Геотермальная энергия: скрытые возможности недр
Геотермальная энергия - скрытый потенциал недр, способный обеспечить человечество дешевой и экологичной энергией. Давайте разберемся в ее возможностях и перспективах использования.
Сущность геотермальной энергии
Геотермальная энергия - это тепловая энергия, заключенная в недрах Земли. Она образуется благодаря радиоактивному распаду пород, а также остаточному теплу от формирования планеты миллиарды лет назад.
Этот источник энергии практически неисчерпаем - тепловой поток из недр Земли составляет огромные 47 тераватт. Это эквивалентно сжиганию 46 миллиардов тонн угля в год. Запасов хватит на миллионы лет вперед даже при самом активном использовании.
Однако плотность этого потока невелика - менее 0,1 Вт на квадратный метр поверхности. Это в тысячи раз меньше, чем плотность солнечного излучения. Поэтому геотермальную энергию сложно использовать в промышленных масштабах.
Источники геотермальной энергии
Существует несколько основных источников геотермальной энергии:
- Гейзеры - это природные фонтаны, периодически выбрасывающие на поверхность горячую воду и пар.
- Пароводяные смеси, циркулирующие в недрах Земли по системе трещин и пор.
- Сухие горячие горные породы, нагреваемые за счет близости к магме.
- Постепенный рост температуры с глубиной из-за температурного градиента Земли. Он составляет примерно 30 градусов Цельсия на 1 километр глубины.
Для промышленного использования геотермальной энергии нужен доступ к источникам с температурой как минимум 150°C. Это возможно в районах с активной вулканической деятельностью, где горячие породы или воды залегают близко к поверхности.
Тепловой поток из недр Земли составляет 47 ТВт. Это в 17 раз больше мирового потребления энергии за год.
Способы использования геотермальной энергии
Существует несколько основных способов использования геотермальной энергии:
- Выработка электроэнергии с помощью паротурбинных или бинарных геотермальных станций.
- Использование горячей воды для отопления домов, теплиц, производственных и сельскохозяйственных объектов.
- Нагрев воды для коммунального горячего водоснабжения городов и поселков.
- Выращивание теплолюбивых сельскохозяйственных культур - фруктов, овощей, цветов в отапливаемых геотермальным теплом теплицах.
Наиболее эффективно использовать воду и пар с температурой выше 150°C для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях. Это масштабное направление развития геотермальной энергетики.
Тем не менее, даже низкопотенциальное тепло с температурой 100°C и ниже может активно применяться для отопления зданий и сооружений, особенно в районах вечной мерзлоты.
| Температура геотермальных вод | Основные области применения |
| > 150°C | Выработка электроэнергии |
| 100-150°C | Теплоснабжение, горячее водоснабжение |
| < 100°C | Отопление зданий, теплиц |
Преимущества и недостатки
Использование геотермальной энергии имеет как достоинства, так и определенные недостатки.
К преимуществам можно отнести:
- Экологичность - отсутствие выбросов парниковых газов.
- Практическая неисчерпаемость запасов геотермальной энергии.
- Высокий коэффициент использования установленной мощности, возможность круглосуточной выработки энергии.
Основными недостатками являются:
- Высокая стоимость глубокого бурения и обустройства месторождений.
- Технологические сложности использования высокоминерализованных вод.
- Ограниченность распространения экономически эффективных геотермальных месторождений.
Масштабы использования в мире
Наиболее активно геотермальная энергия используется в следующих странах:
- Исландия - здесь работают геотермальные электростанции общей мощностью 570 МВт, обеспечивающие 25% потребностей страны в электроэнергии.
- США - крупнейший геотермальный энергокомплекс мира "Гейзерс" в Калифорнии имеет установленную мощность 1517 МВт.
- Филиппины - на долю геотермальной энергетики здесь приходится 27% производства электроэнергии в стране.
- Индонезия - страна обладает самым большим в мире потенциалом геотермальной энергии, оцениваемым в 29 ГВт.
Помимо выработки электричества, геотермальные воды и пар активно применяются для теплоснабжения городов и поселков в Исландии, Франции, Китае, Японии и других странах.
Потенциал России
Россия также обладает значительными запасами геотермальной энергии, которые пока используются лишь частично.
Основные месторождения геотермальных вод расположены на Северном Кавказе, Камчатке, в Дагестане. Их суммарный потенциал оценивается в 148 млн МВт*ч тепловой энергии в год. Этого достаточно для обеспечения теплом и горячей водой миллионов людей.
Однако пока действует лишь несколько небольших геотермальных объектов, таких как тепличные комплексы в Дагестане и системы теплоснабжения в Кизляре, Махачкале, Избербаше.
Попытка строительства опытной геотермальной электростанции в Ставрополье пока не увенчалась успехом.
Проблемы геотермальной энергетики
Существует несколько основных проблем, тормозящих развитие геотермальной отрасли:
- Высокоминерализованный состав термальных вод, содержащий токсичные элементы и соединения.
- Необходимость закачки отработанных вод обратно в пласт для поддержания пластового давления.
- Угроза загрязнения окружающей среды при нарушении технологии.
