая ступень составляет 15-20 м. Из этих примеров можно сделать заключение о том, что имеется значительное разнообразие температурных условий геотермальных источников энергии, которые будут определять технические средства для ее использования, и что температура является основным параметром, характеризующим геотермальное тепло.
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 трех 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.
Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70-9О°С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечено-Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, Казахстане, на Камчатке и в ряде других районов России.
В Дагестане уже длительное время термальные воды используются для теплоснабжения. За 15 лет откачано более 97 млн.м3 термальной воды для теплоснабжения, что позволило сэкономить 638 тыс.т, условного топлива.
В Махачкале термальной водой отапливаются жилые здания общей площадью 24 тыс.м2, в Кизляре - 185 тыс.м2. Перспективны запасы термальных вод в Грузии, которые допускают расход в сутки 300-350 тыс.м2 с температурой до 80чС. .Столица Грузии находится над месторождением термальных вод с метановоазотным и сероводородным составом и температурой до 100°С.
Какие проблемы возникают при использовании подземных термальных вод? Главная из них заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) я химических соединений (аммиака, фенолов), что искдючает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Например, термальные воды Большебанного местарождения (на реке Банная, в 60 км от Петропавловска - Камчатского) содержат различных солей до 1,5 г/л, фтора - до 9 мг/л, кремниевой кислоты - до 300 мг/л. Термальное воды Паужетского месторождения в том же регионе (температура J44 - 200°С, давление на устье скважины 2-4 атм) содержат от 1,0 до 3,4 г/л различных солей, кремниевой кислоты - 250 мг/л, борной кислоты - 15 мг/л, растворенных газов: углекислого - 500 мг/л, сероводорода - 25 мг/л, аммиака -15 мг/л. Геотермальные воды Тарумовского месторождения в Дагестане (температура 185°С, давление 150-200 атм) содержат до 200 г/л солей и 3,5 -4 м3 метана в нормальных условиях на 1 м3 воды.
/Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения. У нас в стране эксплуатируется экспериментальная Паужетская геотермальная электростанция (ГеоТЭС) установленной электрической мощностью 11 МВт, построенная в 1967 году на Камчатке.}
Однако ее роль в энергообеспечении региона была незначительной. Кроме того, в 1967 году была введена в эксплуатацию экспериментальная ГеоТЭС мощностью 0,75 МВт на низкопотенциальном геотермальном месторождении (температура воды 80°С).
Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.