- Интенсивная коррозия оборудования станций.
Эти факторы усложняют эксплуатацию геотермальных месторождений и повышают издержки.
Извлечение ценных элементов
Вместе с тем, геотермальные воды содержат ценные химические элементы, такие как литий, бор, селен, цинк.
Их можно извлекать попутно в процессе эксплуатации геотермальных месторождений. Это частично компенсирует затраты на бурение скважин и строительство станций.
Способы стимулирования геотермальной энергетики
Для преодоления существующих барьеров необходимо стимулирование развития геотермальной отрасли со стороны государства и международных организаций.
Возможные меры поддержки:
- Государственное финансирование геологоразведочных работ.
- Субсидирование части затрат инвесторов на бурение скважин.
- Страхование рисков инвесторов через специальные фонды.
- Льготные кредиты на реализацию геотермальных проектов.
- Вовлечение средств климатических фондов и международных организаций.
Это позволит снизить нагрузку на инвесторов на начальном этапе и запустить маховик развития отрасли.
Передовой опыт Индонезии
Ярким примером успешного стимулирования геотермальной энергетики является Индонезия. Страна планирует к 2025 году увеличить долю геотермальной энергии в энергобалансе до 23%.
Для этого при поддержке Всемирного банка и других организаций в Индонезии будет запущен механизм смягчения рисков для инвесторов на этапе геологоразведки. Это призвано привлечь в отрасль миллиарды долларов частных инвестиций.
Перспективы отрасли в мире
Благодаря природным достоинствам, а также господдержке, геотермальная энергетика динамично развивается в мировом масштабе. По прогнозам, к 2050 году ее доля может вырасти до 14% мирового производства электроэнергии.
Это позволит сократить использование ископаемого топлива и снизить глобальные выбросы CO2 на 10% к середине века.
Вызовы на пути расширения использования
Однако на пути распространения геотермальной энергетики стоит еще немало препятствий.
Основные из них:
- Высокие затраты и риски геологоразведочных работ.
- Несовершенство технологий бурения сверхглубоких скважин.
- Опасения инвесторов вкладывать средства в новые проекты с неочевидной окупаемостью.
Возможные решения вызовов
Чтобы преодолеть существующие барьеры, необходим комплексный подход, включающий:
- Государственная поддержка геологоразведочных работ, позволяющая быстрее выявлять перспективные месторождения.
- Разработка и внедрение новых технологий бурения, снижающих стоимость скважин.
- Вовлечение институтов страхования для минимизации рисков инвесторов в случае неудачи.
- Подготовка высококвалифицированных инженерных и научных кадров в сфере геотермальной энергетики.
- Проведение масштабных научных исследований строения недр Земли.
Реализация этих мер позволит раскрыть огромный потенциал геотермальной энергии для решения глобальных энергетических и экологических проблем.
Геотермальная энергетика и будущее
Использование возобновляемых источников энергии, в том числе геотермальных ресурсов - важнейший тренд развития мировой энергетики XXI века.
Расширение масштабов геотермальной отрасли открывает путь к декарбонизации экономики, снижению загрязнения окружающей среды, обеспечению устойчивого развития общества.
Дальнейшее стимулирование использования геотермальной энергии со стороны правительств и компаний крайне важно для защиты будущих поколений от неблагоприятных климатических изменений и истощения природных ресурсов планеты.
Экологический аспект
Развитие геотермальной энергетики имеет большое экологическое значение. Использование возобновляемого подземного тепла вместо сжигания ископаемого топлива позволит существенно сократить вредные выбросы в атмосферу.
По оценкам экспертов, замещение угольных электростанций геотермальными к 2050 году обеспечит снижение глобальных выбросов CO2 на 10%. Это важный вклад в борьбу с изменением климата.
Социально-экономические выгоды
Развитие геотермальной энергетики имеет и важный социально-экономический эффект.
Во-первых, использование местных возобновляемых источников повышает энергетическую безопасность регионов, снижая зависимость от импортируемых энергоносителей.
Во-вторых, строительство геотермальных объектов создает новые рабочие места, стимулирует развитие смежных отраслей промышленности.
Перспективные направления исследований
Для раскрытия полного потенциала геотермальной энергетики требуется активизация научных изысканий в данной области.
Перспективными направлениями являются:
- Разведка недр с применением новейших геофизических методов.
- Создание технологий эффективного бурения сверхглубоких скважин.
- Разработка способов утилизации отработанных термальных вод.
- Поиск оптимальных схем применения геотермальной энергии в различных отраслях.
Геотермальная энергетика России
Несмотря на колоссальные запасы геотермальной энергии, Россия сегодня сильно отстает от мировых лидеров в ее освоении.
Для запуска массового использования геотермальных ресурсов в нашей стране необходимо:
- Провести детальную оценку потенциала всех регионов.
- Разработать программу льгот для частных инвесторов.
- Подготовить инженерные и научные кадры.
- Построить пилотные геотермальные станции и теплицы.
Реализация этих мер позволит России выйти в мировые лидеры освоения "зеленой" геотермальной энергии.